Czym jest korozja elektrochemiczna i chemiczna? Jak chronić metal przed korozją?

Co to jest korozja?

Korozja jest procesem oddziaływania materiału z otaczającym środowiskiem, w wyniku którego pogarszają się jego właściwości. Termin dotyczy różnych materiałów, ale w praktyce technicznej najczęściej mówi się o korozji metali i stopów.

Efektem może być nie tylko dobrze widoczna rdza. Korozja może prowadzić również do:

• ubytku materiału,
• wżerów i perforacji,
• powstawania produktów korozji na powierzchni,
• uszkodzenia powłok,
• utraty szczelności instalacji,
• osłabienia przekroju elementu,
• problemów z połączeniami śrubowymi i ruchomymi,
• pogorszenia właściwości mechanicznych konstrukcji.

Dlatego korozja nie jest wyłącznie problemem estetycznym. W maszynie, pojeździe, rurociągu, konstrukcji stalowej czy instalacji przemysłowej może mieć wpływ na niezawodność, koszty utrzymania oraz bezpieczeństwo.

Co najczęściej powoduje korozję metalu?

Tempo i mechanizm korozji zależą jednocześnie od materiału, konstrukcji oraz otoczenia. Szczególnie istotne mogą być:

• woda i długotrwale utrzymująca się wilgoć,
• wysoka wilgotność powietrza,
• deszcz, śnieg i kondensacja pary wodnej,
• chlorki, w tym sól drogowa i środowisko morskie,
• kwaśne lub zasadowe środowisko,
• kontakt dwóch różnych metali,
• kontakt z glebą lub wodą,
• zanieczyszczenia przemysłowe,
• podwyższona temperatura,
• szczeliny i miejsca gromadzenia się wody,
• uszkodzenie powłoki ochronnej,
• naprężenia i niekorzystna geometria elementu.

Ważna jest również historia powierzchni. Spawanie, cięcie, szlifowanie, zabrudzenie, kontakt z agresywnym środkiem lub mechaniczne uszkodzenie zabezpieczenia mogą lokalnie zmienić odporność materiału na korozję.

Co to jest korozja elektrochemiczna?

Korozja elektrochemiczna zachodzi wtedy, gdy na powierzchni metalu mogą powstać obszary anodowe i katodowe oraz istnieje środowisko umożliwiające transport jonów – elektrolit.

Elektrolitem może być między innymi cienka warstwa wody zawierająca rozpuszczone sole, woda morska, wilgotna gleba lub wodny roztwór substancji chemicznych.

W obszarze anodowym metal przechodzi do postaci jonowej, czyli ulega utlenianiu i stopniowemu ubytkowi. Elektrony przemieszczają się przez metal do obszaru katodowego, gdzie zachodzi odpowiednia reakcja redukcji.

Do działania takiego ogniwa potrzebne są więc:

1. anoda, na której zachodzi utlenianie metalu,
2. katoda, na której zachodzi reakcja redukcji,
3. metaliczna droga przepływu elektronów,
4. elektrolit umożliwiający przepływ jonów.

To właśnie taki mechanizm odpowiada za dużą część korozji spotykanej w warunkach atmosferycznych, instalacjach wodnych, konstrukcjach morskich czy elementach narażonych na sól drogową.

Czy zwykłe rdzewienie stali jest korozją elektrochemiczną?

W typowych warunkach wilgotnej atmosfery – tak. Jeżeli na stali znajduje się warstwa wody i dostępny jest tlen, mogą powstawać lokalne obszary anodowe i katodowe, a produktem kolejnych reakcji są związki żelaza określane potocznie jako rdza.

Dlatego nie należy utożsamiać każdego „utleniania żelaza” z korozją chemiczną. Obecność ciekłego elektrolitu zmienia mechanizm procesu.

Czym jest korozja galwaniczna?

Korozja galwaniczna jest szczególnym przypadkiem korozji elektrochemicznej. Występuje wtedy, gdy dwa różne materiały przewodzące są połączone elektrycznie i jednocześnie znajdują się w środowisku elektrolitycznym.

Powstaje wtedy para galwaniczna. Jeden z materiałów zachowuje się bardziej anodowo i jego korozja może przyspieszyć, natomiast drugi staje się bardziej katodowy.

Przykładowym problemem konstrukcyjnym może być bezpośrednie połączenie dwóch różnych metali eksploatowanych na zewnątrz, gdzie pomiędzy elementami okresowo pojawia się woda zawierająca sole.

Ryzyko zależy między innymi od:

• rodzaju połączonych metali,
• środowiska,
• przewodności elektrolitu,
• stosunku powierzchni anodowej do katodowej,
• temperatury,
• czasu zwilżenia,
• obecności powłok i izolacji elektrycznej.

Ochrona może polegać między innymi na właściwym doborze materiałów, przerwaniu kontaktu elektrycznego, ograniczeniu dostępu elektrolitu oraz odpowiednim zaprojektowaniu powłok i połączenia.

Korozja chemiczna – na czym polega?

Korozję chemiczną nazywa się również korozją suchą lub bezpośrednią. W tym przypadku degradacja zachodzi wskutek bezpośredniej reakcji materiału z otaczającym środowiskiem bez udziału ciekłego elektrolitu.

Typowym przykładem jest reakcja metalu z gazami w podwyższonej temperaturze – między innymi z tlenem, związkami siarki lub innymi reaktywnymi składnikami atmosfery technologicznej.

Takie zjawiska są szczególnie istotne w:

• piecach przemysłowych,
• układach spalinowych,
• instalacjach procesowych pracujących w wysokiej temperaturze,
• turbinach,
• kotłach,
• elementach narażonych na gorące i agresywne gazy.

Na powierzchni może tworzyć się warstwa produktów reakcji, np. tlenków. Jej dalsze zachowanie zależy od właściwości konkretnego metalu i powstałej warstwy.

Warstwa tlenkowa może chronić albo nie

Niektóre materiały tworzą stosunkowo szczelne i stabilne warstwy pasywne. Dobrym przykładem są aluminium oraz stale nierdzewne zawierające chrom.

Warstwa pasywna ogranicza dalszy kontakt materiału z otoczeniem i może znacząco spowalniać korozję.

Nie jest jednak niezniszczalna. Na jej stabilność mogą wpływać między innymi chlorki, niewłaściwe pH, temperatura i uszkodzenie powierzchni.

Korozja elektrochemiczna a chemiczna – najważniejsze różnice

Jak korozja może wyglądać w praktyce?

Mechanizm chemiczny lub elektrochemiczny opisuje sposób przebiegu reakcji, ale z punktu widzenia utrzymania ruchu równie ważna jest postać uszkodzenia.

Korozja może występować między innymi jako:

• korozja równomierna – powierzchnia ulega stosunkowo równomiernemu ubytkowi,
• korozja wżerowa – rozwijają się lokalne, głębokie wżery,
• korozja szczelinowa – pojawia się w wąskich szczelinach i miejscach o utrudnionej wymianie środowiska,
• korozja galwaniczna – związana z połączeniem różnych materiałów w obecności elektrolitu,
• korozja pod powłoką – rozwija się po przedostaniu się czynników korozyjnych pod uszkodzoną warstwę zabezpieczającą,
• korozja wysokotemperaturowa – związana z oddziaływaniem gazów i produktów procesu w wysokiej temperaturze.

Dwa elementy wykonane z tego samego materiału mogą więc wymagać zupełnie innego zabezpieczenia, jeżeli jeden znajduje się w suchym magazynie, a drugi jest stale narażony na sól, kondensację lub agresywne środowisko procesowe.

Jak chronić metal przed korozją?

Nie istnieje jedna metoda ochrony odpowiednia dla wszystkich metali i wszystkich warunków. Skuteczny system ochrony powinien być dobrany do materiału, środowiska, konstrukcji, wymaganej trwałości oraz możliwości serwisowania.

1. Powłoki ochronne

Powłoka ogranicza kontakt powierzchni metalu z wodą, tlenem, solami i innymi składnikami środowiska.

Stosuje się między innymi:

• systemy lakiernicze,
• powłoki epoksydowe,
• powłoki cynkowe,
• powłoki woskowe,
• powłoki konserwujące,
• specjalistyczne systemy odporne na określone chemikalia lub temperaturę.

Kluczowe znaczenie ma przygotowanie powierzchni oraz ciągłość warstwy. Powłoka z pęknięciem, odpryskiem albo obszarem słabej przyczepności może przestać skutecznie izolować podłoże.

2. Powłoki cynkowe i zabezpieczenie katodowe powierzchni

Cynk jest powszechnie stosowany do ochrony elementów stalowych. Oprócz funkcji bariery może pełnić rolę bardziej aktywnego materiału, który chroni stal w układzie elektrochemicznym.

Rozwiązania cynkowe są szczególnie przydatne przy zabezpieczaniu konstrukcji stalowych oraz przy naprawie uszkodzonych powierzchni ocynkowanych.

3. Inhibitory korozji

Inhibitor jest substancją, która po zastosowaniu w odpowiednim środowisku może zmniejszać szybkość procesu korozyjnego.

Inhibitory występują między innymi w:

• cieczach chłodzących,
• chłodziwach obróbczych,
• olejach,
• cieczach technologicznych,
• preparatach konserwujących.

Nie należy jednak dodawać przypadkowego inhibitora do działającej instalacji. Trzeba uwzględnić kompatybilność z medium, materiałami i wymaganiami procesu.

4. Kontrola środowiska

Jeżeli to możliwe, tempo korozji można ograniczać poprzez zmianę środowiska pracy, np. przez:

• zmniejszenie wilgotności,
• usuwanie zalegającej wody,
• ograniczenie obecności soli,
• kontrolę pH,
• ograniczenie zanieczyszczeń,
• poprawę wentylacji,
• kontrolę warunków magazynowania.

5. Ochrona katodowa

Ochrona katodowa jest techniką elektrochemiczną polegającą na takim sterowaniu układem, aby chroniona powierzchnia metalu zachowywała się jak katoda.

Stosuje się między innymi systemy z anodami galwanicznymi oraz systemy z prądem wymuszonym.

Technologia jest wykorzystywana między innymi przy:

• rurociągach podziemnych,
• zbiornikach,
• konstrukcjach zanurzonych,
• kadłubach jednostek pływających,
• infrastrukturze morskiej.

6. Dobór materiału i pasywacja

Czasem najskuteczniejszą ochroną jest wybór materiału o odpowiedniej odporności na dane środowisko.

Stal nierdzewna, aluminium czy inne stopy mogą wykorzystywać naturalnie tworzącą się warstwę pasywną, ale jej skuteczność zależy od środowiska. Nie istnieje jeden gatunek „nierdzewny na wszystko”.

7. Izolacja różnych metali

Przy projektowaniu połączenia można ograniczać ryzyko korozji galwanicznej przez:

• odpowiedni dobór par materiałowych,
• zastosowanie izolujących podkładek lub przekładek,
• przerwanie przewodzącej drogi elektrycznej,
• uszczelnienie połączenia przed elektrolitem,
• prawidłowe zaprojektowanie powłok.

8. Projekt konstrukcji

Dobrze zaprojektowany element powinien ograniczać miejsca, w których przez długi czas pozostaje woda lub agresywne zanieczyszczenie.

Warto ograniczać między innymi:

• kieszenie zatrzymujące wodę,
• niepotrzebne szczeliny,
• obszary trudne do oczyszczenia,
• niekontrolowany kontakt różnych metali,
• miejsca, w których powłoka jest szczególnie podatna na uszkodzenie.

9. Regularna konserwacja i inspekcja

Nawet prawidłowo wykonana ochrona wymaga kontroli. Wczesne wykrycie odprysku powłoki, lokalnego ogniska korozji lub nagromadzonej soli jest zwykle znacznie łatwiejsze do opanowania niż naprawa elementu po znacznym ubytku materiału.

Jak dobrać zabezpieczenie antykorozyjne do zastosowania?

Środki antykorozyjne – co może pomóc w praktyce?

W ofercie Melkib znajdują się produkty reprezentujące różne sposoby ochrony metali. Nie są one wzajemnymi zamiennikami – należy dobrać je do materiału, środowiska i oczekiwanej funkcji powłoki.

LOCTITE SF 7800 – naprawa i ochrona powierzchni ocynkowanych

LOCTITE SF 7800 to rozpuszczalnikowa powłoka na bazie cynku i aluminium. Henkel przeznacza ją między innymi do zabezpieczania metali żelaznych, wykonywania poprawek po spawaniu oraz odtwarzania ochrony naprawionych elementów ocynkowanych.

To przykład produktu odpowiedniego wtedy, gdy celem jest wykonanie trwałej powłoki ochronnej, a nie tylko czasowe zakonserwowanie części na czas magazynowania.

LOCTITE SF 7803 – długotrwała ochrona powierzchni metalowych

LOCTITE SF 7803 tworzy niewysychającą i nieklejącą się powłokę ochronną. Producent wskazuje zastosowanie między innymi do żelaza, stali, rur, form, maszyn oraz instalacji przechowywanych na zewnątrz.

W odróżnieniu od SF 7800 nie jest to „spray cynkowy do naprawy ocynku”, lecz inny rodzaj bariery antykorozyjnej.

WEICON Corro-Protection – ochrona podczas magazynowania i transportu

WEICON Corro-Protection jest woskowym preparatem przeznaczonym między innymi do ochrony surowych części metalowych podczas magazynowania i transportu.

Powłoka może zostać później usunięta odpowiednim środkiem czyszczącym, dlatego produkt dobrze wpisuje się w proces czasowej konserwacji elementów, które później mają wrócić do produkcji, montażu lub dalszej obróbki.

MOLYKOTE Metal Protector Plus – transparentna ochrona części metalowych

MOLYKOTE Metal Protector Plus tworzy transparentną powłokę do ochrony metalowych części, szczególnie podczas przechowywania i transportu.

Produkt łączy ochronę antykorozyjną z niskim współczynnikiem tarcia, dlatego może być interesującym rozwiązaniem w odpowiednio dobranych elementach mechanicznych.

Środki i powłoki do ochrony metalu przed korozją

Więcej rozwiązań znajdziesz w kategorii środki antykorozyjne dla przemysłu.

Najczęstsze błędy przy zabezpieczaniu metalu przed korozją

1. Nakładanie powłoki na brudną lub luźną powierzchnię. Zabezpieczenie musi mieć warunki do prawidłowego związania z podłożem.
2. Traktowanie każdego preparatu antykorozyjnego jako zamiennego. Powłoka cynkowa, wosk magazynowy i długotrwała warstwa ochronna mają inne funkcje.
3. Ignorowanie korozji galwanicznej. Sama powłoka nie zawsze rozwiązuje problem źle dobranej pary materiałów.
4. Zabezpieczanie tylko widocznej powierzchni. Korozja często rozwija się w szczelinach, zakładkach i miejscach zatrzymujących wodę.
5. Brak napraw uszkodzonej powłoki. Nawet niewielkie uszkodzenie może lokalnie otworzyć drogę dla wody i soli.
6. Brak określenia wymaganego czasu ochrony. Preparat czasowy do magazynowania nie zastępuje wieloletniego systemu malarskiego.
7. Próba zabezpieczenia już poważnie osłabionej części samym sprayem. Środek ochronny nie odtwarza brakującego metalu.
8. Pomijanie warunków temperaturowych i chemicznych. Powłoka musi być przeznaczona do rzeczywistego środowiska pracy.

FAQ – korozja metalu i zabezpieczenie antykorozyjne

Czym różni się korozja elektrochemiczna od chemicznej?

Korozja elektrochemiczna zachodzi z udziałem procesów anodowych i katodowych oraz elektrolitu. Korozja chemiczna zachodzi bez ciekłego elektrolitu jako bezpośrednia reakcja materiału z otoczeniem, typowo np. z gorącym gazem.

Czy rdzewienie stali jest korozją chemiczną czy elektrochemiczną?

Typowe rdzewienie stali w obecności wilgotnej atmosfery jest procesem elektrochemicznym. Cienka warstwa wody na powierzchni działa jako elektrolit, a na metalu powstają obszary anodowe i katodowe.

Co najbardziej przyspiesza rdzewienie stali?

Duże znaczenie mają wilgoć, dostęp tlenu, chlorki, zanieczyszczenia oraz temperatura. Sól zwiększa przewodność elektrolitu i dlatego elementy eksploatowane w środowisku morskim lub przy drogach posypywanych solą mogą korodować bardzo intensywnie.

Czy stal nierdzewna może korodować?

Tak. Jej odporność wynika przede wszystkim z warstwy pasywnej, ale ta może zostać lokalnie uszkodzona lub destabilizowana w określonych środowiskach. Dobór gatunku stali nierdzewnej musi uwzględniać między innymi temperaturę, chlorki i chemikalia.

Dlaczego aluminium nie rdzewieje jak zwykła stal?

Na aluminium szybko tworzy się cienka warstwa tlenku, która w odpowiednich warunkach ogranicza dalsze utlenianie materiału. Nie oznacza to jednak, że aluminium jest całkowicie odporne na wszystkie rodzaje korozji.

Czym jest korozja galwaniczna?

Powstaje, gdy różne materiały pozostają w kontakcie elektrycznym w obecności elektrolitu. Jeden z nich może stać się anodą i korodować szybciej, podczas gdy drugi zachowuje się bardziej katodowo.

Jak odizolować dwa różne metale, żeby ograniczyć korozję galwaniczną?

W zależności od konstrukcji można stosować elektrycznie izolujące podkładki, tuleje lub przekładki, odpowiednie powłoki i uszczelnienie ograniczające dostęp elektrolitu. Rozwiązanie trzeba dobrać do obciążeń i warunków pracy połączenia.

Czym zabezpieczyć metal na czas magazynowania?

Do czasowej ochrony mogą być odpowiednie powłoki woskowe i preparaty konserwujące, takie jak WEICON Corro-Protection lub MOLYKOTE Metal Protector Plus. Wybór zależy od czasu magazynowania, warunków środowiskowych i wymaganego sposobu usuwania powłoki.

Czym zabezpieczyć miejsce po spawaniu ocynkowanego elementu?

Jeżeli proces wymaga odtworzenia zabezpieczenia ocynkowanej powierzchni, można rozważyć specjalistyczną powłokę cynkowo-aluminiową, np. LOCTITE SF 7800, zgodnie z instrukcją producenta i wymaganiami całego systemu ochronnego.

Czy można malować bezpośrednio na rdzę?

Zależy to od konkretnego systemu powłokowego. Zwykłej farby nie należy traktować jako uniwersalnego rozwiązania na aktywną lub luźną korozję. Powierzchnię trzeba przygotować zgodnie z wymaganiami produktu – może być potrzebne oczyszczenie mechaniczne, usunięcie luźnych produktów korozji albo zastosowanie specjalnej warstwy przygotowawczej.

Czy preparat antykorozyjny zatrzyma już istniejącą korozję?

Nie każdy. Część produktów jest przeznaczona przede wszystkim do ochrony czystej powierzchni przed rozpoczęciem korozji, inne służą do konwersji lub stabilizacji istniejących produktów korozji. Funkcję trzeba zawsze sprawdzić w dokumentacji konkretnego preparatu.

Czy ochrona katodowa zastępuje powłokę ochronną?

Nie zawsze. W wielu instalacjach powłoka i ochrona katodowa współpracują ze sobą. Powłoka ogranicza powierzchnię mającą kontakt z elektrolitem, a prawidłowo zaprojektowany system ochrony katodowej pomaga kontrolować korozję w miejscach niedoskonałości powłoki.

Podsumowanie – jak skutecznie chronić metal przed korozją?

Korozja nie jest jednym prostym procesem. W wilgotnym środowisku dominują mechanizmy elektrochemiczne, natomiast korozja chemiczna lub sucha jest związana z bezpośrednią reakcją materiału z otoczeniem bez ciekłego elektrolitu.

Dobór zabezpieczenia powinien zaczynać się od określenia materiału i warunków pracy. Innej ochrony potrzebuje stalowa część przechowywana przez trzy miesiące w magazynie, innej naprawiony ocynk, innej rurociąg w gruncie, a jeszcze innej element pracujący w gorących gazach procesowych.

Najlepsze rezultaty daje zwykle połączenie kilku działań: właściwego projektu konstrukcji, odpowiedniego materiału, przygotowania powierzchni, powłoki ochronnej, kontroli środowiska oraz regularnych przeglądów.

Jeżeli korozja już wystąpiła, najpierw oceń jej zakres i przyczynę, a dopiero później wybierz preparat ochronny. Samo pokrycie problemu kolejną warstwą nie usuwa źródła degradacji.