Χημική Τεχνολογία. Ενότητα 9: Διάβρωση των Μετάλλων. Ευάγγελος Φουντουκίδης Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών Τ.Ε.

Transcript

1 ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα Χημική Τεχνολογία Ενότητα 9: Διάβρωση των Μετάλλων Ευάγγελος Φουντουκίδης Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών Τ.Ε.

2 Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. 2

3 Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 3

4 Σκοποί Ενότητας Σκοπός της ενότητας αυτής είναι οι σπουδαστές να διδαχθούν διάφορες έννοιες όπως: η έννοια της διάβρωσης, τα δυναμικά αναγωγής, την ηλεκτροχημική σειρά των στοιχείων ή σειρά δραστικότητας, το ηλεκτροχημικό στοιχείο, την διάβρωση των μετάλλων, τους παράγοντες που επηρεάζουν τη διάβρωση κα. 4

5 Περιεχόμενα Ενότητας Η Έννοια της Διάβρωσης Στη Βάση Κάθε Τύπου Διάβρωσης Υπάρχει μία Αντίδραση Οξείδωσης του Μετάλλου που Διαβρώνεται Δυναμικά Αναγωγής Ηλεκτροχημική Σειρά των Στοιχείων ή Σειρά Δραστικότητας Ηλεκτροχημικό Στοιχείο Διάβρωση των Μετάλλων Οι Παράγοντες που Επηρεάζουν τη Διάβρωση Αντιδιαβρωτική Προστασία Αρχή της Μεθόδου 5

6 Η Έννοια της Διάβρωσης Με τον όρο διάβρωση ενός μετάλλου εννοούμε το σύνολο των πολύπλοκων χημικών φαινομένων, που λαμβάνουν χώρα σ' αυτό, υπό την επίδραση του άμεσου περιβάλλοντός του, και που οδηγούν στην αλλοίωση αυτού, με αποτέλεσμα τη χειροτέρευση των φυσικών και χημικών ιδιοτήτων του. Η διάβρωση των μετάλλων οδηγεί στην υποβάθμιση των κατασκευών ή και στη μείωση του χρόνου αντικατάστασης αυτών, με αποτέλεσμα το υψηλό κόστος συντήρησης ή/και αντικατάστασης των κατασκευών.

7 Στη Βάση Κάθε Τύπου Διάβρωσης Υπάρχει μία Αντίδραση Οξείδωσης του Μετάλλου που Διαβρώνεται Αρχικά οξείδωση ονομάζαμε την χημική αντίδραση με οξυγόνο: Ζn + ½Ο 2 ΖnΟ Αργότερα στην έννοια της οξείδωσης δόθηκε ευρύτερος ορισμός και σήμερα οξείδωση ονομάζουμε την αποβολή ηλεκτρόνιων. Cu Cu e Η παραπάνω αντίδραση είναι αμφίδρομη. Υπό ορισμένες συνθήκες μπορεί να συμβεί και η αντίστροφη δράση που ονομάζεται αναγωγή (πρόσληψη ηλεκτρονίων): Cu e Cu

8 Δυναμικά Αναγωγής - 1 Είναι γνωστό ότι τα μέταλλα είναι ηλεκτροθετικά στοιχεία. Έχουν δηλαδή την αυθόρμητη τάση να αποβάλλουν ηλεκτρόνια. Για παράδειγμα εάν βυθίσουμε ένα έλασμα Ζn σε ένα διάλυμα ιόντων Ζn 2+ π.χ. διάλυμα ZnSO 4 τότε άτομα Ζn από το μεταλλικό έλασμα έχουν την τάση να μετατραπούν σε ιόντα Ζn 2+ και να περάσουν στο διάλυμα αφήνοντας τα ηλεκτρόνια τους πάνω στο έλασμα. Το φαινόμενο συνεχίζεται μέχρι να αποκατασταθεί η χημική ισορροπία: Ζn Ζn e Η παραπάνω διάταξη αποτελεί ένα ημιστοιχείο και συμβολίζεται ως Ζn/Ζn 2+.

9 Δυναμικά Αναγωγής - 2 Το απόλυτο δυναμικό κάθε ημιστοιχείου (ηλεκτρεγερτική δύναμη ημιστοιχείου) δεν είναι δυνατό να μετρηθεί, αφού είναι απαραίτητο πάντα να χρησιμοποιείται ένα δεύτερο ηλεκτρόδιο για να συμπληρωθεί ηλεκτρικό κύκλωμα. Συμφωνήθηκε η χρησιμοποίηση «προτύπου ηλεκτροδίου υδρογόνου» (SHE) σαν ηλεκτρόδιο αναφοράς, στο οποίο δόθηκε η αυθαίρετη τιμή των μηδέν (0) Volt. Το ημιστοιχείο αυτό αποτελείται από ηλεκτρόδιο Pt εμβαπτισμένο σε διάλυμα HCl 1Μ, στην επιφάνεια του οποίου διοχετεύεται αέριο Η 2 με πίεση Ρ=1 atm και σε θερμοκρασία T=25 o C. Η δράση στο ηλεκτρόδιο αυτό είναι: Η 2 (g) 2 e - + 2H + (aq)

10 Δυναμικά Αναγωγής - 3 Ονομάζεται κανονικό ηλεκτρόδιο του υδρογόνου και συμβολίζεται: H 2 (g) (P=1atm)(Pt) / H + (aq) ([H + ] =1 Μ) Η τάση ενός στοιχείου να αποβάλλει ή να προσλάβει ηλεκτρόνια μπορεί να μετρηθεί υπό την μορφή διαφοράς δυναμικού Ε μεταξύ του ηλεκτροδίου του στοιχείου που βρίσκεται στην κανονική του κατάσταση και του κανονικού ηλεκτροδίου του υδρογόνου. Η κανονική κατάσταση αντιστοιχεί σε θερμοκρασία 25 C, σε πίεση 1 atm και για ιοντικά διαλύματα, σε συγκέντρωση 1 Μ.

11 Ηλεκτροχημική Σειρά των Στοιχείων ή Σειρά Δραστικότητας Η σειρά των κανονικών δυναμικών των στοιχείων, ονομάζεται ηλεκτροχημική σειρά των στοιχείων ή σειρά δραστικότητας. Γενικά όσο πιο μεγάλο είναι το κανονικό δυναμικό αναγωγής του μετάλλου (Ε ), τόσο λιγότερο δραστικό είναι, τόσο πιο δύσκολα οξειδώνεται και επομένως τόσο πιο πολύ αντέχει στη διάβρωση. Σε ορισμένα βιβλία ηλεκτροχημείας, τα κανονικά δυναμικά που δίνονται, αναφέρονται σε αντιδράσεις οξείδωσης και για το λόγο αυτό αναφέρονται σαν κανονικά δυναμικά οξείδωσης, σε αντιδιαστολή προς τα κανονικά δυναμικά αναγωγής. Τα κανονικά δυναμικά οξείδωσης, έχουν το αντίθετο πρόσημο.

12 Ηλεκτροχημικό Στοιχείο - 1 Ημιστοιχείο Ζn / Ζn 2+ Ζn Ζn e Ημιστοιχείο το Cu / Cu 2+ Cu Cu e

13 Ηλεκτροχημικό Στοιχείο - 2 Εάν συνδέσουμε τα δύο ημιστοιχεία αγώγιμα με ένα ηλεκτρολυτικό σύνδεσμο και ένα μεταλλικό αγωγό (σύρμα), το ηλεκτρικό κύκλωμα κλείνει. Ο ηλεκτρολυτικός σύνδεσμος μπορεί να είναι ένα απορροφητικό χαρτί εμβαπτισμένο σε ένα διάλυμα άλατος (π.χ. KCl) ή ένας γυάλινος σωλήνας σχήματος U που είναι γεμάτος με ένα ζελέ (άγαρ-άγαρ) που περιέχει KCl.

14 Ηλεκτροχημικό Στοιχείο - 3 Επειδή η τάση του Ζn να αποβάλει ηλεκτρόνια είναι μεγαλύτερη από ότι στον Cu, η χημική ισορροπία στο ημιστοιχείο του Cu/Cu 2+ διαταράσσεται και μετατοπίζεται προς τα αριστερά, ενώ παρατηρείται συνεχής ροή ηλεκτρονίων από τον Ζn προς τον Cu διαμέσου του μεταλλικού αγωγού.

15 Ηλεκτροχημικό Στοιχείο Daniel Η παραπάνω διάταξη αποτελεί ένα ηλεκτροχημικό στοιχείο (γαλβανικό στοιχείο) που μετατρέπει τη χημική ενέργεια σε ηλεκτρικό ρεύμα. Το συνολικό δυναμικό του ηλεκτροχημικού στοιχείου προκύπτει από το αλγεβρικό άθροισμα των δυναμικών των δύο ημιστοιχείων.

16 Κανονικά Δυναμικά Αναγωγής Ημιαντίδραση Volt Li + + e Li -3,05 Κ + + e Κ -2,92 Ca e Ca -2,76 Na + + e Na -2,71 Mg e Mg -2,37 Al e Al -1,69 Zn e Zn -0,76 Cr e Cr -0,70 Fe e Fe -0,44 Sn e Sn -0,14 Pb e Pb -0,13 2H + + 2e H 2 0,00 Cu e Cu +0,34 Au e Au +1,50

17 Διάβρωση των Μετάλλων - 1 Μια πλήρης αντίδραση διάβρωσης ενός μεταλλικού υλικού βασίζεται στην ύπαρξη μιας ανοδικής και μιας καθοδικής περιοχής, μεταξύ των οποίων εμφανίζεται διαφορά δυναμικού. Έτσι όταν δύο διαφορετικά μέταλλα βρίσκονται σε επαφή (π.χ. χάλκινο εξάρτημα προσαρμοσμένο σε χαλύβδινο σωλήνα ύδρευσης) δημιουργείται άνοδος και κάθοδος. Επίσης αν μέσα στο ίδιο μέταλλο υπάρχουν προσμίξεις δημιουργείται ανοδική και καθοδική περιοχή.

18 Διάβρωση των Μετάλλων - 2 Αν περιοχές του ίδιου μετάλλου είναι εκτεθειμένες σε διαφορετικά διαβρωτικά περιβάλλοντα δημιουργείται ανοδική και καθοδική περιοχή λόγω διαφορών στη συγκέντρωση του ηλεκτρολύτη. Ακόμη και σε μέταλλο που είναι εκτεθειμένο στο ίδιο διαβρωτικό περιβάλλον υπάρχουν ανοδικές και καθοδικές περιοχές, εξαιτίας τοπικών διαφορών στην εσωτερική ενέργεια, π.χ. στρέβλωση κρυσταλλικού πλέγματος από μηχανική καταπόνηση, που οδηγεί σε ενεργειακή αναβάθμιση ή ακόμα και λόγω τραχύτητας στην επιφάνεια του μετάλλου.

19 Οι Κυριότερες Περιπτώσεις Διάβρωσης των Μετάλλων - 1 Διάβρωση των μετάλλων στην ατμόσφαιρα Οφείλεται στην επίδραση του ατμοσφαιρικού αέρα (και ειδικότερα του Ο 2 ), σε συνδυασμό με υγρασία και τις διαλυμένες σ αυτήν ουσίες, πάνω στα διάφορα μέταλλα. Γι αυτό τον λόγο η διάβρωση των μεταλλικών κατασκευών είναι εντονότερη σε παραθαλάσσιες περιοχές (παρουσία αλάτων) και σε περιοχές με ατμοσφαιρική ρύπανση ( παρουσία CO 2, SO 2, H 2 S, Ν χ Ο ψ κλπ.).

20 Οι Κυριότερες Περιπτώσεις Διάβρωσης των Μετάλλων - 2 Διάβρωση των μετάλλων στο έδαφος Αυτή προκαλείται στα μέταλλα που έρχονται σε επαφή με το έδαφος. Συνήθως στο έδαφος αφθονούν περιπλανώμενα ηλεκτρικά ρεύματα, που προκαλούν πραγματικές ηλεκτρολύσεις, στις οποίες οι υπεδάφιες μεταλλικές κατασκευές συμπεριφέρονται σαν ηλεκτρόδια και το νερό με τα διαλυμένα εντός αυτού άλατα σαν ηλεκτρολύτης.

21 Οι Κυριότερες Περιπτώσεις Διάβρωσης των Μετάλλων - 3 Η από διαλύματα διάβρωση των μετάλλων (χημική διάβρωση). Αυτή προκαλείται στα μέταλλα που έρχονται σ επαφή με διαλύματα. Συνήθως ο τύπος αυτός της διάβρωσης οφείλεται στη χημική επίδραση, επί των μετάλλων, ουσιών που είναι διαλυμένες. Π.χ. Ζn + H 2 SO 4 ZnSO 4 + Η 2 έλασμα δ/μα.

22 Οι Παράγοντες που Επηρεάζουν τη Διάβρωση - 1 Η δραστικότητα του μετάλλου Γενικά όσο πιο μεγάλο είναι το κανονικό δυναμικό αναγωγής ενός μετάλλου, τόσο λιγότερο δραστικό είναι, τόσο πιο δύσκολα οξειδώνεται και επομένως τόσο πιο πολύ αντέχει στη διάβρωση.

23 Οι Παράγοντες που Επηρεάζουν Η δραστικότητα του μετάλλου τη Διάβρωση - 2 Υπάρχουν όμως και εξαιρέσεις. Τέτοιου είδους εξαίρεση είναι το ότι το Cr (Ε ο =-0,70V), ο Zn (E o =-0,76V), το Ti (Ε ο = -0,89V) και το ΑΙ (Ε ο = -1,69 V) αντέχουν περισσότερο στη διάβρωση από τον Fe (Ε ο = -0,44V). Η συμπεριφορά των μετάλλων Cr, Ζn, Τi, ΑΙ εξηγείται από το γεγονός της κάλυψης της επιφάνειας τους, από ένα αδιάλυτο και ελάχιστα δραστικό στρώμα οξειδίου, συνεκτικό και με καλή πρόσφυση στην επιφάνεια του μετάλλου, το οποίο εμποδίζει τη περαιτέρω σε βάθος οξείδωση των μετάλλων. Αντίθετα στο Fe τα σχηματιζόμενα οξείδια δεν έχουν καλή πρόσφυση στην επιφάνειά του, είναι σαθρά και πορώδη και επομένως η οξείδωση συνεχίζεται χωρίς παρεμπόδιση.

24 Οι Παράγοντες που Επηρεάζουν τη Διάβρωση - 3 Οι συγκεντρώσεις οξειδωτικών ουσιών στο περιβάλλον του μετάλλου Συνήθως η ύπαρξη οξειδωτικών ουσιών στο περιβάλλον του μετάλλου επιταχύνει τη διάβρωση του. Η οξύτητα του περιβάλλοντος του μετάλλου Κατά την επαφή μετάλλου με διαλύματα, υπάρχει τάση του μετάλλου να διαβρωθεί αντικαθιστώντας τα ιόντα υδρογόνου του διαλύματος.

25 Οι Παράγοντες που Επηρεάζουν τη Διάβρωση - 4 Η αγωγιμότητα του διαβρωτικού περιβάλλοντος Όσο μεγαλύτερη είναι η αγωγιμότητα του διαβρωτικού περιβάλλοντος, τόσο μεγαλύτερη είναι η διάβρωση. Αυτός είναι ο κύριος για τη μεγάλη διαβρωτική ικανότητα του θαλασσινού νερού. Η ταχύτητα ροής του ρευστού (αέρας ή υγρό) που περιβάλλει το μέταλλο Η μετάβαση από την ακινησία στη κίνηση και η αύξηση της ταχύτητας του ρευστού που περιβάλλει ένα μέταλλο, τείνει να επιταχύνει τη διάβρωση του.

26 Οι Παράγοντες που Επηρεάζουν τη Διάβρωση - 5 Η θερμοκρασία του μετάλλου Είναι γνωστό ότι οι χημικές αντιδράσεις επιταχύνονται με την αύξηση της θερμοκρασίας. Επομένως και ο ρυθμός της διάβρωσης του μετάλλου αυξάνει με την αύξηση της θερμοκρασίας.

27 Οι Παράγοντες που Επηρεάζουν τη Διάβρωση - 6 Η δημιουργία παθητικών στρωμάτων στην επιφάνεια του μετάλλου Σε μερικές περιπτώσεις με την έναρξη της διάβρωσης ενός μετάλλου, η εξέλιξη αυτής ελέγχεται από τα παθητικά στρώματα, τα οποία είναι δυνατόν να σχηματισθούν πάνω στην επιφάνεια του μετάλλου. Τα στρώματα αυτά μπορούν να είναι είτε αδιαπέραστα και αδρανή, οπότε εμποδίζουν τη διάβρωση να προχωρήσει, είτε διαπερατά, οπότε η διάβρωση συνεχίζεται. Η ανομοιογένεια της επιφάνειας του υλικού Ακαθαρσίες και ρύπανση στην επιφάνεια του υλικού επιταχύνουν την διάβρωση. Το ίδιο συμβαίνει και στις μικροσκοπικές ή μακροσκοπικές επιφανειακές ανωμαλίες (προεξοχές).

28 Οι Παράγοντες που Επηρεάζουν Η ύπαρξη μηχανικών τάσεων τη Διάβρωση - 7 Πλαστικές παραμορφώσεις και αταξίες δομής που προκλήθηκαν από μηχανική ή θερμική κατεργασία αυξάνουν την διάβρωση. Μηχανική καταπόνηση του υλικού προκαλεί στρέβλωση του κρυσταλλικού πλέγματος του μετάλλου, με αποτέλεσμα τοπική ενεργειακή αναβάθμιση στην καταπονηθήσα περιοχή. Οι ενεργειακά αναβαθμισμένες περιοχές είναι χημικά δραστικότερες και επομένως οξειδώνονται ευκολότερα. Η ύπαρξη τριεπιφανειών Η διάβρωση στην περιοχή των τριεπιφανειών είναι εντονότερη. Για παράδειγμα αναφέρουμε την ίσαλη γραμμή των πλοίων (αέρας-θάλασσα-χάλυβας) ή σωλήνες που διαπερνούν πατώματα (αέρας-μπετόν-χάλυβας).

29 Αντιδιαβρωτική Προστασία - 1 Η προστασία των μετάλλων από τη διάβρωση μπορεί να γίνει με μέτρα που αντιμάχονται τους μηχανισμούς της ή με απομόνωση του μεταλλικού αντικειμένου από το διαβρωτικό περιβάλλον. Οι συνηθέστερες μέθοδοι προστασίας των μετάλλων από τη διάβρωση είναι οι ακόλουθοι: Χρήση μετάλλων υψηλής καθαρότητας Με αυτό τον τρόπο αποφεύγεται η δημιουργία γαλβανικών στοιχείων διάβρωσης μέσα στο μεταλλικό σώμα εξαιτίας της διαφοράς στα δυναμικά αναγωγής μεταξύ του καθαρού μετάλλου και των διαφόρων προσμίξεων. Λείανση των επιφανειών Με αυτό τον τρόπο αποφεύγεται η δημιουργία ανοδικών και καθοδικών περιοχών μέσα στο ίδιο το μέταλλο.

30 Αντιδιαβρωτική Προστασία - 2 Θερμική κατεργασία των μετάλλων Η ανόπτηση για παράδειγμα οδηγεί στην άρση των κατάλοιπων τάσεων (στρέβλωση κρυσταλλικού πλέγματος) που προήλθαν από μηχανική καταπόνηση. Αποφυγή επαφής μετάλλων με μεγάλη διαφορά στο δυναμικό αναγωγής Σε μια μεταλλική κατασκευή πρέπει, αν είναι δυνατό, όλα τα μέρη της να αποτελούνται από το ίδιο μέταλλο ή κράμα για να μη δημιουργείται τάση διάβρωσης εξαιτίας των διαφορών στα δυναμικά αναγωγής μεταξύ των διαφορετικών μεταλλικών μερών. Εάν αυτό δεν είναι δυνατό, πρέπει τα μέταλλα που είναι σε επαφή να μη παρουσιάζουν μεγάλη διαφορά στο δυναμικό αναγωγής ή να γίνεται ηλεκτρική απομόνωση των δύο μετάλλων με παρεμβολή ελαστικού ή πλαστικού.

31 Αντιδιαβρωτική Προστασία - 3 Επιφανειακές κατεργασίες των μετάλλων Το μέταλλο, που πρόκειται να προστατευθεί από τη διάβρωση, υφίσταται κατεργασία με ειδικές ουσίες (π.χ. φωσφορικά ή χρωμικά διαλύματα), που σχηματίζουν στην επιφάνεια του προστατευτικά επιστρώματα, αποτελούμενα από οξείδια ή από αδιάλυτα άλατα.

32 Αντιδιαβρωτική Προστασία - 4 Παθητικοποιητές Οι παθητικοποιητές είναι ανόργανες ή οργανικές ουσίες, που προκαλούν, με διάφορες αντιδράσεις, παθητικοποίηση της επιφάνειας του μετάλλου, που πρόκειται να προστατευθεί. Για παράδειγμα η προστασία των σωληνώσεων χάλυβα για την κυκλοφορία του νερού ψύξης στις χημικές εγκαταστάσεις γίνεται με την προσθήκη στο νερό μικρής ποσότητας χρωμιούχου νατρίου (0,003% κ.β.), το οποίο προκαλεί την εσωτερική παθητικοποίηση των σωληνώσεων.

33 Αντιδιαβρωτική Προστασία - 5 Θυσιαζόμενα ηλεκτρόδια Άλλος τρόπος ηλεκτρολυτικής προστασίας των μεταλλικών κατασκευών είναι η σύνδεση της κατασκευής με κάποιο δραστικότερο μέταλλο. Με τον τρόπο αυτό δημιουργείται ένα γαλβανικό στοιχείο, στο οποίο διαβρώνεται το δραστικότερο (θυσιαζόμενο) μέταλλο στη θέση του υπό προστασία μετάλλου. Παραδείγματα εφαρμογής της μεθόδου είναι η προστασία πλοίων με μεταλλικές πλάκες Mg που προσκολλώνται στο σκαρί, ή η προστασία κυκλώματος ηλιακού θερμοσίφωνα με ηλεκτρόδια Mg.

34 Αντιδιαβρωτική Προστασία - 6 Καθοδική προστασία Η μέθοδος αυτή χρησιμοποιείται για μεγάλες υπόγειες ή υποθαλάσσιες κατασκευές σιδήρου ή μερικές φορές μολύβδου και αλουμινίου. Σε έδαφος πλούσιο σε υγρασία και σε άλατα, στο οποίο συχνά εμφανίζονται περιπλανώμενα ρεύματα, η διάβρωση είναι πολύ έντονη, με αποτέλεσμα την εμφάνιση μεγάλων ζημιών σε σχετικά μικρά χρονικά διαστήματα. Σ αυτή τη περίπτωση η καθοδική προστασία, καίτοι είναι αρκετά δαπανηρή, είναι ο συνηθέστερος τρόπος αντιδιαβρωτικής προστασίας.

35 Αντιδιαβρωτική Προστασία - 7 Η καθοδική προστασία μιας μεταλλικής κατασκευής γίνεται ως εξής: Η υπό προστασία κατασκευή συνδέεται με τον αρνητικό πόλο μιας πηγής συνεχούς ρεύματος κατάλληλης τάσης και γίνεται καθοδική, σε σχέση με κατάλληλα ηλεκτρόδια (άνοδοι), που συνδέονται με τον θετικό πόλο της πηγής και τοποθετούνται στο έδαφος κοντά σ αυτή (σχήμα). Με τη συνδεσμολογία αυτή εξουδετερώνεται το δυναμικό διάβρωσης.

36 Αντιδιαβρωτική Προστασία - 8 Μεταλλικές επικαλύψεις Το μέταλλο, που πρόκειται να προστατευθεί από τη διάβρωση, επικαλύπτεται επιφανειακά (επιμεταλλώνεται) με μέταλλο πιο ευγενές (π.χ. επικασσιτέρωση, επιχάλκωση, επαργύρωση, κ.λ.π.) ή με μέταλλο που αυτοπροστατεύεται παθητικά (π.χ. επιψευδαργύρωση, επιχρωμίωση, κ.λ.π.). Η επικάλυψη με λιγότερο δραστικό μέταλλο π.χ. επικασσιτέρωση σιδήρου, παρέχει προστασία εφόσον η επικάλυψη είναι πλήρης. Εάν η επικάλυψη φθαρεί και αποκαλυφθεί ο Fe, τότε δημιουργείται γαλβανικό στοιχείο Fe/Sn και η διάβρωση του σιδήρου επιταχύνεται.

37 Αντιδιαβρωτική Προστασία - 9 Μεταλλικές Επικαλύψεις Η επικάλυψη με δραστικότερο μέταλλο που αυτοπροστατεύεται παθητικά π.χ. επιψευδαργύρωση σιδήρου (γαλβανισμός), ακόμη και εάν φθαρεί εξακολουθεί να παρέχει προστασία, γιατί δημιουργείται γαλβανικό στοιχείο Zn/Fe, όπου ο δραστικότερος Ζη θυσιάζεται προς όφελος του Fe. Μη μεταλλικές επικαλύψεις Το μέταλλο, που πρόκειται να προστατευθεί από τη διάβρωση, επικαλύπτεται με μη μεταλλικά υλικά (π.χ. βερνίκια, σμάλτα, γυαλιά, πλαστικά κ.λ.π.), τα οποία είναι ανθεκτικά στο διαβρωτικό περιβάλλον.

38 Η Ταχύτητα της Διάβρωσης - 1 Η ταχύτητα της διάβρωσης θα δίνεται από την ακόλουθη γενική σχέση: r(t) = dy / dt Όπου: r= Η ταχύτητα της διάβρωσης του μεταλλικού αντικειμένου dy = Η μεταβολή της μάζας ή του πάχους του διαβρωμένου τμήματος του μεταλλικού αντικειμένου dt = Το χρονικό διάστημα εντός του οποίου επήλθε η μεταβολή dy Δεν υπάρχει ένας γενικός νόμος: Σε μερικές περιπτώσεις η ταχύτητα διάβρωσης παραμένει σταθερή, σε άλλες μειώνεται και σε άλλες αυξάνει συναρτήσει του χρόνου.

39 Η Ταχύτητα της Διάβρωσης - 2 Εάν είναι γνωστή η ταχύτητα r(t) της διάβρωσης ενός μεταλλικού αντικειμένου συναρτήσει του χρόνου, τότε με ολοκλήρωση προκύπτει μια σχέση της μορφής y = y(t). Η σχέση αυτή δείχνει το πόσο έχει προχωρήσει η διάβρωση του μεταλλικού αντικειμένου από το χρόνο έναρξης μέχρι τη χρονική στιγμή t.

40 Η Ταχύτητα της Διάβρωσης - 3 Οι περισσότερο γνωστές μορφές του μαθηματικού μοντέλου y = y(t), που συναντώνται στις διάφορες διαβρώσεις μεταλλικών αντικειμένων, είναι οι ακόλουθες: 1. Το παραβολικό μοντέλο του Wagner: y2 = K t όπου Κ είναι μια εμπειρική σταθερά, που προκύπτει από τη σταθερά της ταχύτητας του βραδύτερου σταδίου της συνολικής αντίδρασης της διάβρωσης και εξαρτάται από τις διάφορες μεταβλητές του φαινομένου της διάβρωσης. 2. Το γραμμικό μοντέλο: y = K t 3. Το εκθετικό μοντέλο: y = e K t

41 Αρχή της Μεθόδου - 1 Στη παρούσα άσκηση εξετάζεται η χημική διάβρωση του ψευδαργύρου (Ζn) από διάλυμα θειικού οξέος (H 2 SΟ 4 ). Κατά την εμβάπτιση δοκιμίου Ζn, αρχικής μάζας mo, μέσα σε διάλυμα H 2 SO 4, αυτό διαβρώνεται λόγω της προσβολής του από το H 2 SO 4 σύμφωνα με την ακόλουθη αντίδραση: Ζn + H 2 SO 4 ZnSO 4 + Η 2 Κατά την αντίδραση αυτή παράγεται ο ευδιάλυτος θειικός ψευδάργυρος (ZnSO 4 ) και εκλύεται υδρογόνο με μορφή φυσαλίδων.

42 Αρχή της Μεθόδου - 2 Μετά από χρόνο εμβάπτισης t του δοκιμίου Ζn στο διάλυμα, αυτό έχει μάζα m i και το y = m o - m i εκφράζει την απώλεια μάζας λόγω διάβρωσης του δοκιμίου Ζn. Με πειραματικές μετρήσεις της μάζας για διάφορους χρόνους t εμβάπτισης του δοκιμίου Ζn σε διάλυμα H 2 SO 4, προσδιορίζεται, με βάση τα γνωστά μαθηματικά μοντέλα, ποιο μοντέλο εκφράζει καλύτερα την εξεταζόμενη διάβρωση.

43 Τέλος Ενότητας 43