Jakie są rodzaje korozji? Charakterystyka i podział zjawiska

Korozja to samorzutne niszczenie materiału pod wpływem oddziaływania środowiska. W przypadku metali może zachodzić jako korozja chemiczna, bez udziału elektrolitu, albo elektrochemiczna, wymagająca przewodzącego środowiska i lokalnych ogniw korozyjnych.

Czym różni się korozja chemiczna od elektrochemicznej?

Korozja chemiczna jest bezpośrednią reakcją metalu z otoczeniem. Zachodzi przede wszystkim w suchych gazach, często w podwyższonej temperaturze, a także w cieczach nieprzewodzących prądu, takich jak ropa naftowa, benzen czy fenol. Przykładem może być oddziaływanie gorących gazów spalinowych na łopatki turbin albo czernienie srebra w obecności związków siarki.

Korozja elektrochemiczna wymaga elektrolitu, czyli środowiska przewodzącego prąd jonowy. Może nim być woda zawierająca rozpuszczone sole i gazy. Na niejednorodnej powierzchni metalu powstają wtedy mikroogniwa galwaniczne, w których różne obszary pełnią funkcję anody i katody.

W takim ogniwie:

• Anoda jest miejscem utleniania, czyli oddawania elektronów przez metal. To właśnie w tym obszarze metal ulega rozpuszczaniu.
• Katoda jest miejscem reakcji redukcji. Elektrony dopływające z anody są zużywane między innymi w reakcji z tlenem rozpuszczonym w wodzie.
• Elektrolit umożliwia przepływ jonów i zamyka obwód elektrochemiczny między obszarem anodowym a katodowym.

W stali takie mikroogniwa mogą tworzyć się między żelazem a składnikami struktury stopu, na przykład cementytem Fe₃C. W obecności wilgoci żelazo staje się anodą i przechodzi do roztworu jako jony Fe²⁺. Kolejne reakcje prowadzą do powstania uwodnionych tlenków i wodorotlenków żelaza, czyli rdzy.

Jakie są rodzaje korozji ze względu na charakter niszczenia?

Podział na korozję chemiczną i elektrochemiczną opisuje główny mechanizm procesu. Drugi podział dotyczy tego, gdzie i w jaki sposób materiał zostaje uszkodzony. Ta sama konstrukcja może być jednocześnie narażona na kilka form korozji, zależnie od wilgoci, zasolenia, przepływu medium, budowy stopu i obciążeń mechanicznych.

Korozja ogólna

Korozja ogólna obejmuje znaczną część powierzchni metalu. W odmianie równomiernej obszary anodowe i katodowe są niewielkie oraz przemieszczają się w czasie, dlatego ubytek grubości rozkłada się stosunkowo równomiernie. W odmianie nierównomiernej część powierzchni rozpuszcza się szybciej, tworząc wyraźniejsze zagłębienia.

Korozja galwaniczna

Korozja galwaniczna, nazywana też kontaktową, powstaje wtedy, gdy dwa różne metale są połączone elektrycznie i jednocześnie mają kontakt z elektrolitem. Metal o niższym potencjale staje się anodą i koroduje szybciej, natomiast metal bardziej szlachetny pełni funkcję katody. Znaczenie ma także stosunek powierzchni obu metali. Mała powierzchnia anody połączona z dużą powierzchnią katody może powodować szczególnie intensywny ubytek materiału anodowego.

Korozja szczelinowa

Rozwija się w miejscach, do których elektrolit dopływa słabo, na przykład pod uszczelką, pod łbem łącznika, w zakładce blach albo pod osadem. W szczelinie zmienia się skład roztworu i może dojść do zubożenia w tlen. Powstaje lokalne ogniwo, które przyspiesza rozpuszczanie metalu wewnątrz szczeliny. Jest to inny mechanizm lokalizacji niż w przypadku wżeru, choć oba typy mogą prowadzić do głębokich ubytków.

Korozja wżerowa

Korozja wżerowa polega na powstawaniu małych, lecz często głębokich ubytków. Szczególnie sprzyjają jej jony chlorkowe, które mogą uszkadzać warstwę pasywną na metalach takich jak stal nierdzewna. W dnie wżeru zachodzi reakcja anodowa, a otaczająca powierzchnia może pełnić funkcję katody. Duża powierzchnia katodowa w stosunku do małego dna wżeru sprzyja wysokiej lokalnej szybkości rozpuszczania.

Korozja międzykrystaliczna

Ten typ niszczenia przebiega wzdłuż granic ziaren. W niektórych stalach chromowo-niklowych niewłaściwa obróbka cieplna może doprowadzić do zmian składu w pobliżu granic ziaren i osłabienia odporności tych obszarów. Materiał traci spójność, wytrzymałość i ciągliwość, chociaż jego powierzchnia nie musi wyglądać na silnie skorodowaną.

Korozja naprężeniowa

Pękanie korozyjne naprężeniowe wymaga jednoczesnego działania środowiska korozyjnego oraz naprężeń mechanicznych, najczęściej rozciągających. Źródłem naprężeń mogą być obciążenia robocze, zginanie, montaż albo naprężenia własne po obróbce. Wrażliwy materiał może wtedy pękać nawet przy naprężeniach niższych od granicy plastyczności. Jony chlorkowe są jednym z czynników sprzyjających temu zjawisku w określonych gatunkach stali.

Erozja i korozja biologiczna

Korozja erozyjna występuje w ruchomych mediach. Szybki przepływ cieczy lub gazu może usuwać warstwę pasywną i produkty korozji, odsłaniając świeży metal. Typowe są wówczas rowki, przerzedzenia i pofalowania zgodne z kierunkiem przepływu.

W korozji biologicznej mikroorganizmy zmieniają warunki panujące przy powierzchni metalu. Tworzą osady, zużywają tlen albo wytwarzają związki reagujące z metalem. Bakterie redukujące siarczany mogą w środowisku beztlenowym przekształcać siarczany w siarczki i siarkowodór, co sprzyja korozji elektrochemicznej między innymi rurociągów, zbiorników i konstrukcji zanurzonych w wodzie.

Jak ograniczać korozję w praktyce?

Ochrona przed korozją zaczyna się od oceny środowiska, w którym pracuje element. Trzeba uwzględnić wilgoć, zasolenie, pH, temperaturę, przepływ medium, kontakt z innymi metalami i występowanie naprężeń. Najczęściej stosuje się następujące działania:

• Dobór materiału odpornego na dane środowisko, z uwzględnieniem ryzyka korozji wżerowej i naprężeniowej.
• Izolowanie styków metali o różnych potencjałach, aby przerwać drogę przepływu prądu w ogniwie galwanicznym.
• Usuwanie szczelin, zastoin wody i osadów już na etapie projektowania konstrukcji.
• Stosowanie powłok, pasywacji oraz innych metod obróbki powierzchniowej, a także kontrolowanie uszkodzeń tych warstw.

Rodzaj korozji można prawidłowo rozpoznać dopiero po połączeniu wyglądu uszkodzenia z informacjami o materiale i środowisku. Równomierny ubytek wskazuje na korozję ogólną, głęboki punktowy otwór na wżerową, a pęknięcia rozwijające się pod wpływem obciążenia mogą świadczyć o korozji naprężeniowej.