Materialen Zientzia eta Ingeniaritza esparruan, terminoak korrosioa, oxidazioa eta herdoila maiz truka daitezke. Hala ere, prozesu horiek, eta horrek, ezaugarri eta eragin desberdinak dituzte. Haien desberdintasunak ulertzea funtsezkoa da eraikuntzatik aeroespazialera arte, fenomeno horiek material eta egituren iraupen eta segurtasunari eragin diezaieketelako.
Zer da korrosioa?
Korrosioa materialen materialak pixkanaka degradatzea da, normalean, metalak, erreakzio kimiko edo elektrokimikoek eragindakoak. Materiala ahultzen du eta bere egiturazko osotasunari eragiten dio. Korrosioak porrota sor dezake markatu gabe uzten bada.
Materialen propietateen degradazioa
Korrosioa gertatzen denean, materialaren propietate fisikoak aldatzen ditu. Horrek indarra, itxura eta baita eroankortasuna ere barne hartzen ditu. Metalaren eta ingurunearen arteko erreakzio elektrokimikoak degradazio hori eragiten dute.
Korrosio motak
Korrosioa ez da gauza bera eszenatoki guztietan. Ingurune eta material ezberdinek korrosio mota desberdinak dakartza. Jarraian, zenbait mota daude:
Eraso uniformea : korrosioaren forma ohikoena da. Material baten gainazal osoa ingurune korrosibo baten eraginpean dagoenean gertatzen da, hondatzea are gehiago.
Korrosio galvanikoa : korrosio mota hau bi metal desberdinak elkarren artean harremanak izaten dira elektrolito baten aurrean. Metal gutxiago nobleak anodo bihurtzen dira eta azkarrago.
eCell = e⁰cathode - e⁰anode - (RT / NF) ln ([id] / [gorria]
ECell = Zelula potentziala, E0 = elektrodo potentzial estandarrak, r = gas konstanteak, t = tenperatura, n = transferitutako elektroi kopurua da, eta F Faraday konstantea da.
Corrosio tasa α [cl-] e (-δg / rt)
Ekuazio honetan, δG gibbs doako energia aldatzea da, R gas konstantea da eta T tenperatura da.
Pitting : metalezko gainazalean zulo txikiak edo hobiak sortzen dituen korrosio modua da. Zaila izan daiteke hautematea eta porrot azkarra sor dezakeela.
Intergranular korrosioa : korrosio mota hau metal baten aleen mugetan gertatzen da, askotan ezpurutasunen prezipitazioagatik edo fase desberdinen eraketa.
Erosioaren korrosioa : fluido korrosiboak metalezko gainazal baten gainean mugitzen denean gertatzen da abiadura handietan, bai higadura mekanikoa eta degradazio kimikoa eraginez.
Estresaren korrosioaren cracking : metal bat tentsio estresa eta ingurune korrosiboa jasaten denean gertatzen da, pitzadurak eratzea eta hedatzea eragiten duena.
Lixiba selektiboa : korrosio mota honek elementu bat aleazio batetik kentzea lortzen du, egitura ahul eta porotsua atzean utziz.
Korrosioak eragindako materialak
Korrosioak ez du metalei eragiten. Beste material batzuk ere degradatu daitezke:
Metalak : burdina, aluminioa, kobrea eta hauen aleazioak gehien eragiten dituzte korrosioaren arabera.
Zeramika : Gutxiago arrunta izan arren, zeramikak erreakzio kimikoen bidez degradatu daitezke ingurunearekin.
Polimeroak : Korrodura ordez, polimeroak degradatzen dira. Ahulezia honek pitzadurak, okertuak edo deskolorazioak sor ditzake.
Zer da oxidazioa?
Oxidazioa prozesu kimikoa da, non material batek elektroiak galtzen dituen, normalean oxigenoarekin erreakzionatzen du. Eguneroko kimikaren zati da, askotan kolore edo ehundura bezalako aldaketak ikusgai.
Elektroiak galtzea dakarren prozesu kimikoa
Oxidazioan, substantzia batek elektroiak ematen ditu beste bati. Oxigenoa normalean onartzen duen substantzia da. Erreakzio hau material organikoetan eta ezorganikoetan gerta daiteke, propietateak aldatuz. Oxidazio erreakzio orokorra honela irudikatu daiteke:
m → m⁺ + e⁻
Hemen, 'm ' materiala (askotan metala) elektroiak galtzen dira, positiboki kargatutako ioi (m⁺) bihurtzen dira.
Eguneroko bizitzan oxidazio adibideak
Oxidazioak egunero erabiltzen ditugun materialei eragiten die. Hona hemen adibide arrunt batzuk:
Burdina eta altzairua herdoiltzea : burdina oxigenoarekin eta hezetasunarekin erreakzionatzen duenean, herdoila da. Herdoilaren eraketarako ekuazio kimikoa hau da:
4fe + 3O₂ + 6h₂o → 4fe (oh) ₃
Geruza gorrixka honek metala ahultzen du.
Zilarrezko larrua : Zilarrezkoak sufre konposatuekin erreakzionatzen du airean, zilarrezko sulfuroa osatuz. Ekuazio kimikoa hau da:
2G + H₂s → Ag₂s + H₂
Geruza beltz honek zilarrezko bitxiak edo mahai-tresnak distira egiten ditu.
Oxidazioa material organikoetan
Oxidazioa izaki bizidunetan ere gertatzen da. Baina metalak ez bezala, efektuak onuragarriak izan daitezke:
Metabolismoan bultzada : gure gorputzetan, oxidazioak elikagaiak erretzen laguntzen du, metabolismoa azkartuz.
Minbiziaren arriskua txikiagoa : zeluletan zenbait oxidazio prozesu-prozesu-erradikal aske kaltegarrien hedapena saihesten laguntzen dute, minbiziaren arriskua jaitsi dezakeena.
Zer da herdoila?
Herdoila burdina eta bertako aleazioei eragiten dien korrosio mota zehatza da, hala nola altzairua. Kolore marroi gorrixka eta ehundura malkartsua ditu.
Korrosio mota hau burdina hezetasuna eta oxigenoa jasaten denean gertatzen da. Herdoilaren eraketa prozesuak hainbat urrats dakar:
Oxidazio erreakzioa : burdina elektroiak galtzen ditu eta oxigenoarekin erreakzionatzen du uraren aurrean, Burdina (II) ioiak osatzeko.
Fe → fe⊃2; ⁺ + 2E⁻
Burdin hidroxidoaren eraketa : fe⊃2; ⁺ ⁺ iok urekin erreakzionatzen dute eta oxigenoarekin burdina (II) hidroxidoa eratzeko.
Fe⊃2; ⁺ + 2h₂o + o₂ → fe (oh) ₂
Burdin hidroxidoaren oxidazioa : burdina (ii) hidroxidoa gehiago oxidatzen da Burdina (III) hidroxidoa osatzeko.
4fe (oh) ₂ + o₂ + 2h₂o → 4fe (oh) ₃
Herdoila eratzea : burdina (III) hidroxidoa deshidratatzen da burdina (III) oxido hidroxidoa osatzeko, herdoila izenarekin ezagutzen dena. Herdoila hau burdin oxidoen eta hidroxidoen nahasketa konplexua da.
4fe (oh) ₂ → Fe₂o₃ · 3h₂o
Halaber, Herdoilaren eraketa sustatu dezakete:
Hezetasunaren presentzia : urak elektrolito gisa jokatzen du, herdoiltzeko beharrezkoak diren oxidazio murrizteko erreakzioak ahalbidetuz. Hezetasun altuak edo euriarekin esposizio zuzena prozesua azkartu dezake.
Oxigenoaren eta elektrolitoen esposizioa : oxigenoa ezinbestekoa da herdoilaren eraketa egiteko. Aireztapen ona edo oxigeno kontzentrazio handia duten guneak herdoiltzeko joera handiagoa dute. Gatzak eta azidoek metalaren jarduera elektrokimikoa ere handitu dezakete, herdoildu prozesua azkartuz.
Ingurumen faktoreak : tenperaturak rol bat du herdoilaren eraketan. Tenperatura altuagoek erreakzio kimikoen tasak areagotu ditzakete, herdoildu azkarrago. Zikinkeria edo olioa bezalako gainazaleko kutsatzaileek hezetasuna metalezko gainazalaren kontra harrapatu dezakete, herdoiltzeko ahuldutako guneak sortuz.
Korrosioaren oxidazioaren eta herdoilen
| arteko desberdintasunak | alderdiaren | herdoildu | , |
| Definizio | Materialen degradazioa ingurumenarekin erreakzio kimiko edo elektrokimikoengatik | Prozesu kimikoa non substantzia batek elektroiak galtzen dituen, askotan oxigenoa dakar | Burdina eta burdina aleazioei eragiten dieten korrosio modu zehatza |
| Zabaltasun | Termino zabalena, material degradaziorako hainbat forma biltzen ditu | Erreakzio kimiko mota zehatza | Burdina oxidazioaren produktu espezifikoa |
| Kaltetutako materialak | Metalak, zeramika eta polimeroak barne dituzten hainbat material | Substantzia organikoak eta ez-organikoak | Zehazki burdina eta bere aleazioak |
| Ingurumen faktoreak | Elektrolito bat behar du | Oxigenoa edo beste agente oxidatzaile bat behar du | Oxigenoa eta hezetasuna eskatzen ditu |
| Aurrealdi | Hainbat konposatu ekar ditzake | Oxidoak sortzen ditu | Burdin oxidoak eta hidroxidoak eratzen ditu |
| Prozesu kimikoa | Maiz materialaren eta ingurunearen arteko elektroien transferentzia dakar | Elektroiak galtzea, askotan oxigenoari | Burdina oxigenoarekin eta urarekin erreakzionatzen du |
| Agerpen | Hainbat forma (adibidez, pitting, eskalatzea) | Ikusgai edo ikusezina izan daiteke materialaren arabera | Kolore marroi gorrixka bereizgarria |
| Talka | Normalean propietate materialen kaltegarria | Onuragarria izan daiteke (adibidez, geruza babesleak) edo kaltegarriak | Burdina oinarritutako materialetarako kaltegarria beti |
| Eragin ekonomikoa | Esanguratsua hainbat industrietan | Aldatu egiten da testuinguruaren arabera | Burdinaz erabilitako industrietan |
Korrosio, oxidazio eta herdoilaren eragina
Korrosioak, oxidazioak eta herdoilak materialen degradazioaz harago hedatzen diren ondorioak dira. Galera ekonomiko garrantzitsuak sor ditzakete, segurtasun arriskuak planteatu eta ingurumenari kalte egiten die.
Ondorio ekonomikoak
Korrosioarekin, oxidazioarekin eta herdoilarekin lotutako kostuak mailakatzen ari dira. NACE International-ek egindako ikerketa baten arabera, korrosioaren kostu globala urtero 2,5 bilioi dolar dela kalkulatzen da, munduko BPGaren% 3,4aren baliokidea baita.
Kostu hauek honako hauek dira:
Krukatutako materialak eta egiturak ordezkatzeko edo konpontzeko kostu zuzenak
Zeharkako kostuak, hala nola ekoizpen galera, ingurumen kalteak eta auziak
Korrosioaren prebentzio eta kontrol neurrien mantentze kostuak
Korrosioaren eraginik handiena duten industriak honako hauek dira:
Olioa eta gasa
Garraioa (automobilgintza, aeroespaziala, baranda eta itsas)
Azpiegiturak (zubiak, hodiak eta eraikinak)
Fabrikazio eta tratamendu landareak
Segurtasun kezkak
Korrosioak, oxidazioak eta herdoilak eraikinen, ibilgailuen eta azpiegituren osotasun egiturazkoa arriskuan jar dezakete. Garapen horrek hutsegite katastrofikoak sor ditzake, bizitza arriskuan jarriz.
Korrosioak eragindako segurtasun arriskuen adibide batzuk hauek dira:
Zubiak edo eraikinak kolokatzea altzairuzko errefortzu ahulak direla eta
Hodien porrota, petrolio isurketak edo gas ihesak sortzea
Osagai kritikoen funtzionamendua hegazkinetan edo ibilgailuetan
Hodiak Korrediko Hodietatik Edateko Ura kutsatzea
Ingurumen-inplikazioak
Korrosioak, oxidazioak eta herdoilak ingurumen ondorio garrantzitsuak izan ditzake. Krukatutako egiturak huts egiten dutenean, material arriskutsuak ingurumenean askatu ditzakete.
Adibidez:
Krukatutako biltegiratze ontziek produktu kimikoak edo petrolio produktuak isuri ditzakete, lurzorua eta lurpeko urak kutsatuz
Herdoildutako metalezko hondakinak metal astunak sor ditzake ekosistemara
Azpiegituren degradazioak eraginkortasuna ekar dezake, berotegi-efektuko gasen emisioak handituz
Prebentzio eta arintze estrategiak
Korrosioa, oxidazioa eta herdoila prebenitzea eta herdoilak prebenitzea eta herdoila. Horrek materialen hautaketa, diseinuaren gogoetak, babes-tratamenduak, ingurumen kontrola eta ohiko jarraipena dakartza.
Materialen hautaketa eta diseinua
Korrosioa ekiditeko modurik eraginkorrenetako bat berezko erresistenteak diren materialak erabiltzea da. Korrosioarekiko altzariaren adibide batzuk hauek dira:
Material horiek oxido geruza babesgarria osatzen dute gainazalean, eta horrek korrosio gehiago ekiditen laguntzen du.
Diseinuak funtsezko eginkizuna du korrosioa minimizatzeko. Ingeniariek:
Saihestu txoko zorrotzak eta sorrerak substantzia korrosiboak pilatu daitezkeen
Ziurtatu drainatze egokia ura saihesteko
Erabili soldatutako juntura, posible denean, konexio zakarrak edo errematxatu beharrean
Babes estaldurak eta tratamenduak
Material baten gainazalean babes estaldurak eta tratamenduak aplikatzeak korrosioa ekiditen lagun dezake. Metodo komun batzuk hauek dira:
Pinturak eta olioak : metalaren eta ingurumenaren arteko oztopoa sortzen dute, eragile korrosiboen esposizioa prebenitzea.
Galvanizing : Honek burdina edo altzairua estaldura dakar zinka geruza batekin, azpiko metala babesteko krodoratzen duena.
Elektroblatazioa : korrosioarekiko erresistentziako metalezko geruza mehe bat gordetzen du, hala nola kromioa edo nikela, beste metal baten gainazalean.
Anodizazioa : Prozesu honek oxido geruza lodia eta babesgarria sortzen du aluminioaren antzeko metalen gainazalean.
Pasibazioa : metal baten azalera konponbide kimiko batekin tratatzea da, oxido babesle geruza baten eraketa hobetzeko.
Ingurumen kontrola
Ingurunea kontrolatzeak eragile korrosiboen esposizioa gutxitzen lagun dezake. Estrategia batzuk hauek dira:
Hezetasun maila baxuak mantentzea airean hezetasuna murrizteko
Tenperatura erregulatzea korrosioa bizkortzeko gai diren muturreko gorabeherak ekiditeko
Deshumidifiers, aire girotuak edo berogailuak ingurumena kontrolatzeko
Materialak gordetzen ditu, ondo aireztatutako guneetan substantzia korrosiboetatik urrun
Korrosioaren jarraipena eta ikuskapena
Jarraipen eta ikuskapen erregularrak korrosioa goiz antzematen lagun dezake, esku-hartze puntuala ahalbidetuz. Horrek dakar:
Korrosioaren seinaleak ikusteko gainazalak ikusiz, hala nola, deskolorazioa, zulatzea edo malko egitea
Destructive probak egiteko metodoak erabiliz, hala nola, ultrasoinuaren lodiera neurtzeko edo erradiografia, korrosioaren neurria ebaluatzeko materiala kaltetu gabe
Ikuskapen emaitzen erregistro zehatzak mantentzea denboran zehar korrosioaren aurrerapena jarraitzeko
Aurrerapenak korrosioaren prebentzioan eta teknologian
Korrosioaren aurkako borrokak aurrera egin ahala, ikertzaileek eta ingeniari irtenbide berritzaileak garatzen ari dira, efektuak saihesteko eta arintzeko. Aurrerapen horiek errendimendu handiko estaldurak denbora errealeko jarraipen sistemetara eta material berrietara dira.
Errendimendu handiko estaldurak garatzea
Aurrerapen esanguratsuen arlo bat babes estaldura aurreratuen garapena da. Estaldura horiek korrosio, higadura eta eraso kimikoarekiko erresistentzia handiagoa eskaintzen dute. Adibide aipagarrienak hauek dira:
Epoxi eta poliuretanozko estaldurak : Hauek, itsaskortasun, iraunkortasun eta erresistentzia bikaina eskaintzen dute hezetasun eta produktu kimikoarekiko. Oso erabiliak dira industria eta itsas aplikazioetan.
Fluoropolimero estaldurak : ezaguna da aparteko erresistentzia kimikoagatik eta marruskadura txikiko propietateengatik, fluoropolimero estaldurak, esaterako, PTFE (Teflon), ingurune gogorretarako aproposak dira.
Bio-inspiratutako auto sendatzeko estaldurak : estaldura berritzaile hauek izaki bizidunen autogenizio propietateak imitatzen dituzte. Estaldura hondatuta dagoenean askatzen diren sendatze agentziez betetako kapsula mikroskopikoak dituzte, bere burua konpontzeko aukera emanez.
Babes katodikoa eta korrosioaren inhibitzaileen teknologiak
Babes katodikoa metalezko egituretan korrosioa prebenitzeko ondo ezarritako metodoa da. Korronte elektriko txiki bat metalari aplikatzea dakar, katodoa zelula elektrokimiko batean bihurtuz. Horrek metala korrodua eragozten du.
Korrosio inhibitzaileak ingurune korrosibo bati gehitzen zaizkion substantziak dira, korrosio tasa murrizten dutenak. Metalezko gainazalean babes-film bat osatuz edo ingurumenaren kimika aldatuz lan egiten dute.
Teknologia hauetan azken aurrerapenak hauek dira:
Eguzki-energia edo energia berriztagarrien beste iturri berriztagarriak erabiltzen dituzten auto-babes sistemak harrituta
Landareen laburpenetatik eta ekologikoko beste iturri batzuetatik eratorritako korrosio organikoko inhibitzaileak
Korrosio inhibitzaileak barneratzen dituzten estaldura adimendunak eta behar direnean askatzen dituzte
Denbora errealeko korrosioaren jarraipena eta abisu goiztiarreko sistemak
Korrosioa goiz detektatzea funtsezkoa da hutsegite katastrofikoak prebenitzeko. Denbora errealeko jarraipen sistemek sentsoreak erabiltzen dituzte etengabe korrosioarekin lotutako hainbat parametro neurtzeko, hala nola:
Potentzial elektrokimikoa
Korrosio korrontea
Ingurumen faktoreak (tenperatura, hezetasuna, pH)
Sistema horiek operadoreak alerta ditzakete korrosio tasak maila onargarriak gainditzen dituztenean, esku-hartze puntuala ahalbidetuz. Sistema aurreratu batzuek makina ikasteko algoritmoak ere erabiltzen dituzte datu historikoetan oinarritutako korrosio-tasak aurreikusteko.
Itsas inguruneetan korrosioaren prebentziorako material eta teknika berriak
Itsas inguruneak bereziki erronka dira korrosioaren prebentzioari dagokionez. Ur gazien konbinazioak, akats biologikoak eta estres mekanikoen konbinazioak azkar degradatu ditzake material sendoenak ere.
Ikertzaileek material eta teknika berriak garatzen ari dira erronka horiei aurre egiteko, hala nola:
Korrosatu gabeko aleazioak kromio, nikel eta molibdeno maila altuak dituzten aleazioak
Metalen indarra, polimeroen korrosioarekiko erresistentzia duten metalen indarra uztartzen duten material konposatuak
Gainazal super-hidrofoboa sortzen duten estaldura nanoegiturak, ura eta beste substantzia korrosiboak metalera atxikitzea eragotzi gabe
Korrosio elektrokimikoen kontrol metodoak, hala nola, gaur egungo babes katodikoaren eta anodo sakrifikatzaile harrituta
Bukaera
Korrosioa, oxidazioa eta herdoila materialak eta egiturak nabarmen eragin ditzaketen prozesu desberdinak dira. Oxidazioa erreakzio kimiko zabala den arren, korrosioak bereziki materialak degradatzen ditu eta herdoilak burdina eta bertako aleazioak soilik eragiten ditu.
Desberdintasun horiek ulertzea funtsezkoa da hainbat aktiboen segurtasuna eta iraupena mantentzeko. Korrosioaren zientzian etengabeko ikerketak prebentzio estrategia eta teknologia berriak garatu nahi ditu erronka iraunkor hauei aurre egiteko.
