Во областа на материјалната наука и инженерството, термините корозија, оксидација и 'рѓа често се користат наизменично. Сепак, овие процеси, додека се поврзани, имаат различни карактеристики и влијанија. Разбирањето на нивните разлики е клучно за индустриите кои се движат од градежништвото до воздушната, бидејќи овие феномени можат значително да влијаат на долговечноста и безбедноста на материјалите и структурите.
Што е корозија?
Корозијата е постепена деградација на материјалите, обично метали, предизвикани од хемиски или електрохемиски реакции. Го ослабува материјалот и влијае на неговиот структурен интегритет. Корозијата може да доведе до неуспех ако остане непроверена.
Деградација на материјалните својства
Кога се појавува корозија, ги менува физичките својства на материјалот. Ова вклучува сила, изглед, па дури и спроводливост. Електрохемиските реакции помеѓу металот и неговата околина ја предизвикуваат оваа деградација.
Видови на корозија
Корозијата не е иста во секое сценарио. Различни околини и материјали доведуваат до различни форми на корозија. Подолу се дадени некои вообичаени типови:
Униформски напад : Ова е најчестата форма на корозија. Се јавува кога целата површина на материјал е изложена на корозивно опкружување, што резултира во дури и влошување.
Галванска корозија : Овој вид корозија се случува кога две различни метали се во контакт едни со други во присуство на електролит. Помалку благородниот метал станува анода и кородира побрзо.
ecell = e⁰catode - e⁰anode - (rt/nf) ln ([ox]/[црвена]))
Ecell = потенцијал на ќелијата, E0 = стандардни потенцијали на електрода, r = константа на гас, t = температура, n = број на пренесени електрони, а F е константа на Фарадеј.
Стапка на корозија ∝ [cl–] e (-∆g/rt)
Во оваа равенка, ΔG е промената на енергијата без Гибс, Р е константа на гас, а Т е температурата.
Питинг : Ова е локализирана форма на корозија што резултира во мали дупки или јами на површината на метал. Може да биде тешко да се открие и може да доведе до брз неуспех.
Интергрануларна корозија : Овој вид корозија се јавува по должината на границите на житото на метал, честопати како резултат на врнежите на нечистотиите или формирањето на различни фази.
Корозија на ерозија : Се случува кога корозивната течност се движи над метална површина со големи брзини, предизвикувајќи и механичко абење и хемиска деградација.
Пукање на корозија на стрес : Ова се случува кога металот е подложен на стрес на затегнување и на корозивна околина, што доведува до формирање и размножување на пукнатини.
Селективно исцедување : Овој вид корозија вклучува селективно отстранување на еден елемент од легура, оставајќи зад себе ослабена, порозна структура.
Материјали погодени од корозија
Корозијата не влијае само на металите. Другите материјали можат да се деградираат и:
Метали : железо, алуминиум, бакар и нивните легури се најмногу погодени од корозија.
Керамика : Иако е поретка, керамиката може да се деградира преку хемиски реакции со нивната околина.
Полимери : Наместо да се кородираат, полимерите се деградираат. Ова слабеење може да доведе до пукање, искривување или обезбојување.
Што е оксидација?
Оксидацијата е хемиски процес кога материјалот губи електрони, обично реагира со кислород. Тоа е дел од секојдневната хемија, честопати што резултира во видливи промени како боја или текстура.
Хемиски процес кој вклучува губење на електрони
Во оксидацијата, супстанцијата се откажува од електрони на друга. Кислородот е обично супстанцијата што ги прифаќа. Оваа реакција може да се појави и во органски и во неоргански материјали, менувајќи ги нивните својства. Општа реакција на оксидација може да биде претставена како:
m → m⁺ + e⁻
Тука, 'm ' претставува материјал (често метал) што губи електрони, станувајќи позитивно наполнет јон (M⁺).
Примери на оксидација во секојдневниот живот
Оксидацијата влијае на материјалите што ги користиме секој ден. Еве неколку вообичаени примери:
Rusting од железо и челик : Кога железото реагира со кислород и влага, формира 'рѓа. Хемиската равенка за формирање на 'рѓа е:
4fe + 3o₂ + 6h₂o → 4fe (OH)
Овој црвеникаво-кафеав слој го ослабува металот.
Отежнување на среброто : Сребреното реагира со сулфур соединенија во воздухот, формирајќи сребрен сулфид. Хемиската равенка е:
2Ag + h₂s → Ag₂s + h₂
Овој црн слој го досадува сјајот на сребрен накит или прибор за јадење.
Оксидација во органски материјали
Оксидацијата се случува и кај живите организми. Но, за разлика од металите, ефектите можат да бидат корисни:
Зголемување на метаболизмот : Во нашите тела, оксидацијата помага да се запали храната за енергија, да се забрза метаболизмот.
Понизок ризик од карцином : Одредени процеси на оксидација во клетките помагаат да се спречи ширењето на штетни слободни радикали, што може да го намали ризикот од карцином.
Што е 'рѓа?
Rust е специфичен вид корозија што влијае на железо и неговите легури, како што е челик. Се карактеризира со црвеникаво-кафеава боја и ронлива текстура.
Оваа форма на корозија се јавува кога железото е изложено на влага и кислород. Процесот на формирање на 'рѓа вклучува неколку чекори:
Оксидациска реакција : Ironелезото ги губи електроните и реагира со кислород во присуство на вода за да формираат јони од железо (II).
Fe → fe⊃2; ⁺ + 2e⁻
Формирање на железо хидроксид : јони Fe⊃2; ⁺ реагираат со вода и кислород за да формираат железо (II) хидроксид.
Fe⊃2; ⁺ + 2H₂O + O₂ → Fe (OH)
Оксидација на железо хидроксид : железо (II) хидроксид дополнително оксидира за да формира железо (III) хидроксид.
4fe (OH) ₂ + O₂ + 2H₂O → 4fe (OH)
Формирање на 'рѓа : железо (III) хидроксид дехидрати за формирање железо (III) оксид-хидроксид, попознат како' рѓа. Оваа 'рѓа е комплексна мешавина на железни оксиди и хидроксиди.
4fe (OH) ₂ → fe₂o₃ · 3H₂O
Неколку услови можат да промовираат формирање на 'рѓа:
Присуство на влага : Водата делува како електролит, овозможувајќи реакции на намалување на оксидацијата потребни за 'рѓосање. Високата влажност или директната изложеност на дожд може да го забрза процесот.
Изложеност на кислород и електролити : кислородот е од суштинско значење за формирање на 'рѓа. Областите со добра аерација или висока концентрација на кислород се повеќе склони кон 'рѓа. Солите и киселините исто така можат да ја зголемат електрохемиската активност на металот, забрзувајќи го процесот на 'рѓа.
Фактори на животната средина : Температурата игра улога во формирањето на 'рѓа. Повисоките температури можат да ги зголемат стапките на хемиски реакции, што доведува до побрзо 'рѓа. Површинските загадувачи како нечистотија или масло можат да ја зафатат влагата против металната површина, создавајќи локализирани области ранливи на 'рѓа.
Разлики помеѓу корозија, оксидација и 'рѓа
| аспект на | корозија | оксидација | на |
| Дефиниција | Деградација на материјалите поради хемиски или електрохемиски реакции со околината | Хемиски процес каде што супстанцијата губи електрони, честопати вклучува кислород | Специфична форма на корозија што влијае на легурите на железо и железо |
| Обем | Најширок термин, опфаќајќи различни форми на деградација на материјалот | Специфичен вид на хемиска реакција | Специфичен производ на оксидација на железо |
| Погодени материјали | Различни материјали, вклучувајќи метали, керамика и полимери | И органски и неоргански материи | Конкретно железо и неговите легури |
| Фактори на животната средина | Бара електролит | Потребен е кислород или друг оксидирачки агенс | Бара и кислород и влага |
| Производи | Може да резултира во разни соединенија | Произведува оксиди | Формира железни оксиди и хидроксиди |
| Хемиски процес | Често вклучува трансфер на електрони помеѓу материјалот и околината | Губење на електрони, често на кислород | Железо реагира со кислород и вода |
| Изглед | Различни форми (на пр., Питинг, скалирање) | Може да биде видлива или невидлива во зависност од материјалот | Карактеристична црвеникаво-кафеава боја |
| Влијание | Обично штетно за материјалните својства | Може да биде корисно (на пр., Заштитни слоеви) или штетни | Секогаш штетно за материјалите засновани на железо |
| Економско влијание | Значајно во разни индустрии | Варира во зависност од контекстот | Значителен во индустриите што користат железо |
Влијание на корозија, оксидација и 'рѓа
Корозијата, оксидацијата и 'рѓата имаат далекусежни последици што се протегаат надвор од деградацијата на материјалите. Тие можат да доведат до значителни економски загуби, да претставуваат безбедносни ризици, па дури и да му наштетат на животната средина.
Економски последици
Трошоците поврзани со корозија, оксидација и 'рѓа се зачудувачки. Според студијата на NACE International, глобалната цена на корозијата се проценува на 2,5 трилиони американски долари годишно, што е еквивалентно на 3,4% од БДП во светот.
Овие трошоци вклучуваат:
Директни трошоци за замена или поправка на кородирани материјали и структури
Индиректни трошоци, како што се губење на производство, оштетување на животната средина и парница
Трошоци за одржување за мерки за превенција и контрола на корозија
Индустриите најмногу погодени од корозија вклучуваат:
Масло и гас
Транспорт (автомобилски, воздушен простор, железница и морски)
Инфраструктура (мостови, цевководи и згради)
Растенија за производство и преработка
Безбедносни проблеми
Корозијата, оксидацијата и 'рѓата можат да го загрозат структурниот интегритет на зградите, возилата и инфраструктурата. Ова влошување може да доведе до катастрофални неуспеси, ставајќи во опасност животи.
Некои примери на безбедносни опасности предизвикани од корозија вклучуваат:
Колапс на мостови или згради поради ослабени челични засилувања
Неуспех на цевководи, што доведува до излевање на нафта или протекување на гас
Дефект на критичните компоненти во авионите или возилата
Загадување на вода за пиење од кородирани цевки
Еколошки импликации
Корозијата, оксидацијата и 'рѓата исто така можат да имаат значителни последици од животната средина. Кога кородираните структури не успеат, тие можат да ослободат опасни материјали во околината.
На пример:
Кородираните резервоари за складирање можат да протекуваат хемикалии или нафтени производи, загадувајќи ја почвата и подземните води
Rusthed метал отпад може да испушти тешки метали во екосистемот
Деградацијата на инфраструктурата може да доведе до неефикасност, зголемување на емисиите на стакленички гасови
Стратегии за превенција и ублажување
Спречувањето и ублажувањето на корозијата, оксидацијата и 'рѓата бара мулти-фацетиран пристап. Ова вклучува внимателен избор на материјали, размислувања за дизајн, заштитни третмани, контрола на животната средина и редовно следење.
Избор и дизајн на материјали
Еден од најефикасните начини да се спречи корозијата е со употреба на материјали кои се инхерентно отпорни на тоа. Некои примери на легури отпорни на корозија вклучуваат:
Овие материјали формираат заштитен оксиден слој на нивната површина, што помага да се спречи понатамошна корозија.
Дизајнот исто така игра клучна улога во минимизирање на корозијата. Инженерите треба:
Избегнувајте остри агли и пукнатини каде што може да се акумулираат корозивни материи
Обезбедете соодветна дренажа за да спречите стоење вода
Користете заварени споеви наместо завртки или занишани врски кога е можно
Заштитни облоги и третмани
Примената на заштитни облоги и третмани на површината на материјалот може да помогне да се спречи корозија. Некои вообичаени методи вклучуваат:
Бои и масла : Овие создаваат бариера помеѓу металот и околината, спречувајќи изложеност на корозивни агенси.
Галванизирање : Ова вклучува обложување на железо или челик со слој цинк, кој жртвувачки кородира за да го заштити основниот метал.
Електроплација : Депонира тенок слој на повеќе метал отпорен на корозија, како што е хром или никел, на површината на друг метал.
Анодизирање : Овој процес создава густ, заштитен оксиден слој на површината на метали како алуминиум.
Пасивација : Вклучува третирање на површината на метал со хемиски раствор за подобрување на формирањето на заштитен оксиден слој.
Контрола на животната средина
Контрола на животната средина може да помогне во минимизирање на изложеноста на корозивни агенси. Некои стратегии вклучуваат:
Одржување на ниско ниво на влажност за намалување на влагата во воздухот
Регулирање на температурата за да се избегнат екстремни флуктуации што можат да ја забрзаат корозијата
Користење на дехидрификатори, климатизери или грејачи за контрола на околината
Складирање на материјали во суви, добро вентилирани области подалеку од корозивни материи
Мониторинг и инспекција на корозија
Редовното следење и инспекцијата може да помогне во откривањето на корозијата рано, овозможувајќи навремена интервенција. Ова вклучува:
Визуелно инспекција на површини за знаци на корозија, како што се обезбојување, пит или треперење
Користење на методи за не-деструктивно тестирање, како што е мерење или радиографија на ултразвучна дебелина, за да се процени степенот на корозија без да се оштети материјалот
Водење детални записи за резултатите од инспекцијата за да се следи прогресијата на корозијата со текот на времето
Напредокот во превенцијата и технологијата на корозија
Како што продолжува битката против корозијата, истражувачите и инженерите развиваат иновативни решенија за да ги спречат и ублажат неговите ефекти. Овие достигнувања се движат од облоги со високи перформанси до системи за набудување во реално време и нови материјали.
Развој на облоги со високи перформанси
Една област на значителен напредок е развој на напредни заштитни облоги. Овие облоги обезбедуваат супериорна отпорност на корозија, абење и хемиски напад. Некои значајни примери вклучуваат:
Епоксидни и полиуретански облоги : Овие нудат одлична лепење, издржливост и отпорност на влага и хемикалии. Тие се користат во индустриски и морски апликации.
Флуорополимер облоги : Познати по нивната исклучителна хемиска отпорност и ниски својства на триење, флуорополимерни облоги, како што е PTFE (Teflon), се идеални за груби околини.
Био-инспирирани обложувања за само-лекување : Овие иновативни облоги ги имитираат само-лекувачките својства на живите организми. Тие содржат микроскопски капсули исполнети со лековити агенси кои се ослободуваат кога облогата е оштетена, дозволувајќи му да се поправи.
Технологии за инхибитори на катодична заштита и корозија
Катодната заштита е добро воспоставен метод за спречување на корозија во металните структури. Вклучува примена на мала електрична струја на металот, што ја прави катодата во електрохемиска ќелија. Ова спречува кородирање на металот.
Инхибиторите на корозија се супстанции кои, кога се додаваат во корозивна околина, ја намалуваат стапката на корозија. Тие работат со формирање на заштитен филм на металната површина или со модифицирање на хемијата на животната средина.
Неодамнешните достигнувања во овие технологии вклучуваат:
Импресионирани тековни системи за заштита на катодична заштита кои користат соларна енергија или други извори на обновлива енергија
Инхибитори на органска корозија добиени од растителни екстракти и други еколошки извори
Паметни облоги што вклучуваат инхибитори на корозија и ги ослободуваат кога е потребно
Системи за мониторинг на корозија во реално време и рано предупредување
Откривањето на корозијата рано е клучно за спречување на катастрофални неуспеси. Системите за набудување во реално време користат сензори за континуирано мерење на разни параметри поврзани со корозија, како што се:
Електрохемиски потенцијал
Струја на корозија
Фактори на животната средина (температура, влажност, pH)
Овие системи можат да ги алармираат операторите кога стапките на корозија ги надминуваат прифатливите нивоа, овозможувајќи навремена интервенција. Некои напредни системи дури користат алгоритми за учење машини за да ги предвидат стапките на корозија врз основа на историски податоци.
Нови материјали и техники за превенција на корозија во морските средини
Морските опкружувања се особено предизвикувачки кога станува збор за превенција на корозија. Комбинацијата на солена вода, биолошко факулирање и механички стрес брзо може да ги деградира дури и најцврстите материјали.
Истражувачите развиваат нови материјали и техники за решавање на овие предизвици, како што се:
Легури отпорни на корозија кои содржат високи нивоа на хром, никел и молибден
Композитни материјали кои ја комбинираат јачината на металите со отпорноста на корозијата на полимерите
Наноструктурирани облоги кои создаваат супер-хидрофобна површина, спречувајќи вода и други корозивни материи да се придржуваат кон металот
Електрохемиски методи за контрола на корозија, како што се импресионирана тековна катодична заштита и жртвувани аноди
Заклучок
Корозијата, оксидацијата и 'рѓата се поврзани, но различни процеси што можат значително да влијаат врз материјалите и структурите. Додека оксидацијата е широка хемиска реакција, корозијата конкретно ги деградира материјалите, а 'рѓата влијае само на железо и неговите легури.
Разбирањето на овие разлики е клучно за одржување на безбедноста и долговечноста на различните средства. Тековните истражувања во науката за корозија имаат за цел да развијат нови стратегии и технологии за превенција за борба против овие постојани предизвици.
