Metallide korrosioon (2)

Sisukord

Sisukord 1
Sissejuhatus 2
Metallide korrosioon 3
Kulla ja hõbeda korrosioon 4
Vase korrosioon 5
Tina ja plii korrosioon 5
Kaitse korrosiooni eest 5
Kasutatud kirjandus 6

Sissejuhatus

Mis on korrosioon? - See nimetus tuleneb ladinakeelsest sõnast corrodere , mis tähendab puruks närimist. Seega korrosioon ehk korrodeerumine on keemilise aine, materjali, kivimi või koe hävimine keskkonna mõjul.
Tehnika seisukohalt on korrosioon materjali keemiline reaktsioon ainetega materjali ümbrusest, mis kutsub materjalis esile mõõdetava muutuse.
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. Igapäevaelus näeme korrosiooni enamasti raudesemete roostetamisena, aga ka vask- ja hõbeesemete tuhmumisena. Mõned metallid, näiteks alumiinium , võivad moodustada korrosiooni takistava oksiidikihi. Korrosiooni takistamiseks kasutatakse mitmesuguseid korrosioonikaitse meetmeid.
Keemias käsitletakse korrosioonina metallide hävimist ümbritseva keskkonna (õhk, vesi, erinevad gaasid, lahused jne.) toimel. Korrosioon on redoksprotsess , mille käigus metallide aatomid oksüdeeruvad ja muutuvad ioonideks
Meditsiinis nimetatakse korrosiooniks kudede hävimist põletuse või söövituse tagajärjel.
Korrosiooniproduktid on mahult suuremad, kui algne materjal.
Korrosioonikihi paksus võib täiesti püsivatel metallidel kasvada alla 0,001 mm, väga püsivatel 0,001-0,01 mm püsivatel 0,1-1 mm, vähenenud püsivusega metallidel 1-10 mm ja ebapüsivatel metallidel üle 10 mm aastas.

Metallide korrosioon

Igapäevaelus kohtame raudesemeid , mis on kaetud roosteplekkidega, punane vask on muutunud pruuniks või roheliseks ja hõbelusikad on muutunud mustaks ning kaotanud oma läike. Metallide muundumine kulgeb sageli väga kiiresti. Pruugib jätta märja rohu sisse läikiv raudese, kui juba mõne päeva pärast on esemele tekkinud pruunid roostelaigud. Aeglasemalt tuhmub läikiv vasepind. Korrosiooni puhul mõjutab metalli ümbritsev keskkond keemiliselt.
Metalli 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.
Kuna 90% kõikide metallide aastatoodangust moodustab raua tootmine, siis edasi vaatlemegi põhiliselt raua korrosiooni ja korrosioonikaitset.
Raua (või raua sulamite) roostetamine tekitab korrosioonidest kõige suuremat majanduslikku kahju. Soodustavateks teguriteks on veel ka mere lähedus ja tänavate soolatamine (Cl- ioonid ). Rooste (raua korrosiooni) koostist avaldatakse harilikult valemiga 2Fe2O3 × nH2O.
Tähtsamad korrosiooniliigid mehhanismi järgi on järgmised:

• keemiline korrosioon;
  
• elektrokeemiline korrosioon;
  
• biokorrosioon.
  

Keemiline korrosioon toimub kuivades gaasides või vedelikes , mis ei juhi elektrivoolu, seega mitteelektrolüütides, näiteks kuivas õhus, bensiinis , õlides. Siia kuulub raua korrosioon kuivas õhus (hapnikus, ilma niiskuse juurdepääsuta):
4Fe + 3O2 ® 2Fe2O3
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, gaasi väljalasketorud jt. automootori osad, bensiininõude sisepinnad jne.
Elektrokeemiline korrosioon toimub elektrolüütides (soolade, hapete, leeliste lahuses). Siia kuuluvad korrosioon pinnases (pinnase- ja põhjaveed sisaldavad alati lahustunult elektrolüüte) ja korrosioon atmosfääris (eseme pinnale kondenseerub õhuniiskus).
Elektrokeemiline korrosioon on seotud galvaanielementide tekkega. See toimub siis, kui kaks kontaktis olevat erinevat metalli, näiteks raud ja vask, on kontaktis ka elektrolüüdi lahusega. Niisugune olukord esineb raudpleki(Fe) ja vaskneedi(Cu), tinatatud(Sn) pleki(Fe) või tsingitud(Zn) pleki(Fe) puhul, mida katab niiskuskiht. Raudpleki ja vaskneedi puhul on kahe metalli, Fe ja Cu vahel otsene kontakt. Kui tinatatud(Sn) pleki(Fe) pind on kraapimise või kriimustamise tõttu rikutud, moodustub seal hõlpsasti galvaanipaar Fe-Sn.
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.
Tekkinud galvaanielemendis on aktiivsem metall anoodiks ja vähemaktiivne katoodiks.
Galvaanipaare elektrokeemilise korrosiooni korral iseloomustab tabel 1.
Tabel 1
Tsingitud raudpleki pinnal (Zn - Fe) korrodeerub Zn.
Tinatatud raudpleki puhul (Fe - Sn) korrudeerub Fe.
Vaskneet ja raud (Fe - Cu) korrudeerub Fe.
Kõikidel juhtudel korrudeerub metallide pingereas eespool asuv metall.
Metallide elektrokeemiline pingerida:
Li
K
Ba
Ca
Na
Mg
Al
Mn
Zn
Cr
Fe
Ni
Sn
Pb
H
Cu
Hg
Ag
Pt
Au
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. Acidothiobacillus thiooxidans on ohtlikud kanalisatsioonitorudele.

Kulla ja hõbeda korrosioon

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)
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 tavaliselt väga stabiilsed ning nende pinnale tekkiv must ja tihe hõbesulfiidi (Ag2S) kiht kaitseb edasise korrosiooni eest.
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 .

Vase korrosioon

Vase korrosioonikindlus välistingimustes on väga hea. Tegemist on kolme tüüpi korrosiooniga. Üldine korrosioon on levinuim korrosiooni liik – tegemist on tavalise pinnaerosiooniga. Galvaaniline korrosioon tavaliselt vaske ei mõjuta sest vask on "väärikam" metall kui teised ehituses kasutatavad metallid. Siiski võib vask ise põhjustada galvaanilist korrosiooni vähemväärilistes metallides nagu alumiinium, tsink või raud. Seepärast tuleks vase kontakti teiste metallidega vältida ja vasega kokkupuutes olnud sadevett ei tohiks juhtida teiste metallidega kaetud pindadele. Erosiooniline korrosioon ilmneb kohtades, kus vesi langeb vaskpindadele. Selle nähtuse põhjustab asjaolu, et kergelt happeline jooksev vesi ei lase moodustuda vase pinnale kaitsvat oksiidikihti. Seda nähtust välditakse konstruktiivsete meetmetega. Näiteks paigaldatakse enam erodeeruvatesse kohtadesse elemendid, mida saab kiire korrodeerumise puhul välja vahetada.
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 mitmesuguste varjunditega malahhiitroheliseks või sinakaks.

Tina ja plii korrosioon

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.

Kaitse korrosiooni eest

Korrosiooni vähendamiseks rakendatakse järgmisi võimalusi:

Korrosioonikindlad sulamid. Teras muutub korrosioonikindlaks legeerivate (lisanditega manustatud) 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 on ained, mis 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 tsinkprotektor.

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
http://et.wikipedia.org/wiki/Metallide_elektrokeemiline_pingerida
6