1 ΔΙΑΒΡΩΣΗ ΟΡΙΣΜΟΣ ΣΚΟΠΟΣ ΤΗΣ ΜΕΛΕΤΗΣ ΚΑΙ ΕΡΕΥΝΑΣ ΤΟΥ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟΥ ΖΗΜΙΕΣ ΑΠΟ ΤΗΝ ΔΙΑΒΡΩΣΗ ΖΗΜΙΕΣ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ (ΑΙΤΙΑ) ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΔΙΑΒΡΩΣΗ = ΟΞΕΙΔΩΣΗ
2 ΔΙΑΒΡΩΣΗ ΟΡΙΣΜΟΣ: Κάθε αυθόρμητη ή εκβιασμένη, ηλεκτρομηχανική ή χημικής ή μηχανικής φύσεως, αλλοίωση της επιφάνειας των μετάλλων και των κραμάτων και γενικά των υλικών, που οδηγεί σε απώλεια υλικού. Η διάβρωση είναι πάντοτε αυθόρμητη. Όταν λέμε εκβιασμένη εννοούμε επιταχυνόμενη λόγω των συνθηκών (π.χ. διαβρωτικό περιβάλλον).
3 ΣΚΟΠΟΣ ΤΗΣ ΜΕΛΕΤΗΣ ΚΑΙ ΕΡΕΥΝΑΣ ΤΗΣ ΔΙΑΒΡΩΣΗΣ 1) Να προβλέψουμε την συμπεριφορά των μετάλλων και των κραμάτων για κάθε διαβρωτικό περιβάλλον, και να επιλέξουμε το κατάλληλο υλικό. 2) Να προβλέψουμε το είδος της διάβρωσης που πρόκειται να συμβεί ή 3) Να προβλέψουμε την εξέλιξη και να βρούμε το είδος της διάβρωσης που έχει ήδη αρχίσει. 4) Να υποδείξουμε μεθόδους προστασίας και αφού τις εφαρμόσουμε να ελέγξουμε εάν ήταν αποτελεσματικές και 5) Να καταγράψουμε τα συμπεράσματα και να κάνουμε μεθοδικότερη έρευνα.
4 ΖΗΜΙΕΣ ΑΠΟ ΔΙΑΒΡΩΣΗ Ποσοστό 40 % της ετήσιας παραγωγής των κραμάτων αχρηστεύεται κάθε χρόνο π.χ. Έλασμα πλοίου με εσοχή 10% του πάχους του, αντικαθίσταται ολόκληρο. π.χ. Οι τριβές στα ύφαλα των πλοίων προκαλούν απώλεια ταχύτητας => αύξηση της κατανάλωσης καυσίμου.
5 ΑΙΤΙΕΣ ΖΗΜΙΩΝ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ 1) Θαλάσσιο περιβάλλον, πόλεις κοντά σε θάλασσα, μεγάλο μήκος ακτών => πάντοτε στην ατμόσφαιρα υπάρχει ιπτάμενο NaCl (έντονα διαβρωτικό) 2) Εργοστάσια (λόγω συγκοινωνίας) κοντά στις ακτές=> χρήση θαλάσσιου νερού. 3) Ο μεγαλύτερος εμπορικός στόλος 4) Η προσπάθεια καταπολέμησης της διάβρωσης είναι μικρή. 5) Συνήθως εφαρμόζονται λάθος μέθοδοι (άρα επιτάχυνση της διάβρωσης).
6 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ 1) Η προστασία από την διάβρωση δε γίνεται ούτε με συνταγές από το εξωτερικό ούτε από παρόμοιες περιπτώσεις. 2) Για κάθε περίπτωση χρειάζεται ειδική μελέτη. 3) Απαγορεύονται οι επί τόπου δοκιμές στο υλικό που κινδυνεύει διότι λάθος μέθοδος ή δοκιμή για λίγο χρόνο φθάνει για να το καταστρέψει.
7 ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΔΙΑΒΡΩΣΕΩΝ ΜΕ ΒΑΣΗ ΤΟ ΔΙΑΒΡΩΤΙΚΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ 1) Στον αέρα 2) Στο έδαφος 3) Στο γλυκό νερό 4) Στο θαλάσσιο νερό 5) Με καυσαέρια ή θερμά αέρια 6) Με χημικά ή βιολογικά μέσα 7) Με πυρηνικά μέσα
8 ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΑΥΞΑΝΟΜΕΝΗΣ ΔΙΑΒΡΩΣΗΣ 1) Νερό ή υγρασία 2) Θαλασσινό νερό 3). Και ρύπανση 4). Και υψηλή θερμοκρασία 5). Και ανομοιογένεια στην επιφάνεια
9 Φύση της διάβρωσης Η διάβρωση είναι μια αντίδραση Οξείδωσης Διάβρωση Μ 0 - xe - Μ x+ Μέταλλο ουδέτερο άτομο Θετικό Ιόν μετάλλου ( κατιόν ) π.χ. Fe 0-3e - O 2, H 2 O Fe 3+ 2O 3 *xh 2 O ( σκουριά )
10 Είδη διάβρωσης 1. Διάβρωση ομοιόμορφη 2. Διάβρωση με βελονισμούς 3. Διάβρωση κάτω από μηχανική καταπόνηση που οδηγεί σε ψαθυρή θραύση 4. Σπηλαιώδης ή μηχανική διάβρωση
11 Εντονότερη διάβρωση 1. Σε ανωμαλίες επιφανειών 2. Σε σημεία με πλαστικές ή ελαστικές παραμορφώσεις 3. Σε σημεία επαφής ή συγκόλλησης 4. Σε σημεία τριεπιφάνειας 5. Σε περιβάλλον υγρό, με υψηλή θερμοκρασία, όξινο, με μεταβαλλόμενη ενεργό οξύτητα(ph), ρυπασμένο, με θαλασσινό νερό κ.λ.π.
12 Αιτίες και είδη διάβρωσης 1. Λόγω οξείδωσης από O 2 Fe 0-3e - Fe 3+ 2O 3 *xh 2 O Όμως Al, Mn, Cu, Zn, Pb κάνουν παθητική κατάσταση. 2. Λόγω προσβολής από οξέα Μέταλλο + οξύ Άλας + Η 2 3. Ηλεκτροχημική ή ηλεκτρολυτική διάβρωση Δημιουργείται γαλβανικό στοιχείο. 4. Μηχανική διάβρωση Από μηχανικές αιτίες
Τάση μετάλλων για οξείδωση Μ 0 - xe - Μ x+ π.χ. Cu 0-2e - Cu 2+ 13 Τάση για οξείδωση Ηλεκτρικό Δυναμικό V(mV) Εάν V < 0 Εάν V > 0 => Αυθόρμητη δράση => Εκβιασμένη δράση
14 Σύμβαση Το δυναμικό του ημιστοιχείου του υδρογόνου ½ H 2 - e - H + το θεωρούμε ίσο με μηδέν VH 2 /H + = 0,0000 Volt Με σύγκριση των δυναμικών των υπόλοιπων ημιστοιχείων με το δυναμικό του μηδενικού ημιστοιχείου προκύπτει η : Σειρά Ηλεκτροθετικότητας των στοιχείων
15 Σειρά Ηλεκτροθετικότητας των στοιχείων Στοιχείο Δυναμικό(V) Li / Li + -3,024 K / K + -2,924 Ca / Ca + -2,763 Na / Na + -2,715 Mg / Mg + -1,866 Al / Al 3+... Zn / Zn 2+ -0,760... H 2 / H + 0,000 Cu / Cu 2+ +0,344
16 Οξείδωση και Αναγωγή Όταν ένα στοιχείο προσλαμβάνει e - => ανάγεται => τα άλλα τα οξειδώνει => είναι οξειδωτικό. Όταν ένα στοιχείο αποβάλλει e - => οξειδώνεται => τα άλλα τα ανάγει => είναι αναγωγικό. Όταν το δυναμικό ενός στοιχείου είναι αρνητικό ή αρνητικότερο από το δυναμικό ενός άλλου => έχει μεγαλύτερη τάση να οξειδωθεί. Όταν το δυναμικό ενός στοιχείου είναι θετικό ή θετικότερο από το δυναμικό ενός άλλου => έχει μεγαλύτερη τάση να αναχθεί.
17 Συμπέρασμα Όσο το δυναμικό του στοιχείου είναι μεγαλύτερο δηλαδή όσο χαμηλότερα βρίσκεται στη σειρά ηλεκτροθετικότητας => Τόσο πιο οξειδωτικό είναι το στοιχείο
18 Σύγκριση των δυναμικών των ημιστοιχείων α) Cu / Cu 2+ με β) Zn / Zn 2+ Με δυναμικά σε Volt α) Cu / Cu 2+ +0,344 β) Zn / Zn 2+ -0,760 Αφού είναι +0,344 > -0,760 => Ο χαλκός ( Cu ) είναι πιο οξειδωτικός!
19 Παραδοχή Wagner Για την ηλεκτρολυτική διάβρωση Αέρας ( + ) ( διαβρωτικό περιβάλλον ) Σκουριά ( ηλεκτρολύτης ) Μέταλλο ( - )
20 Παραδοχή Wagner ( η οποία αποδείχθηκε ) «Μεταξύ μετάλλου ή κράματος και διαβρωτικού περιβάλλοντος αποκαθίσταται αυτόματα μια τάση γαλβανικού στοιχείου με αρνητικό πόλο ( - ) το μέταλλο ή κράμα και θετικό πόλο ( + ) το διαβρωτικό περιβάλλον και ηλεκτρολύτη την ένωση που δημιουργείται από τη διάβρωση ακόμη και εάν αυτή είναι συμπαγής». Αέρας ( + ) Σκουριά V Μέταλλο ( - )
21 Τιμές του δυναμικού διάβρωσης Για επεξεργασμένα επιφανειακά μέταλλα από - 250 έως - 350 mv Για μη επεξεργασμένα επιφανειακά μέταλλα από - 320 έως - 450 mv ( Πειραματική επαλήθευση της παραδοχής Wagner )
22 Συμπέρασμα «Όλα τα μέταλλα παθαίνουν αυθόρμητα διάβρωση, με βάση το 2 ο θερμοδυναμικό νόμο, αφού είναι ενεργειακά υψηλότερα από τη φυσική τους μορφή, που είναι η οξειδωμένη μορφή, δηλαδή η μορφή με την οποία βρίσκονται στα μεταλλεύματα».
23 Επέμβαση στη διάβρωση με ηλεκτρικό πεδίο 1. Ανοδική φόρτιση του μετάλλου Σύνδεση με τον θετικό ( + ) πόλο μιας ηλεκτρικής πηγής => επιτάχυνση της διάβρωσης 2. Καθοδική φόρτιση του μετάλλου Σύνδεση με τον αρνητικό ( - ) πόλο μιας ηλεκτρικής πηγής => επιβράδυνση της διάβρωσης ( καθοδική προστασία )
24 Γενικοί τρόποι προστασίας α) Έμμεσοι μέθοδοι επιφανειακές επεξεργασίες β) Άμεσοι μέθοδοι ελάττωση του δυναμικού διάβρωσης β 1 ) Μέθοδος θυσιαζόμενων ηλεκτροδίων β 2 ) Καθοδική προστασία Τελικά, εάν πρέπει, κάνουμε συνδυασμό μεθόδων.
25 α) Έμμεσοι μέθοδοι επιφανειακές επεξεργασίες των μετάλλων => δημιουργία επιστρωμάτων με μικρότερη τάση για διάβρωση ( με ευγενέστερες ή παθητικότερες ουσίες ) π.χ. γαλβάνισμα (επιψευδαργύρωση) π.χ. επικασσιτέρωση π.χ. επινικέλωση (σύνθετο επίστρωμα Cu-Ni-Cr-Ni-Cr)
26 β) Άμεσοι μέθοδοι Ελαττώνουμε το δυναμικό διάβρωσης => τα μέταλλα έχουν πια μόνιμα μικρότερη προδιάθεση για διάβρωση, δηλαδή : β 1 ) Μέθοδος θυσιαζόμενων ηλεκτροδίων β 2 ) Καθοδική προστασία
27 β 1 ) Μέθοδος θυσιαζόμενων ηλεκτροδίων Καλύπτουμε το μέταλλο, που θέλουμε να προστατεύσουμε, με άλλο ανοδικότερο, δηλαδή μέταλλο που βρίσκεται υψηλότερα στη σειρά ηλεκτροθετικότητας ( π.χ. Mg, Zn, Al ) => οξειδώνεται το δεύτερο και θυσιάζεται => επιβράδυνση της διάβρωσης του μετάλλου, που προστατεύουμε. Π.χ. «Οι χελώνες ψευδαργύρου στα πλοία»
28 β 2 ) Καθοδική προστασία Επιβάλλουμε ηλεκτρική τάση στην εγκατάσταση, που θέλουμε να προστατεύσουμε, ώστε από άνοδος γαλβανικού στοιχείου να γίνει κάθοδος ηλεκτρολυτικού κελιού. => το μέταλλο έχει πλέον προδιάθεση να υποστεί αναγωγή και όχι οξείδωση, δηλαδή τάση να πάρει και όχι να δώσει ηλεκτρόνια => έχουμε αντιστρέψει το δυναμικό διάβρωσης!
29 Καθοδική προστασία ( συνέχεια ) Παρατηρήσεις α) Ορθή εφαρμογή => άριστο αποτέλεσμα β) Λανθασμένη εφαρμογή => καταστροφή! γ) Και συνδυασμός με αντιδιαβρωτικά χρώματα.