Korrosioon (2)

Sissejuhatus 2
Keemilise korrosioon toimub kuivades gaasides või vedelikes , mis ei juhi elektrivoolu, näiteks kuivas õhus, bensiinis , õlides. Siia kuulub raua korrosioon kuivas õhus (hapnikus). Kõrgematel temperatuuridel tekib raua pinnale oksiidikiht , mis koosneb mitmest oksiidist . Oksiidi kiht on poorne ja habras , sisaldab lõhesid ning on rauapinnaga nõrgalt seotud. Seepärast jätkub korrosiooniprotsess seni, kuni kogu metall on hävinud. Keemilisele korrosioonile alluvad küttekolde restid , sisepõlemismootori klapid, silindrid, kolvid ja gaasi väljalasketorud. 2
Biokorrosioonist võivad osa võtta bakterid , seened, vetikad jm. Rauabakterid toituvad anorgaanilise päritoluga süsinikuühenditest, peamiselt süsinikdioksiidist. Elutegevuseks vajaliku energia ammutavad nad raud(II)ühendite oksüdatsiooniprotsessist raud(III)ühenditeks. Mikroorganismide elutegevusvajadused ( happed , leelised , peroksiidid jm.) suurendavad keskkonna mõju metallidele. 2
Metallide korrosioon 3
Igasugust metalli keemilist hävimist ümbritseva keskkona toimel nimetatakse korrosioonik. Korrosiooniproduktid on mahult suuremad, kui algne materja. 3

Sissejuhatus

Mis on korrosioon?
Korrosioon ehk korrodeerumine on keemilise aine, materjali, kivimi või koe hävimine keskkonna mõjul. Korrosioon on materjali keemiline reaktsioon ainetega materjali ümbrusest, mis kutsub materjalis esile mõõdetava muutuse.
Keemias tähendab korrosioon metallide hävimist ümbritseva keskkonna toimel. Korrosioon on redoksprotsess , mille käigus metallide aatomid oksüdeeruvad ja muutuvad ioonideks.
Metallide korrosioon on metallide oksüdeerumine, mille tulemusena võivad metallisse tekkida augud või metallikihid lahti tulla. Raua korrosiooni nimetatakse roostetamiseks.
Tugeva korrosiooni puhul võib materjal lakata täitmast funktsiooni, milleks ta on mõeldud.
Mõned metallid, näiteks alumiinium , võivad moodustada korrosiooni takistava oksiidikihi.
Korrosiooni takistamiseks kasutatakse mitmesuguseid korrosioonikaitse meetmeid. Korrosiooni all mõistetakse metalli oksüdeerumist väliskeskkonna (õhu, gaaside, vee, lahuste, orgaaniliste vedelike jne.) toimel. Korrosioon on raua roostetamine, vase kattumine paatinakihiga, alumiiniumi tuhmumine , hõbeda tumenemine jne. Korrosioon kujutab endast redoksprotsessi, mille käigus metalli aatomid oksüdeeruvad.
Korrosioon sõltub keskkonnast (õhus, vees, pinnases), mõjuteguritest ( mehaaniline pinge vedrudes, koormust kandvad terastrossid), temperatuurist (kõrgemal temperatuuril korrosioon kiireneb ), radioaktiivsest kiirgusest jm.
Tähtsamad korrosiooniliigid mehanismi järgi on järgmised:

keemiline korrosioon;

elektrokeemiline korrosioon;

biokorrosioon;

Keemilise korrosioon toimub kuivades gaasides või vedelikes, mis ei juhi elektrivoolu, näiteks kuivas õhus, bensiinis, õlides. Siia kuulub raua korrosioon kuivas õhus (hapnikus). Kõrgematel temperatuuridel tekib raua pinnale oksiidikiht, mis koosneb mitmest oksiidist. Oksiidi kiht on poorne ja habras, sisaldab lõhesid ning on rauapinnaga nõrgalt seotud. Seepärast jätkub korrosiooniprotsess seni, kuni kogu metall on hävinud.
Keemilisele korrosioonile alluvad küttekolde restid, sisepõlemismootori klapid, silindrid, kolvid ja gaasi väljalasketorud.

Biokorrosioonist võivad osa võtta bakterid, seened, vetikad jm. Rauabakterid toituvad anorgaanilise päritoluga süsinikuühenditest, peamiselt süsinikdioksiidist. Elutegevuseks vajaliku energia ammutavad nad raud(II)ühendite oksüdatsiooniprotsessist raud(III)ühenditeks. Mikroorganismide elutegevusvajadused (happed, leelised, peroksiidid jm.) suurendavad keskkonna mõju metallidele.

Metallide korrosioon

Kas raud on korrosioonikindel?
Raud ei ole korrosioonikindel. Rauale tekib rooste kõrgemal temperatuuril ja niiskes keskkonnas. Fe2O3 .
Roostetada võivad näiteks aiatööriistad, naelad ja muud rauast esemed.
Kuidas rauda roostetamise eest kaitsta?
Rauasulameid kaitstakse roostetamise eest neid üle tsinkides, kroomides, neid värvitakse kruntvärviga. Ehitustel võib neid katta ka kerge betooniseguga. Metalli reageerimisel hapnikuga tekib oksiid, mis võib raua täielikult hävitada pikema aja jooksul. Näiteks aiatööriistasid võib õlitada, et vältida nende roostetamist. Kroom ja nikkel kaitsevad sulamites ka metalli oksüdeerumise eest.
Kui panna rauatükk kontsentreeritud väävel- või lämmastikhappesse, tekib rauapinnale oksiidikelme, mis takistab raua edasist reageerimist, seda nimetatakse passiveerimiseks.
Metallide juures on kõige tähtsam korrosiooni kaitse. Viimase kaitseks ja tõkestamiseks kasutatakse mitmesuguseid tehnoloogilisi võtteid nagu pindade katmine mitmesuguste metallidega, mille korrosioonivõime on kõrge, katmine lakkide värvide ja plastmassiga.

Igasugust metalli keemilist hävimist ümbritseva keskkona toimel nimetatakse korrosioonik. Korrosiooniproduktid on mahult suuremad, kui algne materja.

Metallide struktuuris sisaldub alati lisanded, näiteks raua puhul tsementiidi Fe3C osakesi. Lisandite ja puhta metalli osakesed moodustavad niiskuse juuresolekul galvaanipaare, mis kutsuvad esile korrosiooni.
Kuld ja kõrge prooviga kulla sulamid ei korrodeeru pinnase toimel peaaegu üldse. Kulla pinnale võib teatud tingimustel moodustuda tihe paatina (korrosiooniproduktide) kiht, mis pinda praktiliselt ei kahjusta.
Hõbe ja kõrge hõbedasisaldusega sulamid on küllalt stabiilsed. Tavaliselt moodustub eseme pinnale must tihe hõbesulfiidi (Ag2S) kiht, mis metalli edasise korrodeerumise eest kaitseb.
Madala prooviga hõbeesemed korrodeeruvad kiiremini, sulamist võivad välja lahustuda lisandid – tavaliselt vask. See muudab eseme poorseks ja vastuvõtlikuks edasisele korrosioonile. Tihti ei ole võimalik eristada selget piiri korrosiooniproduktide ja metalli pinna vahel. Tavaliselt kattuvad madala prooviga hõbeesemed rohelise, vase korrosiooniproduktide kihiga .
Kuld ja hõbe on suhteliselt pehmed ja keemiliselt stabiilsed metallid, seega kahjustb neid põhiliselt pinnase mehhaanika . Seetõttu on esemed korrosioonist suhteliselt puutumata, aga kaetud mehhaaniliste kahjustustega (kriipsud, täkked, kivide löögijäljed).
Vask korrodeerub pinnases suhteliselt kiiresti. Vask esineb enamasti erinevate sulamite koostises, mida nimetatakse pronksiks.
Tina ja plii on väga pehmed metallid. Korrodeerudes kattuvad nad enamasti valge, mahulise kihiga. Korrosiooni levides eseme sisemusse muutub ese kihiliseks ja hapraks. Tina ja plii kahjustuvad oluliselt nii mehhaaniliste kui ka keemiliste tegurite koosmõjul.
Raud säilib kuivas õhus suhteliselt hästi. Niiskes õhus ja pinnases kattub raud raud(III)hüdroksiidi pruuni kihiga (rooste). Raua kuumutamisel moodustub raua pinnale “rauatagi” ( Fe3O4 ) kiht.
Elektrokeemiline korrosioon
Elektrokeemiline korrosioon ehk glavaaniline korrosioon on seotud glavaanielementide tekkega. See toimub siis, kui kaks erinevat metalli, näiteks raud ja vask on kontaktis elektrolüüdi lahusega.Glavaanielemendid tekivad ka tehnilistes metallides, mis sisaldavad lisandeid, samuti siis, kui tehniline metall puutub kokku elektrolüüdiga. Näiteks terases ja malmis on lisanditeks raudkarbiidi (Fe3C) või grafiidi kristallid.
Tekkinud glavaanielemendis on aktiivsem metall anooniks ja vähem aktiivsem – katoodiks. Metallide aktiivsust hinnatakse pingerea alusel. Lisandeid sisaldava metalli puhul on põhimetall tavaliselt anooniks raud ja katoodiks raudkarbiid või grafiit.
Elektrolüüt tekib metalli pinnale õhust. Kõikide metallide pinnale moodustub õhuniiskuse arvel üliõhuke, praktiliselt nähtamatu veekile. Selles veekiles lahustuvad õhust CO2, H2S,SO2, NO2 jt. Gaasid, mis reageerimisel veega moodustavad vastavaid happeid . Nende hapete lahused on glavaanielemendis elektrolüütideks. Elektrolüüdid on ka looduslikud ja tehaste heitveed.
Elektrokeemiline korrosioon käsitleb korrosiooniprotsessi, kui anoodi “lahustumisprotsessi”, s.t. aktiivsema metalli või põhimetalli aatomid loovutavad elektrone ja muutuvad positiivselt laetud ioonideks. Katoodil toimub olenevalt keskkonnast kas vesinikioonide, redutseerumine, mille puhul eraldub vesinik, või elektrolüüdi lahuses lahustunud hapnik redutseerub hüdroksiidioonideks:
2H+2e = H2, või 02+H2o+4e =4OH –
Käsitleme korrosiooniprotsessi, kus kontaktis on tsink ja raud. Niisugune olukord esineb raudpleki, vaskneedi või tsingitud pleki puhul, mida katab niiskuskiht.. Tsink on korrosioonikindel metall. Kui eseme pind on kohati rikutud ja all olev metall (Fe) paljastub, siis moodustub glavaanielement Zn-Fe, milles aktiivsem metall Zn korrodeerub. Raudpleki ja vaskneedi puhul on kahe metalli , Fe ja Cu vahel otsene kontakt. Kui tinatatud pleki pind on kraapimise või kriimustamise tõttu rikutud, moodustub seal hõlpsasti galvaanipaar Fe – Sn
Korrosioon mõjutavad tegurid
Üheks levinumaks korrosiooniprotsessiks on raua roostetamine, see tähendab teras- või malmesemete kattumine roostekihiga. Rooste on küllalt keerukas ja olenevalt tingimustest ka erineva koostisega ainete segu, milles raudoksiidide ja vee vahekord on muutuv. Üldkujul võib rooste koostist avaldada järgmise valemiga :
pFeO * qFe2O3*rH2O.
Kuivas õhus raud ei roosteta, samuti ka vees, milles pole lahustunud hapnikku. Raua kokkupuutel veega, mis on kontaktis õhuga toimub raua korrosiooniprotsess kiiresti õhuhappiniku ja süsinikdioksiidi lahustumise tõttu vees. Korrosiooniprotsessid toimuvad intensiivselt ka merevees , milles sisalduvad kloriid- ja sulfaatioonid soodustavad korrodeerumist. Intensiivselmalt kulgevad korrosiooniprotsessid tööstuspiirkondades, kus õhus on rikkalikult CO2, SO2 ja lämmastikoksiide.
Elektroskeemilise korrosiooni tähtsamateks juhtudeks on korrosioon elektrolüütide lahustes. (soolade, hapete ja aluste lahustes, merevees ning mitmesugustes looduslikes vetes), õhus ja pinnases. Merevees on lahustunud mineraalsoolasid, gaase , orgaanilisi ühendeid, seal elab ka mitmesuguseid taimi ja loomi, kes oma elutegevusega avaldavad metallidele toimet. Korrosioon pinnases sõötub eeskätt pinnase füüsikalis- keemilistest omadustest. Väga korrodeeriva toimega on happelised mullad (eriti turba- ja soomullad) ,Tunduvalt vähemaktiivsed on liivmullad .
Korrosioonivastane kaitse
Korrosiooni vähendamiseks rakendatakse järgmisi võimalusi:
Korrosioonikindlad sulamid. Teras muutub korrosioonikindlaks legeerivate metallide mõjul. Kõige tuntum on kroomi sisaldav roostevaba teras.
Korrosioonikindlad metallkatted. Metalli pind kaetakse korrosioonikindlama metalliga. Kaitsekiht tekitatakse elektrolüütiliselt ( kroomimine , hõbetamine, nikeldamine, kuldamine, tinatamine, tsinkimine) või pihustamisel (alumineerimine).
Mittemetalsed kaitsekatted. Metalli välispind isoleeritakse ümbritsevast keskkonnast õli-, värvi-, laki- ja emailikihiga. Korrosioonikindlad on metallkeraamilised ja fosfaatkatted.
Korrosiooniinhibiitorid. Inhibiitorid aeglustavad korrosiooniprotsessi. Korrosiooni vähendava toimega on naatriumnitriti, naatriumkromaadi ja naatriumfosfaadi lahused, mida kantakse vesilahusena esemete pinnale või immutatakse nendega paber, millesse ese pakitakse.
Protektorkaitse . Protektorkaitse puhul kinnitatakse korrodeeruva metalli külge aktiivsemast metallist plaadike: moodustub galvaanielement , milles korrodeerub aktiivsem metall. Sel juhul metallplaat korrodeerub, põhimetall aga säilib. Protektorkaitset rakendatakse näiteks laevakerede kaitseks: rauast laevakerele kinnitatakse Zn - protektor

Puidu korrosioon

Puidu korrosioon ( puidu lagunemine õhu ja vee toimel). Korrosiooniks nimetatakse tahke materjali lagunemist ümbritseva keskkonna toimel. Puidul põhjustavad selliseid muudatusi õhk, muld ja keemilised ained. Kui puit on eelnevalt kaitstud seente, putukate ja teiste kahjustuste eest, on ta küllalt vastupidav materjal.

Puidu kaitse

Puidu korrosiooni kaitset saab teha nii kui puitu immutada puidukaitsevahendiga ja puiduõlidega mis ei lase puidul niiskust sisse tõmmata ja päiksel üleliia kuivatada.

Kasutatud kirjandus:

http://et.wikipedia.org/wiki/Korrosioon
http://miksike.com/docs/elehed/9klass/metallid_mittemetallid/9-1-14-1.ht m
http://web.zone.ee/rauatyy/METALLID/yldteavetmetallidest_5.html
http://www.weckman.ee/?vase-korrosioon-katus
http://www.ai.ee/failid/274.ppt
http://www.tlu.ee/~kertm/G%FCmnaasiumi%20%F5ppematerjalid/METALLID%20PRAKTIKAS.doc
9