Korrosioon (2)

Uurimistöö teemal:
Korrosioon
Haljala Gümnaasium
2009
Mis on korrosioon?
· Korrosioon (ladinakeelest corrodere) on
metallide aatomite oksüdeerumine ümbritseva
keskkonna toimel.
(vesi, nii kuiv kui ka niiske õhk, erinevad gaasid, lahused jms.)
· Korrosioon on raua roostetamine, vase
kattumine paatinakihiga, alumiiniumi tuhmumine,
hõbeda tumenemine jne.
· Korrosioon sõltub keskkonnast, temperatuurist,
mõjuteguridest jms.
· Metallide korrosioon on loomulik protsess, sest
metallidest tekkivad jälle püsivad ühendid.
· Korrosioon on redoksreaktsioon, kus
metallide aatomid oksüdeeruvad olles ise
redutseerijad.
· Metallide pinnale tekkiv oksiidikiht, kas
kaitseb metalli või hävitab metalli täielikult.
· Korrosiooniproduktid on mahult suuremad, kui
algne materjal.
· Korrosiooni võib jaotada kolmeks :
1. Keemiline korrosioon
2. Elektrokeemiline korrosioon
3. Biokorrosioon
Keemiline korrosioon
· Keemiline korrosioon toimub mitteelektrolüütides
ehk vedelikes, mis ei juhi elektrivoolu ja
kuivades gaasides.
· Metall reageerib otseselt lihtainega, mis on
tavaliselt gaasilises olekus.
· Omab suurt mõju temperatuurist. Mida kõrgem
temperatuur, seda kiiremini reaktsioon kulgeb.
· Keemilisele korrosioonile alluvad näiteks:
Automootori osad, bensiininõude sisepinnad, küttekolde restid,
gaasiturbiinid ja reaktiivmootorid.
Elektrokeemiline korrosioon
· Elektrokeemiline korrosioon ehk Galvaaniline korrosioon
toimub,kui kaks erinevat metalli on kontaktis elektrolüüdi
lahusega.
· Elektrokeemiline korrosioon on seotud galvaanielementide
tekkega.
· Tekkinud galvaanielemendis on aktiivsem metall anoodiks ja
vähemaktiivne katoodiks, mis tähendab et aktiivsem metall
oksudeerub ja vähemaktiivsem redutseerib.
· Metallide struktuuris sisaldub alati lisanded. Lisandite ja puhta
metalli osakesed moodustavad niiskuse juuresolekul
galvaanipaare, mis kutsuvad esile elektrokeemilise korrosiooni.
· Elektrolüüt tekib metalli pinnale õhust.
Kõikide metallide pinnale tekib
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 ongi galvaanielemendis
elektrolüüdiks. Elektrolüüdiks võivad olla
ka looduslik vesi, milles on lahustunud
mineraalsooli; olmeveed jne.
Järgnev pilt iseloomustab hästi elektrokeemilist korrosiooni.
Vaskplaadist on läbilöödud raudneet. Raua ja vase vahel on
otsene kontakt. Nende pinnale kondenseerub õhuniiskus ning
moodustub Fe-Cu galvaanipaar ning järgneb elektrokeemiline
korrosioon.
Raud on pingereas aktiivsem ja seetõttu korrodeerub see
kiiremini.
Biokorrosioon
· Bio korrosioonist võivad osa võtta bakterid,
seened, vetikad jm. (Rauabakterid ja
väävlibakterid)
· Rauabakterid toituvad anorgaanilise päritoluga
süsinikuühenditest, peamiselt CO2.
Elutegevuseks vajaliku energia ammutavad nad
raud(II)ühendite oksüdatsiooniprotsessist
raud(III)ühenditeks.
· Mikroorganismide elutegevusvajadused (happed,
leelised, peroksiidid jm.) suurendavad keskkonna
mõju metallidele.
· Acidothiobacillus thiooxidans on ohtlik torustikule
Laborikatse
· Katseülesanne: Näidata korrosiooni teket
raua ja vase elementidel ning nende
sõltuvust keskkonnast ning teineteisest.
· Katsevahendid: 3 Raudnaela ja
vaskklambrit, 4 petri tassi, NaCl lahus,
Ferroksüül lahus,
Katsekäik
· Petri tass A: Asetasime vaskklambri ferroksüüli
ja soola lahusesse.
· Petri tass B: Asetasime raudnaela ferroksüüli ja
soola lahusesse.
· Petri tass C: Asetasime raudnaela ja
vaskklambri ferroksüüli ja soola lahusesse.
· Petri tass D: Asetasime raudnaela ja
vaskklambri ferroksüüli
Asetasime vaskklambri ferroksüüli ja soola
lahusesse.
Asetasime raudnaela ferroksüüli ja soola
lahusesse.
Asetasime raudnaela ja vaskklambri
ferroksüüli ja soola lahusesse.
Asetasime raudnaela ja vaskklambri
ferroksüüli.
· Kui kõik raudnaelad ja vaskklambrid
on asetatud vastavatesse lahustesse.
· Jätame me nad paariks päevaks
seisma, et mõneaja pärast näha
korrosiooni katseobjektidel.
· Tulemused on järgnevad:
Petri tass A: Vaskklambrile tekkis
kerge korrosiooni kiht.
Petri tass B: Raudnaelale tekkis
kerge rooste kiht.
Petri tass C: Vaskklambrile ja
raudnaelale tekkis tugev korrosiooni
kiht.
Petri tass D: Tulemus oli sarnane
petri tassiga C, kuid korrosioon oli
veelgi tugevam.
Katse järeldused
· Petri tass A: Vaskklambrile tekkis kerge korrosiooni kiht.
· Petri tass B: Raudnaelale tekkis kerge rooste kiht.
· Petri tass C: Vaskklambrile ja raudnaelale tekkis tugev
korrosiooni kiht.
· Petri tass D: Tulemus oli sarnane petri tassiga C, kuid
korrosioon oli veelgi tugevam.
· Antud ainete korrodeerimist katsetel A, B ja C tekitas
sool, metallide aatomid oksüdeerusid ning muutusid
kloori-ioonideks. Kastel D korrodeerusid mõlemad
metallid aktiivselt, sest raud ei tõrjunud vaske.
· Et neid kehasid kaitsta korrosiooni eest,
peaks katma need isoleerkihiga või üle
lakkima.
· Järeldus: Sool, mis oli ferroksüülile lisatud
aeglustas korroseerumisprotsessi. Vase
osa, mis on ühenduses raudnaelaga ei
roosteta soolas, sest raud tõrjub vaske kui
vähemaktiivsemat metalli. Küll aga
roostetavad nii raud kui vask väga
aktiivselt soolavabas ferroksüülis.
Probleemülesanded
· Mis sa arvad, millised tegurid võisid
olla(lisaks ajale) Marcus Aureliuse kuju
lagunemisel?
Aja jooksul tekkisid kuju kullatisse väikesed
praod. H2O kogunes pragudesse ning
moodustas koos õhus olevate ainetega galvaani
elementide lahuse. See aga tekitas
elektrokeemilise korrosiooni kulla ja pronksi
vahel. Toimunu tagajärjel metall korrodeerus
ning väikesed augud tekkisid kuju sisse.
· Miks kaasaegne tsinki sisaldav pronks
vähem püsiv kui muistne pronks, mis
sisaldas tina? Miks on kuju pind, mis
on tehtud väikese tinasisaldusega
pronksist, kaetud valgete
laigukestega?
· Tsink on aktiivsem kui tina, ning
välismõjude poolt rohkem mõjutatav.
· Tina oksüdatsioonikiht on valge
värvusega.
· Miks lagunes Callose kuju?
· Raudkonstruktsioon avaldas kujule
korrosiooni etendavat mõju. Läbi väikeste
pragude sai vesi raudkonstruktsiooni
peale ning tekkis korrosioon. Seetõttu ei
püsinud pronkslehed enam
konstruktsiooni küljes ning kukkusid
küljest ära. Ajapikku hävines ka
raudkonstruktsioon.
· Miks kasutatakse suurtes
tööstuslinnades kaitsekihi tekitamiseks
vask(1)- ja vask (11) nitraate ja sulfaate,
kuid mitte hüdroksükarbonaate?
· Tööstuspiirkonnas või mere ääres, ei
soovitata kasutada karbonaatiooni
sisaldavaid paatinasi, kuna see võib
kergesti asenduda sulfaatiooniga, mis
tuleb õhust.
Raua korrosioon
· Kuna 90% kõikide metallide aastatoodangust
moodustab raua tootmine, mis tähendab ka
roostel kõige suuremat majanduslikku kahjut.
· Raua korrosiooni nimetatakse roostetamiseks.
· Rooste on urbne ja poorne, ei nakku
metallipinnaga tugevalt ega takista raua edasist
korrosiooni.
· Raua keemiline korrosioon
Raua ühinemine hapnikuga ilma niiskuse
juurdepääsuta: 4Fe + 3O2 2Fe2O3
· Raua elektrokeemiline korrosioon:
4Fe + 3O2 + nH2O 2Fe2O3 nH2O
Vase korrosioon
· Õhus omandavad vask ja pronksesemed
sinakasrohelise värvusega, kattuvad nn
paatinaga (korrosiooni osakestega).
· Noor paatina on kuldpruun või pruunika
värvusega
· Vananemisel värvus algul tumeneb ja
muutub siis erinevate varjunditega
sinakaks või roheliseks.
Kuld ja hõbe.
· Hõbe ja kõrge hõbedasisaldusega ained
on tavaliselt väga stabiilsed ning nende
pinnale tekkiv must ja tihe hõbersulfiid
(Ag2S), mis kaitseb edasise korrosiooni
eest.
· Ka kuld ja kõrge kullaprooviga esemed ei
korrodeeru peagu üldse.
Klaasi korrosioon
· Klaasile tekib SiO3-me kiht, mis kaitseb
klaasi edasiste kahjustuse eest.
· Klaasivahele jäävas vees lahustuvad aga
NaOH, mille vastu SiO3 ei saa ja see
kahjustab klaasi.
Moodne korrosioonikaitse
· Metalli katmine korrosioonikindla metalli kihiga,
(Katoodkate ja Anoodkate).
· Metalli värvimine, õlitamine või emailiga katmine.
· Korrosioonikindlate sulamite kasutamine.
· Erinevad tehnoloogiad. Nt. VCI ( Volatile/Vapour Phase
Corrosion Inhibitor ) ehk lenduv korrosiooni inhibiitori
tehnoloogia, mis kaitseb töötlemata metalli
korrosiooni/oksüdeerumise eest.
· Korrosioonitõrjevaha.
· Korrosiooni inhibiitorid ehk mürgid.
· Elektriline kaitse.
· Protektorkaitse.