Protezink_Galvanicka konferencia Smolenice

 

Všeobecný liek na koróziu neexistuje

O tom, že korózia ročne napácha astronomické škody niet pochýb. V plnej miere sa to týka aj spojovacích prvkov, u ktorých ekonomické kritérium je výraznejšie ako v iných prípadoch spojené s rizikom straty schopnosti relevantného konštrukčného uzla plniť svoju funkciu. Oplatí sa preto tejto téme venovať primeranú pozornosť.

Základným predpokladom boja s koróziou je poznanie konkrétneho korózneho systému, ktorý je vždy jedinečný. To, čo platí v jednom prípade, nemusí platiť v prípade druhom. Výstižne to vyjadruje názov tohto príspevku: Všeobecný liek na koróziu neexistuje.  K tomu treba doplniť ďalší dôležitý postulát a to, že opatrenia proti korózii začínajú v konštrukcii. Konštruktér musí poznať podmienky, za ktorých bude budúca konštrukcia pracovať a podľa toho voliť materiály, primerané pevnostné charakteristiky a protikorózne opatrenia. Existujú početné prípady kolapsu konštrukcií, pri ktorých bola napr. trestuhodne zanedbaná agresivita pracovného prostredia. Je preto dôležité, aby kritický konštrukčný uzol bol prístupný pre vizuálnu kontrolu. Pravidelná inšpekcia môže zabrániť prípadnej katastrofe. Špecifikum skrutkových spojov spočíva v zmene montážnych podmienok u skorodovaných skrutiek. Ako vyplýva z obr. 1, pri uťahovaní nových skrutiek montážnym momentom FM = 650 Nm sa vyvolá predpäťová sila cca 190 kN, zatiaľ čo u hrdzavých skrutiek môže poklesnúť až pod 100 kN. Je to dôsledok veľkého trenia, ktoré sa musí prekonať pri uťahovaní. V takom prípade hrozí nedotiahnutie a rozpad spoja.



Druhy korózie
Existuje niekoľko druhov korózie. Nasledujúca schéma uvádza najčastejšie typy  vyskytujúce sa v oblasti mechanického spájania súčiastok.

 

 

Korózia bez mechanického namáhania


Plošná korózia
Plošná resp. atmosférická, korózia (obr. 2) vzniká pôsobením atmosférickej vlhkosti a agresívnych zložiek ako sú Cl¯, SO4¯ ¯ a pod. v nej obsiahnutých rovnomerne na celý povrch súčiastok. Princíp názorne dokumentuje model vodnej kvapky na obr. 3. Na elektricky vodivom povrchu leží vodná kvapka. V porovnaní s povrchom, ktorý je v kontakte so vzduchom, sa vnútro kvapky veľmi rýchlo ochudobní o  kyslík. Rozdiel koncentrácie kyslíku na povrchu a vo vnútri kvapky má za následok napäťový potenciál, ktorý vedie k toku elektrického prúdu. Tento korózny prúd tečie cez vodu (elektrolyt) od anódy smerom ku katóde a cez kov naspäť. Pritom sa v dôsledku elektrochemickej reakcie rozpúšťa Fe vo forme iónov Fe+ a transportuje smerom ku katóde. Zároveň sa z vody katódicky vylučujú ióny OH¯ , ktoré reagujú s iónmi Fe+ a tvoria Fe(OH)2 . S touto zlúčeninou oxiduje O2 za vzniku červeno-hnedého oxihydrátu FeO(OH).nH2O, populárne zvanom hrdza.

Opatrenia:
-    ochranné povlaky ako je napr. Zn, Cr ai.
-    nerezové ocele
-    vetranie
-    pravidelná vizuálna kontrola, v prípade potreby kartáčovanie alebo výmena za nové skrutky

 



Medzerová korózia
Každá štrbina (rozhranie dotykových plôch) nasáva účinkom kapilárnych síl vlhkosť, ktorá sa vo vnútri rýchlo ochudobňuje o kyslík a uvoľňuje tak korózne reakcie. Naviac táto vlhkosť naberá mikroskopické nečistoty, obsiahnuté v obklopujúcej atmosfére a korózny proces sa tým urýchľuje. Výsledkom je typická červeno hnedá korózia, lokalizovaná do okolia rozhraní na skrutkovom spoji (obr. 4), pričom súvislé plochy sú bez badateľného napadnutia.
Opatrenia:
-  Minimalizácia počtu deliacich plôch použitím polyfunkčných spojovacích prvkov (skrutky a matice s integrovanou  prírubou).
-    Hladké deliace plochy
-    Podľa možnosti vylúčiť podložky
-    V kritických prípadoch sa môžu medzery utesniť chemicky

 



Kontaktná korózia
Kontaktná (podľa niektorých prameňov galvanická prípadne bimetalická) korózia (obr. 5) sa vyskytuje, ak sú vo vzájomnom kontakte dva kovy s rozdielnym napäťovým potenciálom v obklopujúcom prostredí, ktoré môže slúžiť ako vodivý elektrolyt.  Takýto systém sa potom stáva galvanickým článkom, kde materiál s menším potenciálom, t. j. menej ušľachtilý kov, tvorí anódu a ušľachtilejší kov sa stáva katódou. Rozdiel potenciálov je hnacou silou pre tok korózneho prúdu, ktorý tečie od menej ušľachtilého kovu (anóda) k ušľachtilejšiemu (katóda), čo má za následok uber materiálu (rozpúšťanie kovových iónov) z povrchu menej ušľachtilého kovu.


Opatrenia:
-    Základný materiál resp. ochranný povlak spojovacieho prvku by mal byť rovnaký alebo ušľachtilejší ako materiál spájaných dielov. V tabuľke   č. 1 sú uvedené praktické údaje o znášanlivosti materiálov z hľadiska kontaktnej korózie
-    Povrch neušľachtilého konštrukčného prvku by mal byť oproti povrchu ušľachtilého spojovacieho elementu čo možno najväčší
-    Použitie izolovaných podložiek z umelých hmôt, pokiaľ to nespôsobí kritický pokles sily predpätia v dôsledku zosadania

 


Interkryštalická korózia
Tento typ korózie (obr. 6) vzniká ochudobnením tuhého roztoku (matrice) najmä nerezových ocelí o Cr prednostne v oblasti hraníc zrn pod kritickú hodnotu v dôsledku vylučovania Cr - karbidov pri pomalom ochladzovaní z kovacej alebo zváracej teploty alebo následkom vysokého obsahu C v oceli (viď transformačný diagram na obr. 7).  
Čím má oceľ vyšší obsah uhlíku, tým je náchylnejšia na interkryštalickú koróziu.

 

Obr. 6 Interkryštalická korózia

 



Opatrenia:
-    zvýšiť rýchlosť ochladzovania z ko-vacej resp. zváracej teploty ponorom do vhodnej tekutiny
-    stabilizácia ocelí Ta, Nb alebo Ti (ocele A3, A5)
-    pri oceliach kovaných za tepla by ne-mal obsah uhlíka prekročiť 0,05 %

 

Korózia vznikajúca za súčasného mechanického namáhania


Napäťová korózia

Tento druh korózie je dôsledkom súčasného účinku ťahového napätia a korózneho napadnutia. Pri ťahovom namáhaní môžu byť od vrubu (závit ale napr. aj jamková korózia u nehrdzavejúcich ocelí) iniciované praskliny, šíriace sa kolmo na smer namáhania po hraniciach zŕn, ktoré sú takto obnažené a preto ľahko prístupné vlhkosti a agresívnym zložkám atmosféry. Je to veľmi nebezpečný druh korózie, preto treba venovať zvýšenú pozornosť jej eliminovaniu.
Opatrenia:
-    Odstránenie zvyškových ťahových napätí po zváraní alebo po tvárnení žíhaním
-    Periodická optická kontrola skrutkového spoja a včasná výmena
-    Správna voľba materiálu

Vodíková krehkosť
Pri morení v kyselinách alebo galvanickom spracovaní sa uvoľňuje vodík, ktorý v atomárnej forme difunduje do štruktúry ocele a oslabuje kohéziu kovovej mriežky alebo v dôsledku tvorby hydroxidov spôsobuje krehkosť materiálu (obr. 8). Skúsenosti ukazujú, že už oceľ s pevnosťou 1 000 N/mm2 je náchylná k vodíkovej krehkosti, t. j. kritické sú z tohto hľadiska skrutky a matice pevnosti 10.9 a 12.9, ďalej pružné podložky a poistné krúžky pre hriadele.                                                                                                                    
Opatrenia:
-    Kritické spojovacie prvky zinkovať žiarovo (t. j. nie galvanicky)
-    Ak sa bezpodmienečne požaduje galvanické zinkovanie, potom používať čistý povrch, aby bol proces morenia čo  najkratší
-    V prípade potreby podrobiť diely žíhaniu na odstránenie vodíkovej krehkosti

 



Nerezové ocele
Samostatnú pozornosť v súvislosti s koróziou skrutkových spojov si zaslúžia nerezové ocele (tabuľka č. 2).
Základným legovacím prvkom nerezových ocelí je Cr, ktorý má vysokú afinitu ku kyslíku, preto na vzduchu veľmi rýchlo vytvára na povrchu ocele tenkú ochrannú pasivačnú vrstvu. Podmienkou však je prítomnosť O2 v obklopujúcej atmosfére. Ak je táto podmienka splnená, aj v prípade lokálneho mechanického poškodenia povrchu sa ochranná vrstva veľmi rýchlo automaticky zregeneruje (obr. 9). Odolnosť nerezových ocelí voči korózii nie je limitovaná iba vznikom ochrannej pasivačnej vrstvy, ale aj zložením obklopujúcej atmosféry. Ako vyplýva z tabuľky č. 3, Cr - Ni nerezové ocele nie sú schopné odolávať HCl a chlórovým výparom. Citlivé sú z toho hľadiska napr. vnútorné konštrukčné prvky krytých plavárni alebo konštrukcie na morskom pobreží. Ich odolnosť môže zvýšiť prísada Mo.

 

Obr. 9  Regenerácia pasivačnej vrstvy na povrchu oceľovej súčiastky

 


Záver
Ako vyplýva z vyššie uvedeného, existuje viac druhov korózie a každá sa riadi vlastným mechanizmom. Poznanie tohto mechanizmu je základným predpokladom pre patričné protikorózne opatrenia. Je nezameniteľnou úlohou a zodpovednosťou konštruktéra tento mechanizmus ovládať a poznať podmienky, v ktorých bude budúca konštrukcia pracovať. Skúsenosti totiž naznačujú, že najčastejšou príčinou kolapsu konštrukcií nie sú nepredvídateľné „vis major" vplyvy, ale často nepredvídané štandardné správanie sa materiálov v daných podmienkach. Preto je dôležitá v tomto smere osveta a preto aj tento príspevok.

Jozef Dominik
www.ferodom.sk

 

 

Späť

Komentáre k článku | Pridať komentár

Jozef Dominik (04.04.2017)

Dobrý deň,
korózia karosérie je dlhodobý problém a je predmetom neustáleho záujmu výrobcov automobilov a výskumníkov. V súčasnosti existujú metódy povrchových úprav, ktoré predlžujú životnosť karosérie až na desať rokov. Záleží aj od agresivity prostredia, v ktorom sa auto prevážne pohybuje. Najhoršie sú tzv. kyslé dážde, ďalej soli kyseliny chlórovej a i.
S pozdravom
Jozef Dominik

Slavomír Kupčok (04.04.2017)

Dobrý deň, prosím ako sa správa resp.ako rýchlo postupuje korózia na povrchu karosérie automobilu

 

Pridať komentár

* :
* :
* :
8 + 1 =
Odoslanie formulára

Tribotechnika_3_2018


TriboTechnika_3_2018 by TechPark Vydavatelstvo on Scribd