Dalam bidang ilmu material dan teknik, istilah korosi, oksidasi, dan karat sering digunakan secara bergantian. Namun, proses ini, walaupun terkait, memiliki karakteristik dan dampak yang berbeda. Memahami perbedaan mereka sangat penting untuk industri mulai dari konstruksi hingga dirgantara, karena fenomena ini dapat secara signifikan mempengaruhi umur panjang dan keamanan bahan dan struktur.
Apa itu korosi?
Korosi adalah degradasi bertahap bahan, biasanya logam, disebabkan oleh reaksi kimia atau elektrokimia. Itu melemahkan material dan mempengaruhi integritas strukturalnya. Korosi dapat menyebabkan kegagalan jika dibiarkan tidak terkendali.
Degradasi sifat material
Ketika korosi terjadi, itu mengubah sifat fisik material. Ini termasuk kekuatan, penampilan, dan bahkan konduktivitas. Reaksi elektrokimia antara logam dan lingkungannya menyebabkan degradasi ini.
Jenis korosi
Korosi tidak sama dalam setiap skenario. Lingkungan dan bahan yang berbeda mengarah pada berbagai bentuk korosi. Di bawah ini adalah beberapa tipe umum:
Seragam Seragam : Ini adalah bentuk korosi yang paling umum. Ini terjadi ketika seluruh permukaan suatu bahan terpapar pada lingkungan korosif, yang menghasilkan bahkan kerusakan.
Galvanic Corrosion : Jenis korosi ini terjadi ketika dua logam yang berbeda bersentuhan satu sama lain di hadapan elektrolit. Logam yang kurang mulia menjadi anoda dan terkorosi lebih cepat.
ecell = e⁰cathode - e⁰anode - (rt/nf) ln ([ox]/[merah])
Ecell = potensial sel, E0 = potensial elektroda standar, r = konstanta gas, t = suhu, n = jumlah elektron yang ditransfer, dan f adalah konstanta faraday.
Celah Korosi : Ini terjadi di ruang terbatas di mana lingkungan korosif lebih parah daripada daerah sekitarnya. Ruang -ruang ini, atau celah -celah, dapat dibentuk dengan desain atau akumulasi puing -puing.
Laju Korosi ∝ [Cl–] E (-∆G/RT)
Dalam persamaan ini, ΔG adalah perubahan energi bebas Gibbs, R adalah konstanta gas, dan t adalah suhu.
Pitting : Ini adalah bentuk korosi terlokalisasi yang menghasilkan lubang atau lubang kecil di permukaan logam. Mungkin sulit untuk dideteksi dan dapat menyebabkan kegagalan yang cepat.
Korosi intergranular : Jenis korosi ini terjadi di sepanjang batas butir logam, seringkali karena presipitasi kotoran atau pembentukan fase yang berbeda.
Korosi erosi : Itu terjadi ketika cairan korosif bergerak di atas permukaan logam pada kecepatan tinggi, menyebabkan keausan mekanik dan degradasi kimia.
Retak Korosi Stres : Ini terjadi ketika logam mengalami tekanan tarik dan lingkungan korosif, yang mengarah pada pembentukan dan perambatan retakan.
Pencucian selektif : Jenis korosi ini melibatkan penghapusan selektif satu elemen dari paduan, meninggalkan struktur berpori yang melemah.
Bahan yang terkena korosi
Korosi tidak hanya mempengaruhi logam. Bahan lain juga dapat menurun:
Logam : Besi, aluminium, tembaga, dan paduannya paling terpengaruh oleh korosi.
Keramik : Meskipun kurang umum, keramik dapat terdegradasi melalui reaksi kimia dengan lingkungannya.
POLYMER : Alih -alih mengorosi, polimer terdegradasi. Pelemahan ini dapat menyebabkan retak, melengkung, atau perubahan warna.
Apa itu oksidasi?
Oksidasi adalah proses kimia di mana suatu bahan kehilangan elektron, biasanya bereaksi dengan oksigen. Ini bagian dari kimia sehari -hari, sering menghasilkan perubahan yang terlihat seperti warna atau tekstur.
Proses kimia yang melibatkan hilangnya elektron
Dalam oksidasi, suatu zat menyerahkan elektron kepada yang lain. Oksigen biasanya zat yang menerimanya. Reaksi ini dapat terjadi pada bahan organik dan anorganik, mengubah sifatnya. Reaksi oksidasi umum dapat direpresentasikan sebagai:
m → m⁺ + e⁻
Di sini, 'm ' mewakili bahan (seringkali logam) yang kehilangan elektron, menjadi ion bermuatan positif (M⁺).
Contoh oksidasi dalam kehidupan sehari -hari
Oksidasi mempengaruhi bahan yang kami gunakan setiap hari. Berikut adalah beberapa contoh umum:
Rusting zat besi dan baja : Ketika besi bereaksi dengan oksigen dan kelembaban, itu membentuk karat. Persamaan kimia untuk pembentukan karat adalah:
4fe + 3o₂ + 6h₂o → 4fe (OH) ₃
Lapisan coklat kemerahan ini melemahkan logam.
Pencari perak : Perak bereaksi dengan senyawa belerang di udara, membentuk perak sulfida. Persamaan kimianya adalah:
2ag + h₂s → ag₂s + h₂
Lapisan hitam ini menular kilau perhiasan perak atau peralatan makan.
Oksidasi dalam bahan organik
Oksidasi juga terjadi pada organisme hidup. Tetapi tidak seperti logam, efeknya bisa bermanfaat:
Boost dalam metabolisme : Dalam tubuh kita, oksidasi membantu membakar makanan untuk energi, mempercepat metabolisme.
Risiko Kanker yang lebih rendah : Proses oksidasi tertentu dalam sel membantu mencegah penyebaran radikal bebas berbahaya, yang dapat menurunkan risiko kanker.
Apa itu Rust?
Karat adalah jenis korosi spesifik yang mempengaruhi zat besi dan paduannya, seperti baja. Ini ditandai dengan warna coklat kemerahan dan tekstur bersisik.
Bentuk korosi ini terjadi ketika zat besi terpapar kelembaban dan oksigen. Proses pembentukan karat melibatkan beberapa langkah:
Reaksi oksidasi : Besi kehilangan elektron dan bereaksi dengan oksigen di hadapan air untuk membentuk ion besi (II).
Fe → Fe⊃2; ⁺ + 2e⁻
Pembentukan besi hidroksida : ion Fe⊃2; ⁺ bereaksi dengan air dan oksigen untuk membentuk zat besi (II) hidroksida.
Fe⊃2; ⁺ + 2H₂O + O₂ → Fe (OH) ₂
Oksidasi besi hidroksida : zat besi (II) hidroksida lebih lanjut teroksidasi untuk membentuk zat besi (III) hidroksida.
4fe (OH) ₂ + O₂ + 2H₂O → 4Fe (OH) ₃
Pembentukan karat : besi (iii) hidroksida dehidrat untuk membentuk besi (iii) oksida-hidroksida, umumnya dikenal sebagai karat. Karat ini adalah campuran kompleks oksida besi dan hidroksida.
4fe (OH) ₂ → Fe₂o₃ · 3H₂O
Beberapa kondisi dapat mempromosikan pembentukan karat:
Kehadiran kelembaban : Air bertindak sebagai elektrolit, memungkinkan reaksi pengurangan oksidasi yang diperlukan untuk berkarat. Kelembaban tinggi atau paparan langsung terhadap hujan dapat mempercepat proses.
Paparan oksigen dan elektrolit : Oksigen sangat penting untuk pembentukan karat. Area dengan aerasi yang baik atau konsentrasi oksigen tinggi lebih rentan terhadap karat. Garam dan asam juga dapat meningkatkan aktivitas elektrokimia logam, mempercepat proses karat.
Faktor Lingkungan : Suhu berperan dalam pembentukan karat. Suhu yang lebih tinggi dapat meningkatkan tingkat reaksi kimia, yang mengarah ke karat yang lebih cepat. Kontaminan permukaan seperti kotoran atau minyak dapat menjebak kelembaban terhadap permukaan logam, menciptakan area lokal yang rentan terhadap karat.
Perbedaan antara korosi, oksidasi, dan karat
| aspek | karat | oksidasi | karat |
| Definisi | Degradasi bahan karena reaksi kimia atau elektrokimia dengan lingkungan | Proses kimia di mana suatu zat kehilangan elektron, sering kali melibatkan oksigen | Bentuk korosi spesifik yang mempengaruhi paduan besi dan besi |
| Cakupan | Istilah luas, mencakup berbagai bentuk degradasi material | Jenis reaksi kimia tertentu | Produk spesifik oksidasi besi |
| Bahan terkena | Berbagai bahan termasuk logam, keramik, dan polimer | Zat organik dan anorganik | Khususnya besi dan paduannya |
| Faktor lingkungan | Membutuhkan elektrolit | Membutuhkan oksigen atau zat pengoksidasi lainnya | Membutuhkan oksigen dan kelembaban |
| Produk | Dapat menghasilkan berbagai senyawa | Menghasilkan oksida | Membentuk oksida besi dan hidroksida |
| Proses kimia | Sering melibatkan transfer elektron antara material dan lingkungan | Hilangnya elektron, seringkali menjadi oksigen | Besi bereaksi dengan oksigen dan air |
| Penampilan | Berbagai bentuk (misalnya, pitting, penskalaan) | Dapat terlihat atau tidak terlihat tergantung pada material | Warna coklat kemerahan yang khas |
| Dampak | Biasanya merugikan sifat material | Dapat bermanfaat (misalnya, lapisan pelindung) atau berbahaya | Selalu berbahaya bagi bahan berbasis besi |
| Dampak Ekonomi | Penting di berbagai industri | Bervariasi tergantung pada konteks | Substansial dalam industri yang menggunakan besi |
Dampak korosi, oksidasi, dan karat
Korosi, oksidasi, dan karat memiliki konsekuensi yang luas yang melampaui degradasi bahan. Mereka dapat menyebabkan kerugian ekonomi yang signifikan, menimbulkan risiko keselamatan, dan bahkan membahayakan lingkungan.
Konsekuensi ekonomi
Biaya yang terkait dengan korosi, oksidasi, dan karat mengejutkan. Menurut sebuah studi oleh Nace International, biaya global korosi diperkirakan $ 2,5 triliun per tahun, yang setara dengan 3,4% dari PDB dunia.
Biaya ini termasuk:
Biaya langsung untuk mengganti atau memperbaiki bahan dan struktur yang terkorosi
Biaya tidak langsung seperti hilangnya produksi, kerusakan lingkungan, dan litigasi
Biaya pemeliharaan untuk pencegahan korosi dan langkah -langkah pengendalian
Industri yang paling terpengaruh oleh korosi termasuk:
Minyak dan gas
Transportasi (Otomotif, Aerospace, Rail, dan Marine)
Infrastruktur (jembatan, pipa, dan bangunan)
Pabrik pembuatan dan pemrosesan
Masalah keamanan
Korosi, oksidasi, dan karat dapat membahayakan integritas struktural bangunan, kendaraan, dan infrastruktur. Kerusakan ini dapat menyebabkan kegagalan bencana, menempatkan nyawa dalam risiko.
Beberapa contoh bahaya keselamatan yang disebabkan oleh korosi termasuk:
Runtuhnya jembatan atau bangunan karena bala bantuan baja yang melemah
Kegagalan saluran pipa, menyebabkan tumpahan minyak atau kebocoran gas
Tidak berfungsi dengan komponen kritis di pesawat atau kendaraan
Kontaminasi air minum dari pipa yang terkorosi
Implikasi Lingkungan
Korosi, oksidasi, dan karat juga dapat memiliki konsekuensi lingkungan yang signifikan. Ketika struktur yang terkorosi gagal, mereka dapat melepaskan bahan berbahaya ke lingkungan.
Misalnya:
Tangki penyimpanan yang terkorosi dapat membocorkan bahan kimia atau produk minyak bumi, kontaminasi tanah dan air tanah
Limbah logam berkarat dapat melemahkan logam berat ke dalam ekosistem
Degradasi infrastruktur dapat menyebabkan inefisiensi, meningkatkan emisi gas rumah kaca
Strategi pencegahan dan mitigasi
Mencegah dan mengurangi korosi, oksidasi, dan karat membutuhkan pendekatan multi-faceted. Ini melibatkan pemilihan material yang cermat, pertimbangan desain, perawatan pelindung, kontrol lingkungan, dan pemantauan rutin.
Seleksi dan Desain Material
Salah satu cara paling efektif untuk mencegah korosi adalah dengan menggunakan bahan yang secara inheren tahan terhadapnya. Beberapa contoh paduan yang tahan korosi meliputi:
Bahan -bahan ini membentuk lapisan oksida pelindung di permukaannya, yang membantu mencegah korosi lebih lanjut.
Desain juga memainkan peran penting dalam meminimalkan korosi. Insinyur harus:
Hindari sudut dan celah yang tajam di mana zat korosif dapat menumpuk
Pastikan drainase yang tepat untuk mencegah genangan air
Gunakan sambungan las alih -alih koneksi baut atau terpaku jika memungkinkan
Pelapis pelindung dan perawatan
Menerapkan pelapis pelindung dan perawatan ke permukaan suatu bahan dapat membantu mencegah korosi. Beberapa metode umum meliputi:
Cat dan Oil : Ini menciptakan penghalang antara logam dan lingkungan, mencegah paparan agen korosif.
Galvanizing : Ini melibatkan pelapis besi atau baja dengan lapisan seng, yang secara berkorban terkorosi untuk melindungi logam yang mendasarinya.
Electroplating : Menyimpan lapisan tipis logam yang lebih tahan korosi, seperti kromium atau nikel, ke permukaan logam lain.
Anodisasi : Proses ini menciptakan lapisan oksida yang tebal dan pelindung pada permukaan logam seperti aluminium.
Pasifan : Ini melibatkan mengobati permukaan logam dengan larutan kimia untuk meningkatkan pembentukan lapisan oksida pelindung.
Kontrol lingkungan
Mengontrol lingkungan dapat membantu meminimalkan paparan terhadap agen korosif. Beberapa strategi meliputi:
Mempertahankan tingkat kelembaban yang rendah untuk mengurangi kelembaban di udara
Mengatur suhu untuk menghindari fluktuasi ekstrem yang dapat mempercepat korosi
Menggunakan penurunan, pendingin udara, atau pemanas untuk mengendalikan lingkungan
Menyimpan bahan di daerah kering dan berventilasi baik dari zat korosif
Pemantauan dan inspeksi korosi
Pemantauan dan inspeksi secara teratur dapat membantu mendeteksi korosi lebih awal, memungkinkan intervensi tepat waktu. Ini melibatkan:
Periksa permukaan secara visual untuk tanda -tanda korosi, seperti perubahan warna, pitting, atau pengelupasan
Menggunakan metode pengujian non-destruktif, seperti pengukuran ketebalan ultrasonik atau radiografi, untuk menilai tingkat korosi tanpa merusak material
Menyimpan catatan terperinci hasil inspeksi untuk melacak perkembangan korosi dari waktu ke waktu
Kemajuan dalam pencegahan dan teknologi korosi
Ketika pertempuran melawan korosi berlanjut, para peneliti dan insinyur sedang mengembangkan solusi inovatif untuk mencegah dan mengurangi dampaknya. Kemajuan ini berkisar dari pelapis kinerja tinggi hingga sistem pemantauan waktu nyata dan bahan baru.
Pengembangan pelapis kinerja tinggi
Salah satu bidang kemajuan yang signifikan adalah pengembangan pelapis pelindung canggih. Pelapis ini memberikan resistensi yang unggul terhadap korosi, keausan, dan serangan kimia. Beberapa contoh penting meliputi:
Pelapisan Epoksi dan Poliuretan : Ini menawarkan adhesi, daya tahan, dan ketahanan yang sangat baik terhadap kelembaban dan bahan kimia. Mereka banyak digunakan dalam aplikasi industri dan laut.
Pelapis Fluoropolymer : Dikenal karena ketahanan kimianya yang luar biasa dan sifat gesekan rendah, pelapis fluoropolimer, seperti PTFE (Teflon), sangat ideal untuk lingkungan yang keras.
Pelapis penyembuhan diri yang terinspirasi oleh bio : pelapis inovatif ini meniru sifat penyembuhan diri dari organisme hidup. Mereka mengandung kapsul mikroskopis yang diisi dengan agen penyembuhan yang dilepaskan ketika lapisan rusak, memungkinkannya untuk memperbaiki dirinya sendiri.
Perlindungan Katodik dan Teknologi Inhibitor Korosi
Perlindungan katodik adalah metode yang mapan untuk mencegah korosi dalam struktur logam. Ini melibatkan penerapan arus listrik kecil ke logam, menjadikannya katoda dalam sel elektrokimia. Ini mencegah logam terkorosi.
Inhibitor korosi adalah zat yang, ketika ditambahkan ke lingkungan korosif, mengurangi laju korosi. Mereka bekerja dengan membentuk film pelindung di permukaan logam atau dengan memodifikasi kimia lingkungan.
Kemajuan terbaru dalam teknologi ini meliputi:
Sistem perlindungan katodik terkesan saat ini yang menggunakan tenaga surya atau sumber energi terbarukan lainnya
Inhibitor korosi organik yang berasal dari ekstrak tanaman dan sumber ramah lingkungan lainnya
Pelapis pintar yang menggabungkan inhibitor korosi dan melepaskannya saat dibutuhkan
Pemantauan korosi real-time dan sistem peringatan dini
Mendeteksi korosi lebih awal sangat penting untuk mencegah kegagalan bencana. Sistem pemantauan real-time menggunakan sensor untuk terus mengukur berbagai parameter yang terkait dengan korosi, seperti:
Sistem ini dapat memperingatkan operator ketika laju korosi melebihi level yang dapat diterima, memungkinkan intervensi tepat waktu. Beberapa sistem canggih bahkan menggunakan algoritma pembelajaran mesin untuk memprediksi laju korosi berdasarkan data historis.
Bahan dan teknik baru untuk pencegahan korosi di lingkungan laut
Lingkungan laut sangat menantang dalam hal pencegahan korosi. Kombinasi air asin, pengotoran biologis, dan stres mekanis dapat dengan cepat menurunkan bahan yang paling kuat.
Para peneliti sedang mengembangkan bahan dan teknik baru untuk mengatasi tantangan ini, seperti:
Paduan tahan korosi yang mengandung kadar kromium, nikel, dan molibdenum yang tinggi
Bahan gabungan yang menggabungkan kekuatan logam dengan resistensi korosi polimer
Pelapis berstrukturnano yang menciptakan permukaan super-hidrofobik, mencegah air dan zat korosif lainnya dari menempel pada logam
Metode kontrol korosi elektrokimia, seperti perlindungan katodik saat ini yang terkesan dan anoda pengorbanan
Kesimpulan
Korosi, oksidasi, dan karat terkait tetapi proses berbeda yang dapat secara signifikan memengaruhi bahan dan struktur. Sementara oksidasi adalah reaksi kimia yang luas, korosi secara khusus menurunkan bahan, dan karat hanya mempengaruhi zat besi dan paduannya.
Memahami perbedaan -perbedaan ini sangat penting untuk menjaga keamanan dan umur panjang berbagai aset. Penelitian berkelanjutan dalam ilmu korosi bertujuan untuk mengembangkan strategi dan teknologi pencegahan baru untuk memerangi tantangan yang terus -menerus ini.
