KOROZIJA METALA I LEGURA

Pod korozijom (lat.

corrado

-nagrizati) metala i legura podrazumeva se njihovo razaranje pod uticajem okolne sredine, koje obično počinje sa površine usled hemijskog i elektrohemijskog dejstva. Prema načinu i uzroku oštećenja razlikuju se:

ravnomerna korozija i lokalna korozija

.

površinska

-

Površinska korozija

se odlikuje ravnomernim napadom koji se razvija paralelno s površinom predmeta.

Lokalna korozija

izaziva lokalno korodivno razaranje, tj. razaranje na jednom mestu pa čak i u jednoj tački. U lokalnu koroziju spadaju: mestimična-tačkasta korozija, selektivna korozija, interkristalna korozija, korozija pod naprezanjem, korozija praćena erozijom i dr.

OBLICI LOKALNE KOROZIJE TAČKASTA KOROZIJA

Slika II-1 . Neravnomerni raspored rupica kod tačkaste korozije

SELEKTIVNA KOROZIJA

Slika II-1 . Selektivna korozija čelika feritno-cementitne strukture: tamno: cementit-katoda; belo: ferit-anoda

OBLICI LOKALNE KOROZIJE INTERKRISTALNA KOROZIJA

Slika II-1. Interkristalna korozija Slika II-1. Interkristalni napad usled naponske korozije Slika II-1 . Transkristalno prskanje austenitnog nerđajućeg čelika usled naponske korozije

OBLICI LOKALNE KOROZIJE

Slika II-1 . Korozioni zamor (prirodna veličina) Slika II-2. Korozioni zamor Slika II-1 . Eroziona korozija livenog gvožđa Slika II-1

. Korozija oksidacijom na visokim temperaturama

OBLICI LOKALNE KOROZIJE

Slika II-1. Eroziona korozija izazvana udarnim napadom na disk od mesinga Slika II-2. Kavitaciona erozija Slika II-3 . Nagrizajuća korozija

VRSTE KOROZIJE

Zavisno od sredine u kojoj teče proces korozije, razlikuju se dve vrste korozije:

hemijska korozija

i

elektrohemijska korozija.

Hemijska korozija

nastaje u prisustvu agresivnih supstanci koje nisu elektroliti, kao što su: suvi gasovi i tečnosti neelektroliti (benzin, nafta, ulje, smola i dr.).

Elektrohemijska korozija

se javlja u prisustvu nekog elektrolita i uvek je praćena električnom strujom, zbog čega je poznata i kao

elektro litička korozija

. Kao elektrol iti mogu poslužiti: kiseline, baze, nihovi rastvori, soli rastvorene u vodi, gasovi rastvoreni u vodi itd.

Slika II-1. Shema elektrohemijske korozije metala: 1) anodna zona; 2) katodna zona; 3) elektrolit (kapljica vode); 4) proizvod korozije (rđa)

ELEKTROHEMIJSKA KOROZIJA

Kod elektrohemijske korozije hemijska energija se pretvara u električnu energiju usled mnoštva

mikro galvanskih elemenata

, koji se stvaraju na površini metala u prisustvu elektrolita.

Slika II-1

. Galvanski Cu-Zn element Metali imaju različite sposobnosti rastvaranja, pa njihovim uranja njem u elektrolit imaju i različite elektrodne potencijale. Najviši elektrodni potencijal imaju plemeniti metali Au, Ag, Pt, z bog čega su otporni na ko roziju. Metal Magnezijum Aluminijum Mangan Cink Gvožđe Nikal Kalaj

Tabela II-1. Pregled potencijala nekih metala

Potencijal -1,55 -1,28 -1,10 -0,762 -0,439 -0,23 -0,136 Metal Olovo Vodonik Bakar Srebro Živa Zlato Platina Potencijal -0,127 0,00 +0,344 +0,80 +0,86 +1,50 +1,80

ELEKTROHEMIJSKA KOROZIJA KOD METALA

Ukoliko neki metal ima nižu vrednost elektrodnog potencijala, to je hemijski aktivniji i više izložen gubljenu elektrona koji prelaze u rastvor, pa je tim više sklon koroziji. Zato član galvanskog sprega sa višim potencijalom čini katodu, a sa nižim potencijalom anodu. Pri nastanku mikro galvanskih elemenata rastvara se materijal anode. Višak elektrona nastalih rastvaranjem metala spaja se sa kiseonikom rastvorenim u elektrolitu, gradeći jone hidroksida OH : O 2 + 4e + 2H 2 O  4OH [ II-1 ] Kao sekundarna reakcija, posebno pri koroziji gvožđa, je reakcija katjona Fe 2+ koji prelaze u elektrolit i spajaju se sa OH jonima iz elektrolita. Pri tome se na površini metala stvara hidroksid gvožđa koji je nerastvorljiv u vodi: Fe 2+ + 2OH = Fe(OH) 2 4Fe(OH) 2 + O 2 + 2H 2 O = 4Fe(OH) 3 Vremenom hidroksid gvožđa pređe u jedinjenje tipa: [ II-2 ] n Fe 2 O 3 . n H 2 O u praksi poznato kao "rđa". [ II-3 ]

ZAŠTITNE MERE OD KOROZIJE

Metali i legure mogu se štititi od korozije na nekoliko načina:  nanošenjem metalnih prevlaka;  nanošenjem nemetalnih prevlaka;   hemijska zaštita; elektrohemijska zaštita.

METALNE PREVLAKE

Metalne prevlake za zaštitu gvožđa i čelika mogu biti od: cinka, kalaja, hroma, bakra, aluminijuma, olova itd. Nanose se na prethodno dobro očišćene površine nekim od postojećih postupaka: potapanjem u rastopljen metal, galvanskim, difuzionim i termomehaničkim postupkom, rasprašivanjem metala (metalizacijom), eloksiranjem itd.

Potapanje u rastopljeni metal

je najjednostavniji postupak zaštite i sastoji se u nanošenju tankog sloja lako topljivih metala: kalaja (kalaisanje), cinka (cinkovanje), olova itd.

Difuzni način zaštite

sastoji se u difuznom obogaćenju površi nskog sloja zaštitnim metalom, pri visokim temperaturama

METALNE PREVLAKE

Galvanski elektrolitički postupak

sastoji se u nanošenju cinka, kalaja, olova, bakra, nikla, hroma i drugih metala galvanskim putem. Postoji anodna i katodna zaštita. Slika II-1

. Zaštitno dejstvo prevlake od cinka na gvozdenom limu

(katoda) (anoda)

Slika II-1 . Elektrohemijska korozija izazvana mehaničkim povredama zaštitne prevlake

Termomehanički način zaštite (plakiranje)

i zaštitnog metala sastoji se u dobijanju bimetala (dvojnih metala), putem zajedničkog valjanja na toplo osnovnog

METALNE PREVLAKE

Metalizovanje

je postupak za nanošenje zaštitne metalne prevlake prskanjem rastopljenog, lako topljivog metala (olova, kalaja, cinka itd.) pomoću pištolja za metalizovanje.

Slika II-1 . Metalizovanje: 1) pištolj; 2) metalni predmet; 3) kabal za električnu struju; 4) žica od lako topljivog materijala za rasprašivanje

Eloksiranje (eloksal postupak)

se odnosi na zaštitu aluminijuma i njegovih legura. Zaštitna prevlaka je od oksida aluminijuma i nanosi se galvanskim putem. Tako dobijena zaštitna prevlaka je vrlo otporna prema koroziji, a uz to je i dobro elektro izolaciono sredstvo.

NEMETALNE PREVLAKE I OBLOGE

Zaštita nemetalnim prevlakama sastoji se u premazivanju površina: bojama, mastima i uljima, lakovima, sintetičkim smolama, katranom, bitu menom, kao i emajlima.

HEMIJSKA ZAŠTITA

Hemijska zaštita metala od korozije sastoji se u tome, što se na površini metala veštački (procesima oksidacije) stvaraju zaštitne oksidne skrame (npr. Al 2 O 3 ).

ELEKTROHEMIJSKA ZAŠTITA

Elektrohemijska zaštita deli se na: protektornu i katodnu zaštitu.

Slika II-1 . Zaštita cinkovim protektorom

PREDAVANJE V

MINERALNA VEZIVA I BETON

Zavisno od sastava i osobina mineralna veziva se dele na tri glavne grupe:

Hidraulična veziva

(portland cement, lafarž cement, hidraulični kreč i dr.). Mogu otvrdnuti i povećati svoju čvrstoću kako na vazduhu tako i pod vodom.

Vaz dušna veziva

(kreč, gips, magnezitna veziva, vodeno-rastvorno staklo i dr.). Nisu postojana u vodi pa mogu otvrdnuti i povećati čvrstoću samo na vazduhu.

Vatrostalna veziva

(vatrostalna glina, šamot i dr.). Posle stvrdnja vanja na vazduhu mogu izdržati visoku temperaturu.

PORTLAND CEMENT DOBIJANJE PORTLAND CEMENTA

Portland cement se dobija od prirodne ili veštačke mešavine kre čnjaka i gline u određenoj razmeri (1 deo gline : 3 dela kalcijum karbona ta).

Prirodna mešavina krečnjaka i gline, pogodna za fabrikaciju portland cementa, poznata je kao

cementni laporac

, kod koga se sadržaj krečnjaka kreće od 60-80%.

Hidraulični modul:

M h



SiO

2 

CaO Al

2

O

3 

Fe

2

O

3  1 , 9  2 , 4 [III-1 ]

Stepen zasićenja:

K z

 2 , 8

SiO

2

CaO

 1 , 18

Al

2

O

3  0 , 65

Fe

2

O

3 100 % [III-1 ] Postupak za proizvodnju cementa obuhvata:

pripremu

mineralne sirovine,

pečenje

sirovine do temperature sinterovanja 1350-1450 0 C i

mlevenje

pečenog cementnog klinkera u sitan prah.

TEHNOLOŠKI POSTUPCI DOBIJANJA PORTLAND CEMENTA

Slika III-1 . Tehnološki postupci proizvodnje cementa

PROIZVODNJA PORTLAND CEMENTA

Pečenje sirovine

se vrši u kratkim ili dugim horizontalnim rotacionim pećima. Sirovina se peče do temperature sinterovanja 1350-1450 0 C, koja je nešto niža od temperature topljenja.

Slika III-1 . Horizontalna rotaciona peć za cement (šematski prikaz: 1)obrtni cilindar peći; 2)obrtni cilindar za hlađenje pečenog cementnog klinkera;3)sirovina; 4)sprašeni ugalj za loženje; 5)mlaznice; 6)korišćenje vrelog vazduha; 7)transporter za pečeni klinker

MLEVENJE CEMENTNOG KLINKERA

Slika III-1. Detalj mlina sa kuglama za mlevenje cementnog klinkera

Dodaci za regulisanje vezivanja pri fabrikaciji cementa su: sadra (CaSO

4 .

2H

2

O) ili anhidrit (CaSO

4

) ili njihove mešavine.

HEMIJSKI SASTAV PORTLAND CEMENTA

Hemijski sastav portland cementa je: CaO (vezan) .............................. SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 SO 3 CaO (slobodan) MgO .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. alkalije (Na 2 O i K 2 O) .............................. 62-67% 19-25% 2-8% 1-5% najviše 3,5-4,5% najviše 2% najviše 5% 0,5-1,3%.

MINEROLOŠKI SASTAV PORTLAND CEMENTA

Mineralni sastav portland cementa čine sledeća jedinjenja: - trikalcijum silikat (alit), 3CaO .

SiO 2 (skraćeno C 3 S) ............. 45-60% - bikalcijum silikat (belit), 2CaO .

SiO 2 (skraćeno C 2 S) ........... 20-30% - trikalcijum aluminat, 3CaO .

Al 2 O 3 (skraćeno C 3 A) ................ - tetrakalcijum alumoferit, 4CaO . Al 2 O 3 .

Fe 2 O 3 (skra.C

4 AF) .... 4-12% 10-20% - - - C 3 S - je nosilac svih bitnih osobina portland cementa, daje osnovnu čvrstoću cementu, stvrdnjava dosta brzo i razvija zna tnu količinu hidratacione toplote. C 2 S - stvrdnjava veoma sporo, ali zato kasnije doprinosi po rastu čvrstoće, razvija male količine hidratacione toplote. C 3 A vezuje veoma brzo, u roku od 24 sata postiže konačnu, ali srazmerno malu čvrstoću, razvija znatne količine hidrata cione toplo te, povećava deformacije cementa i nije otporan pre ma sulfatnim vodama. C 4 AF vezuje brzo, doprinosi čvrstoći i relativno je otporan prema sulfatnim vodama.

FIZIČKE I TEHNIČKE OSOBINE PORTLAND CEMENTA

Glavne fizičke i tehničke osobine portland cementa su: gustina, fi noća mliva, vreme vezivanja, toplota hidratacije, čvrstoća i stalnost zapremine.

Vezivanje

je osobina portland cementa zamešanog sa vodom da počinje gubiti plastičnost i da posle određenog vremena očvrsne: 3CaO .

SiO 2 + 5H 2 O = 2CaO .

SiO 2 .

4H 2 O + Ca(OH) 2 3CaO .

Al 2 O 3 + nH 2 O = 3CaO .

Al 2 O 3 .

nH 2 O [III-1 ]

Finoća mliva

podešava se tako da pri prosejavanju ostatak na situ prečnika otvora 0,09mm, tj. 4900 rupica/cm 2 , ne bude veći od 10%. Početak vezivanja portland cementa ne sme da bude pre 60 mi nuta, a kraj vezivanja ne posle 10 časova.

Čvrstoća-klasa cementa

definiše se ostvarenim čvrstoćama na pri tisak i savijanje

MEHANIČKE ČVRSTOĆE PORTLAND CEMENTA

Cementi na bazi portland cementnog klinkera svrstani su u klase kvaliteta: 25; 35S; 35B; 45S; 45B i 55. Klase su definisane prema ostva renim čvrstoćama na pritisak i savijanje dobijene posle 28 dana i date su u tabeli (III-1).

Tabela III-1 . Minimalne čvrstoće na pritisak i savijanje portland cementa

Klasa 1 dan savojna pritisna Minimalne čvrstoće u MPa 3 dana savojna pritisna 7 dana savojna pritisna 28 dana savojna pritisna 25 35 45 55 S* B - - - - - - - - 3,0 - - 14,0 S B - - - - 3,0 3,5 14,0 18,0 3,5 18,0 - - S* cement sa sporijim prirastom čvrstoće B* cement sa bržim prirastom čvrstoće. 2,5 3,5 - - - - 10,0 14,0 - - - - 4,0 5,0 5,0 5,5 5,5 6,5 22,0 31,0 31,0 40,0 40,0 49,0

VRSTE I SASTAV PORTLAND CEMENTA

Tabela III-1. Vrste cementa prema sastavu

Vrste cementa prema sastavu Portland cement Portland cement sa dodatkom zgure Portland cement sa dodatkom pucolana Portland cement sa dodatkom zgure i pucolana Metalurški cement Pucolanski cement Oznaka PC k PC nz k PC mp k PC nz mp k M nz k P mp k

Tabela III-1. Dodaci cemenatu

Dodatak u % PC k PC 15z k PC 30z k PC 15p k PC 30p k PC 15d(z ili p) k PC 30d(z ili p) k M k M p k P k Oznaka cementa Granulisane zgure - najviše 15 više od 15 do 30 - - - - više od 30 do 85 više od 30 - Prirodnog ili veštačkog pucolana - - - najviše 15 više od 15 do 30 - - - od 5 do 40 više od 30 Mešanog dodatka (granulisana zgura + pucolan) - - - - najviše 15 - više od 15 do 30 - sadržaj zgure mora biti veći od pucolana -

VRSTE PORTLAND CEMENTA

Cementi na bazi portland cementnog klinkera obuhvataju: - Portland cemente sa dodacima, i Specijalne vrste portland cemenata. U portland cemente sa dodacima spadaju: - portland cement sa dodatkom zgure: PC 15z k, PC 30z k; - - - - portland cement sa dodatkom pucolana: PC 15p k, PC 30p k; portland cemen t sa mešanim dodatkom: PC 15d k, PC 30d k; metalurški cement: M k; metalurški cement sa dodatkom pucolana: M p k; i pucolanski cement: P k. U specijalne vrste portland cemenata spadaju: beli portland ce ment, portland cement niske hidratacione toplote i sulfatnootporni port land cement.

CEMENTI ZA CEMENTACIJU BUŠOTINA

U naftn oj industriji koristi se više cementnih "mešavina" u skladu sa API (American Petroleum Institute) standardima. Cementne mešavine su na bazi portland cementa ili aluminatnog cementa, sa posebnim doda cima.

Pucolanska mešavina I, Pucolanska mešavina III, Brzovezujuća aluminatna mešavina, Sporovezujuća pucolanska mešavina, Specijalni cementi za cementaciju bušotina (smolni cement, lateks cement, cement sa dodatkom gorivog ulja, polimer cement itd.).

PUCOLANI

U sastav pucolana ulaze oksidi: SiO 2 , Al 2 O 3 i Fe 2 O 3 i to najčešće u amorfnom-stakla stom obliku, koji baš i uslovljava pucolansku aktivnost. Ca(OH) 2 + SiO 2 + nH 2 O = CaO .

SiO 2 .

(n+1)H 2 O [III-1 ] Pucolani se dele na: prirodne i veštačke. U prirodne pucolane spa daju: pucolanska zemlja, santorinska zemlja, dijatomejska zemlja, opal ska breča, vulkanski tuf, vulkanski pepeo, apatit i dr. U veštačke puco lane spadaju: leteći (elektrofilterski) pepeo, razni keramički materijali i dr.

Tabela III-1. Klase kvaliteta pucolana

Oznaka kvaliteta Čvrstoća pri savijanju,  MPa  Čvrstoća pri pritisku,  MPa  5 10 15 2 3 4 5 10 15

SPECIJALNE VRSTE CEMENATA

U specijalne vrste cemenata spadaju: aluminatni cement, super sulfatni cement i ekspanzivni cement.

ALUMINATNI CEMENT

Aluminatni (topljeni Lafarž) cement dobija se žarenjem mešavine krečnjaka (40%) i boksita (40%), uz dodatak silicijum dioksida SiO 2 (10%) i oksida gvožđa Fe 2 O 3 (10%). Umesto krečnjaka može se upo trebiti negašeni kreč (CaO). Za izbor sirovine merodavan je

aluminatni modul

:

Al

2

O

3  0 , 90  1 , 15

CaO

[III-1 ] Osnovni minerali koji ulaze u sastav aluminatnog cementa su: monokalcijum aluminat CaO . Al 2 O 3 (skraćeno CA) i 2CaO .

SiO 2 (skra će no C 2 S). Sadržaj Al 2 O 3 u ovom cementu ne sme da bude manji od 35%. Klasa 65 75

Tabela III-1 . Čvrstoće aluminatnog cementa

Najmanje čvrstoće, MPa savojna čvrstoća posle pritisna čvrstoća posle 1 dan 4,5 5,0 3 dana 5,5 6,0 28 dana 6,5 7,0 1 dan 35 45 3 dana 45 55 28 dana 58 67 U toku procesa hidratacije odigrava se sledeća hemijska reakcija: CaO .

Al 2 O 3 + 10H 2 O = CaO .

Al 2 O 3 .

10H 2 O + q [III-1 ]

SPECIJALNE VRSTE CEMENATA

Supersulfatni cement

proizvodi se finim mlevenjem granulisane zgure visokih peći (do 85%), sadre+anhidrit (10-15%) i samo oko 5% portland cementnog klinkera.

Ekspanzivni cement

dobija se kombinovanjem portland cementa sa sulfoaluminatnim cementom i granulisanom zgurom. Zavisno od projekto vane mešavine ovi cementi u prvih 10-15 dana pokazuju značajnu eks panziju (širenje). Ekspanzija može da iznosi i do 25mm/m , ,