MŰSZAKI KÉMIA 6. Korrózióvédelem ELŐADÁSOK GÉPÉSZMÉRNÖK HALLGATÓKNAK 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 Mivel lehet ezt megvalósítani? 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? Konstrukciós védelem: szerkezeti anyag helyes megválasztása Passzív védelem: a felületen védőbevonatot kialakítása Aktív védelem: célzott beavatkozás az anódos vagy a katódos folyamatba Komplex védelem: az előzőek együttes alkalmazása

Művészi, esztétikai szempontból Az anyagválasztás kérdéses gazdasági Konstrukciós védelem Olyan anyagot választok szerkezeti anyagnak, amelynél a korrózió termodinamikailag nem lehetséges. Az arany ellenáll az oldott oxigénnek, a klórnak és a hidrogén ionnak is. Művészi, esztétikai szempontból elfogadható Az anyagválasztás kérdéses gazdasági szempontból

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

A csapvíz elektrolit és oldott Konstrukciós védelem 4. Olyan szerkezeti anyagokat párosítok, amelyeknél kicsi a potenciál különbség Galvánpotenciálok forrasz Fém potenciál csapvízben H elektródhoz képest [volt] Cink ötvözetek - 0,87 …- 0,29 Ezüst + 0,19 Ezüstforrasz + 0,15 Ólom - 0,28 Ón - 0,27 Ón-ólom forrasz + 0,15 Szénacél - 0,39 Réz + 0,14 Sárgaréz - 0,12 csapvíz Hálózati vízvezeték rézcsőből A csapvíz elektrolit és oldott oxigént is tartalmaz

Konstrukciós védelem 5. Eltérő elektródpotenciálú fémek fémes érintkezésekor az anód legyen a nagy felületű és a katód a kicsi. A vaslemez pozitívabb potenciálú a szegecsnél A vaslemez negatívabb potenciálú a szegecsnél anód katód katód anód A korróziós anyagveszteség nagyobb felületen oszlik el 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 oxidmentesítés zsírtalanítás Szervetlen bevonatok Szerves bevonatok Fémes bevonatok Galvanizálás, tűzi fémbevonás, Fémszórás, termodiffúziós felületi ötvözés 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 K1 K2 A felületen reve vagy rozsda csak hatszoros nagyítással észlelhető (gyakorlatilag fémtiszta) A felületen reve vagy rozsda hatszoros nagyítással sem észlelhető (fémtiszta). 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 Az oldódó arany anódok körbeveszik a bevonandó katódot az egyenletes rétegvastagság miatt Dobrendszerű galvanizálás

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 porkeverék A fémtárgyat fémpor és adalékanyagok keverékébe ágyazzák és hőkezelik. A hőkezelés alatt felületi ötvöződés játszódik le 100 – 300 μm mélységben. porkeverék ötvöző fém atomjai alapfém 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

fémen kialakuló lyukkorrózió 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 áramforrás negatív csatlakozása szigetelés Bevonat nélküli védelem esetén: 600 – 1000 mA/m2 Szigeteléssel való ellátás után (komplex védelem) : 0,02 – 0,06 mA/m2