Transcript 6. Korrózióvédelem - Kémiai és Környezeti Folyamatmérnöki

MŰSZAKI KÉMIA
ELŐADÁSOK GÉPÉSZMÉRNÖK HALLGATÓKNAK
6. Korrózióvédelem
Dr. Bajnóczy Gábor
BME
Kémiai és Környezeti Folyamatmérnöki Tanszék
AZ ELŐADÁS ANYAGA, KÉPEK, RAJZOK
KIZÁRÓLAG OKTATÁSI CÉLRA,
KORLÁTOZOTT HOZZÁFÉRÉSSEL
HASZNÁLHATÓK !
INTERNETRE KORLÁTLAN HOZZÁFÉRÉSSEL
FELTENNI TILOS !
Korrózióvédelem
Korrózióállóság:
Kisebb mint 23 μm/év kiváló
23 – 46 μm/év
eléggé ellenálló
46 – 460 μm/év
meglehetősen ellenálló
460 – 4600 μm/év
kevésbé ellenálló
4600 μm/év felett
nem ellenálló
Mivel lehet ezt megvalósítani?
1. Konstrukciós védelem: szerkezeti anyag helyes megválasztása
2. Passzív védelem: a felületen védőbevonatot kialakítása
3. Aktív védelem: célzott beavatkozás az anódos vagy a katódos folyamatba
4. Komplex védelem: az előzőek együttes alkalmazása
Konstrukciós védelem
1. Olyan anyagot választok szerkezeti anyagnak, amelynél a korrózió
termodinamikailag nem lehetséges.
Az arany ellenáll az oldott oxigénnek, a klórnak és a hidrogén ionnak is.
Az anyagválasztás kérdéses gazdasági
szempontból
Művészi, esztétikai szempontból
elfogadható
Konstrukciós védelem
2. Olyan anyagot választunk, amelynek felületén a lehetséges depolarizátorok,
hidrogén-ion, oldott oxigén, oldott klór túlfeszültséggel válnak le.
a konzervdoboz tartalma általában
savas pH-jú a baktériumok
távoltartása miatt
konzervdoboz
+ 0,4
Az ón felületén
a hidrogén ion
túlfeszültséggel
válik le
Olcsó vaslemezen ón bevonat
Konstrukciós védelem
3. Ötvözéssel hozunk létre olyan szerkezeti anyagot, amelynek felületén
a lehetséges depolarizátorok, hidrogén-ion, oldott oxigén
túlfeszültséggel válnak le.
Az indiai vasoszlop feszínén 1600 éve
nincs egy szem rozsda.
UFO segítség vagy ősi szaktudás ?
Egyik sem.
A gyártáskor nem távolították el a vasolvadék
foszfor tartalmát (csak szénnel redukáltak, mészkő
adalék nélkül).
Foszfor tartalmú védőréteg.
Statikus állapotban korrózióálló, de dinamikus
igénybevételt nem visel el. Szerkezeti anyagnak
nem megfelelő.
Konstrukciós védelem
3a. Nikkel tartalmú acél olyan szerkezeti anyag, amelynek felületén
a hidrogén-ion, túlfeszültséggel válik le.
Az oldott oxigén megtámadja, mivel nincs túlfeszültsége ezen az ötvözeten!
Nyitott kád esetén a folyadék és a levegő
határvonalánál korróziós elszíneződés
Káposztasavanyító kád
Nikkel tartalmú saválló acéltartály
Konstrukciós védelem
3b. A króm és nikkel tartalmú acél olyan szerkezeti anyag, amelynek felületén
a hidrogén-ion, és az oldott oxigén is túlfeszültséggel válik le.
Krómtartalom 17 – 30 %
http://perfect-kitchen-design.blogspot.com/2009/11/sink-in-kitchen-design-remodeling.html
Konstrukciós védelem
3c. Az ötvöző anyagtartalom korlátozása pl.: sárgaréznél 15 % alatti
cinktartalom, sárgaréznél további ötvözők bevitele (inhibited brass) Sb, P, Sn,
As, Pb.
Dezincification Resistant Brass, DZR Brass Jele: CR sárgaréz
RECANATI EUROPE BV
New product: DZR "CR" Brass UNI EN 12165 CW602N Fitting
DZR "CR" Brass is a copper and zinc alloy designed to resist
corrosion and prevent the electrolytic phenomenon leading
to zinc detachment and consequently, to the possible
cracking of the fitting or valve. Additionally, because of zinc
detachment and its refacing of closure valve areas, valve
malfunctioning might be observed. Drinking water can
naturally contain chlorides likely to interact with metals. DZR
"CR" BRASS is chloride-resistant.
Leengate Valves
Konstrukciós védelem
4. Olyan szerkezeti anyagokat párosítok, amelyeknél kicsi a potenciál
különbség
Galvánpotenciálok
forrasz
csapvíz
Hálózati vízvezeték rézcsőből
A csapvíz elektrolit és oldott
oxigént is tartalmaz
Fém
Cink ötvözetek
Ezüst
Ezüstforrasz
Ólom
Ón
Ón-ólom forrasz
Szénacél
Réz
Sárgaréz
potenciál csapvízben
H elektródhoz képest
[volt]
- 0,87 …- 0,29
+ 0,19
+ 0,15
- 0,28
- 0,27
+ 0,15
- 0,39
+ 0,14
- 0,12
Konstrukciós védelem
5. Eltérő elektródpotenciálú fémek fémes érintkezésekor az anód legyen
a nagy felületű és a katód a kicsi.
A vaslemez negatívabb potenciálú
a szegecsnél
katód
A vaslemez pozitívabb potenciálú
a szegecsnél
anód
A korróziós anyagveszteség
nagyobb felületen oszlik el
katód
anód
A korrózió kis felületre koncentrálódik,
gyors mélységi anyagveszteség
Passzív védelem
A passzív védelemnél olyan felületi bevonatot hozunk létre a védendő
fém felszínén, amely meggátolja a korróziót.
Felület előkészítés
Szervetlen bevonatok
oxidmentesítés
zsírtalanítás
Fémes bevonatok
Galvanizálás, tűzi fémbevonás,
Fémszórás, termodiffúziós felületi ötvözés
Szerves bevonatok
Szerves bázisú festékek
Vizes bázisú festékek
Átmeneti korrózióvédő anyagok
Nem fémes bevonatok
Foszfátozás, kromátozás,
zománcozás, eloxálás
Felületelőkészítés (mechanikai oxidmentesítés)
K0 …K4 acélfelületek tisztasági fokozatai
K0
A felületen reve vagy rozsda hatszoros
nagyítással sem észlelhető (fémtiszta).
K1
A felületen reve vagy rozsda csak
hatszoros nagyítással észlelhető
(gyakorlatilag fémtiszta)
K2
Szabadszemmel látható max. 1mm
átmérőjű reve vagy rozsda pontok
K4
K3
K3
Felületen visszamaradt lemezesen le
nem választható rozsda.
Felületen visszamaradt
tapadó rozsda
Felület előkészítés
vegyszeres oxidmentesítés
1. Felületi oxidréteg eltávolítása savas pácolással.
a./ kénsav vizes oldata: lassú, páciszap marad a felületen
b./ sósav vizes oldata gyors, fém tiszta felület
c./ salétromsav vizes oldata, réz felületi oxid mentesítésére
A savas páclé a fémet is megtámadja ezért inhíbítor alkalmazása szükséges
Savas pácolás
Pácolás hatása a fémfelületre
A kimerült páclé és a mosóvíz a jelentős maradék sav- és a kioldott fémtartalom
miatt veszélyes hulladék !
A technológia során levegőszennyezés veszély !
Felület előkészítés
vegyszeres oxidmentesítés és zsírtalanítás
2. Felületi oxidréteg eltávolítása lúgos pácolással:
nátrium-hidroxid, nátrium-karbonát oldat alumíniumra
A lúgos pácolás a magnézium ötvözetek kivételével zsírtalanításra is alkalmas.
Lúgos pácoló kád
A kimerült páclé és a mosóvíz a jelentős maradék lúg - és a kioldott fémtartalom
miatt veszélyes hulladék !
A technológia során levegőszennyezés veszély !
Fémes bevonatok
1. Galvanizálás
Fémfelületre egyenárammal 25-200 mikron vastagságú, az eredeti fémnél
jobb tulajdonsággal rendelkező fémréteget választunk le.
Függesztékes galvanizálás
http://www.koloman-technik.hu/galvanizalas.php
Dobrendszerű galvanizálás
Az oldódó arany anódok körbeveszik a bevonandó
katódot az egyenletes rétegvastagság miatt
Fémes bevonatok
2. Fémszórás
Olvadt fémet inert gázzal porlasztva viszünk fel a fémfelületre.
Rétegvastagság : 50 – 200 μm
http://www.komarom-esztergom-megye.info/kategoria/gepipar/
Fémes bevonatok
3. Tűzi fémbevonás
A védendő fémet fémolvadékba merítve a bevonó és az alapfém között ötvöződés
következik be.
A fémolvadékból történő kiemeléskor az alapfémhez ötvözőréteggel kötött
fémbevonat alakul ki.
Rétegvastagság: 25 – 200 μm.
Leggyakoribb tűzi fémbevonás
a horganyzás, az alapfém cinkkel
történő bevonása
Az ólmozást, kadmiumozást
a mérgező fémgőzök miatt
ritkán alkalmazzák !
http://www.steeltower.org/steeltower/hot-dip-galvanization.html
Fémes bevonatok
4. Termodiffúziós fémbevonás
A fémtárgyat fémpor és adalékanyagok keverékébe ágyazzák és hőkezelik.
A hőkezelés alatt felületi ötvöződés játszódik le 100 – 300 μm mélységben.
porkeverék
alapfém atomjai
ötvöző fém atomjai
Nemfémes bevonatok
Tűzi zománcozás: felizzított öntvényre szórt 900-1000 °C-on olvadó szilikátok.
Igen jó korrózióálló, de rideg bevonat. pl. élelmiszeripari autoklávok
Kromátozás: oxidáló tulajdonságú krómtartalmú páclében néhány μm vastag
ellenálló oxidréteg alakul ki. Ritkán használják a környezetvédelmi szempontból
rendkívül veszélyes oldott krómtartalom miatt.
Foszfátozás: legelterjedtebb felületkezelő eljárás, amelyet cink-mangán-foszfát
és foszforsav tartalmú oldattal végeznek (gyors foszfátozás). A vas felületén
egy Fe-Zn-Mn-foszfát tartalmú védőréteg alakul ki.
Eloxálás: Alumíniumot elektrolitban anódként kapcsolják és a fejlődő atomos
oxigén megvastagítja a felületi oxidréteget. Igen jól színezhető.
Szerves bevonatok
1. Szerves bázisú festékek
Szinező, töltőanyag, műgyanta kötőanyag és oldószer tartalmú védőanyag
Oldószer: xylol, toluol (aromás hígító)
szerves észter tartalmú hígító
alifás vegyületeket tartalmazó hígító
2. Vizes bázisú festékek
Színező-, és töltőanyagot, továbbá polivinilacetát és kopolimerjeit kötőanyagként
tartalmazó vizes szuszpenzió.
3. Átmeneti korrózióvédő anyagok
Olajok, zsírok, viaszok
Aktív védelem
1. Korróziós inhibitorok alkalmazása
Anódos inhibitorok:
A korróziót kísérő anódos folyamatot (fém oldódását) gátolják. Amennyiben
az inhibítor mennyisége nem elegendő súlyos lyukkorrózió alakulhat ki.
Elégtelen mennyiségű anódos inhibitort tartalmazó elektrolittal érintkező
fémen kialakuló lyukkorrózió
Katódos inhibitorok:
A korróziót kísérő katódos folyamatot (oldott oxigén vagy a hidrogén-ion
redukcióját )gátolják. Elégtelen mennyiség nem okoz lyukkorróziót.
Biztonságosabb, mint az anódos.
Aktív védelem
2. Katódos védelem (feláldozó anódos védelem)
A védendő szerkezeti anyagot szándékosan érintkeztetik egy a védendő
fémnél negatívabb potenciálú fémmel. Ilyenkor a negatívabb potenciálú
fém fog korrodálódni a védendő tárgy helyett mindaddig amíg el nem fogy.
Vasat akarunk védeni
Ezek alkalmasak
Tengervizes közegben
Nem alkalmas, vizes
közegben azonnal
elbomlanak
Áldozati anódos védelem (katódos védelem) formái
Horganyzott (Zn)
vaslemez
A cink bevonat sérülés után is védi a vasat
Áldozati anódos védelem (katódos védelem)
formái
Védő anód
Vízmelegítő tartály védelme
Elhasználódott védő anódok
Áldozati anódos védelem (katódos védelem)
formái
Védőanódok
Áldozati anódos védelem (katódos védelem)
formái
Védőanódok
Katódos védelem külső áramforrással
Komplex védelem
A katódos védelem és a bevonatok egyidejű alkalmazása tengerjáró hajókon
Komplex védelem
Földbe fektetett csővezetékek védelme
szigetelés
áramforrás
negatív
csatlakozása
Bevonat nélküli védelem esetén: 600 – 1000 mA/m2
Szigeteléssel való ellátás után (komplex védelem) : 0,02 – 0,06 mA/m2