У области материјалне науке и инжењерства, термине корозије, оксидације и хрђе често се користе наизменично. Међутим, ови процеси, док су повезани, имају различите карактеристике и утицаје. Разумевање њихових разлика је пресудно за индустрије у распону од изградње до ваздухопловства, јер ове појаве могу значајно утицати на дуговечност и сигурност материјала и структура.
Шта је корозија?
Корозија је постепена разградња материјала, обично метала, узрокована хемијским или електрохемијским реакцијама. Ослања материјал и утиче на његов структурни интегритет. Корозија може довести до неуспеха ако је остало непровјерено.
Деградација својстава материјала
Када се корозија догоди, он мења физичка својства материјала. Ово укључује снагу, изглед, па чак и проводљивост. Електрохемијске реакције између метала и његовог окружења узрокују ову деградацију.
Врсте корозије
Корозија није иста у сваком сценарију. Различита окружења и материјали доводе до различитих облика корозије. Испод су неке уобичајене врсте:
Униформни напад : Ово је најчешћи облик корозије. Јавља се када је целокупна површина материјала изложена корозивном окружењу, што резултира чак и погоршањем.
Галванска корозија : Ова врста корозије се дешава када су две различите метале у контакту једни са другима у присуству електролита. Мање племенит метал постаје брже аноде и короден.
ЕЦЕЛЛ = Е⁰ЦАТХОДЕ - ЕАНОДЕ - (РТ / НФ) ЛН ([ОКС] / [Ред])
ЕЦЕЛЛ = ћелијски потенцијал, Е0 = Стандардни потенцијали електрода, Р = константа гаса, Т = Температура, н = Број преноса електрона, а Ф је Фарадаи константа.
Стопа корозије α [Цл-] Е (-ΔГ / РТ)
У овој једначини, ΔГ је промена Гиббс бесплатне енергије, Р је гасна константа и Т је температура.
Питтинг : Ово је локализовани облик корозије који резултира малим рупама или јама на површини метала. Може се тешко открити и може довести до брзог квара.
Интергрануларна корозија : Ова врста корозије јавља се дуж граница житарица метала, често због оборина нечистоћа или формирање различитих фаза.
Корозија ерозије : Дешава се када корозивна течност пређе преко металне површине на високим брзинама, што је изазвало и механичко хабање и хемијска деградација.
Пукотина корозије стреса : То се догађа када је метал подвргнут и затезном стресу и корозивном окружењу, што доводи до формирања и ширења пукотина.
Селективно испирање : Ова врста корозије укључује селективно уклањање једног елемента из легуре, остављајући иза ослабљене, порозне структуре.
Материјали под утицајем корозије
Корозија не утиче само на метале. Остали материјали се такође могу деградирати:
Метали : Гвожђе, алуминијум, бакар и њихове легуре највише су погођени корозијом.
Керамика : Иако је керамика мање уобичајена, керамика може да се деграмира хемијским реакцијама са својим окружењем.
Полимери : Уместо кородирања, полимери деградирају. Ово слабљење може довести до пуцања, искривања или боје.
Шта је оксидација?
Оксидација је хемијски процес где материјал губи електроне, обично реагују са кисеоником. То је део свакодневне хемије, често резултирајући видљивим променама попут боје или текстуре.
Хемијски процес који укључује губитак електрона
У оксидацији, супстанца се одликује електронима на другу. Кисеоник је обично супстанца која их прихвата. Ова реакција се може догодити и у органским и неорганским материјалима, мењајући своје имање. Општа реакција оксидације може се представити као:
м → м³ + е⁻
Ево, 'м ' представља материјал (често метал) који је изгубио електроне, постајући позитивно набијено јоне (м³).
Примери оксидације у свакодневном животу
Оксидација утиче на материјале које користимо сваки дан. Ево неких уобичајених примера:
Хрђање гвожђа и челика : Кад гвожђе реагује са кисеоником и влагом, она формира рђу. Хемијска једначина за стварање рђе је:
4ФЕ + 3О₂ + 6ХоО → 4ФЕ (ох) ₃
Овај црвенкасто-смеђи слој слаби метал.
Потврђивање сребра : Сребрна реагује са сумпорним једињењима у ваздуху, формирајући сребрни сулфид. Хемијска једначина је:
2АГ + Х₂С → АГГС + ХР
Овај црни слој досади сјај сребрног накита или јело.
Оксидација у органским материјалима
Оксидација се такође дешава у живим организмима. Али за разлику од метала, ефекти могу бити корисно:
Појачање метаболизма : У нашим телима оксидација помаже да сагорева храну за енергију, убрзавање метаболизма.
Нижи ризик од рака : Одређени оксидациони процеси у ћелијама помажу у спречавању ширења штетних слободних радикала, што може да смањи ризик од рака.
Шта је рђа?
РУСТ је специфична врста корозије која погађа гвожђе и њене легуре, попут челика. Карактерише га црвенкасто-смеђе боје и флаки текстуре.
Овај облик корозије јавља се када је гвожђе изложен влаги и кисеонику. Процес формирања рђе подразумева неколико корака:
Реакција оксидације : Гвожђе губи електроне и реагује са кисеоником у присуству воде да би се формирало гвожђе (ИИ) јоне.
ФЕ → фе.2; ⁺ + 2е⁻
Формирање гвожђа хидроксида : фел2; ⁺ јони реагују са водом и кисеоником за формирање гвожђа (ии) хидроксида.
Фе⊃2; ⁺ + 2Хо + о₂ → фе (ох) ₂
Оксидација гвожђе хидроксида : Гвожђе (ии) хидроксид даљи оксидације за формирање гвожђа (ИИИ) хидроксида.
4фе (ох) ₂ + о₂ + 2ХоО → 4ФЕ (ох) ₃
Формирање хрђе : гвожђе (иии) хидроксид дехидрата за формирање гвожђа (иии) оксида-хидроксида, обично познат као хрђа. Ова хрђа је сложена мешавина гвоздених оксида и хидроксида.
4ФЕ (ох) ₂ → фе₂о₃ · 3ХоО
Неколико услова може промовисати стварање рђе:
Присуство влаге : Вода делује као електролит, омогућавајући реакције смањења оксидације неопходним за хрђање. Висока влага или директно излагање киши може убрзати процес.
Изложеност кисеонику и електролитама : кисеоник је неопходан за формирање рђе. Подручја са добрим просилима или високом концентрацијом кисеоника су више усклађене да се захрђају. Соли и киселине такође могу повећати електрохемијску активност метала, убрзавајући процес захрђаја.
Фактори заштите животне средине : Температура игра улогу у формирању рђе. Висе температуре могу повећати стопе хемијских реакција, што доводи до бржег хрђања. Површински контаминанти попут прљавштине или уља могу се заробити влагу на металну површину, стварајући локализоване области рањиве на рђу.
Разлике између корозије, оксидације и рђе
| аспекта | корозије | оксидационе | хрђе |
| Дефиниција | Деградација материјала због хемијских или електрохемијских реакција са околином | Хемијски процес у којем супстанца губи електроне, која често укључује кисеоник | Специфичан облик корозије који утиче на гвожђе и гвожђе легуре |
| Обим | Најшири израз, који обухвата различите облике разградње материјала | Специфична врста хемијске реакције | Специфични производ оксидације гвожђа |
| Погођени материјали | Различити материјали укључујући метале, керамике и полимере | И органске и неорганске супстанце | Посебно гвожђе и његове легуре |
| Фактори заштите животне средине | Захтева електролит | Потребан је кисеоник или други оксидациони агент | Захтева и кисеоник и влагу |
| Производи | Може резултирати разним једињењима | Производи оксиде | Формирају гвожђе оксиде и хидроксиде |
| Хемијски процес | Често укључује пренос електрона између материјала и животне средине | Губитак електрона, често кисеоником | Гвожђе реагује са кисеоником и водом |
| Изглед | Различити облици (нпр. Питања, скалирање) | Може бити видљив или невидљив у зависности од материјала | Препознатљива црвенкасто-смеђа боја |
| Утицај | Обично штетно за својства материјала | Може бити корисно (нпр. Заштитни слојеви) или штетни | Увек штетни за материјале засноване на гвожђем |
| Економски утицај | Значајан у различитим индустријама | Варира у зависности од контекста | Суштински у индустријама који користе гвожђе |
Утицај корозије, оксидације и рђе
Корозија, оксидација и хрђа имају далекосежне последице које се протежу изван разградње материјала. Они могу довести до значајних економских губитака, представљају ризике безбедности, па чак и наштетити околини.
Економске последице
Трошкови повезани са корозијом, оксидацијом и хрђом запањују се. Према студији Наце Интернатионал-а, глобални трошак корозије процењује се на 2,5 билиона долара годишње, што је еквивалентно 3,4% светског БДП-а.
Ови трошкови укључују:
Директни трошкови замене или поправке кородираних материјала и структура
Индиректни трошкови попут губитка производње, оштећења животне средине и парнице
Трошкови одржавања за мере за спречавање корозије и контроле
Индустрије највише погођене корозијом укључују:
Уље и гас
Транспорт (Аутомобили, ваздухопловство, шина и марине)
Инфраструктура (мостови, цевоводи и зграде)
Прерађивачка и прерада биљака
Бриге о безбедности
Корозија, оксидација и рђа могу угрозити структурни интегритет зграда, возила и инфраструктуре. Ово погоршање може довести до катастрофалних неуспеха, што представља животе у ризик.
Неки примери опасности од безбедности изазвани корозијом укључују:
Урушавање мостова или зграда услед ослабљених челичних појачања
Неуспех цевовода, што доводи до проливања уља или цурења гаса
Неисправно кршење критичних компоненти у ваздухопловима или возилима
Контаминација воде за пиће из кородираних цеви
Импликације заштите животне средине
Корозија, оксидација и рђа такође могу имати значајне посљедице околине. Када се кородиране структуре не успеју, могу ослободити опасне материјале у околину.
На пример:
Кродични резервоари за одлагање могу процурити хемикалије или нафтне производе, контаминирати земљу и подземне воде
Рустени метални отпад може прећи тешке метале у екосистему
Деградација инфраструктуре може довести до неефикасности, повећање емисија гасова са ефектом стаклене баште
Стратегије превенције и ублажавања
Спречавање и олакшање корозије, оксидације и хрђе захтева вишеструког приступа. Ово укључује пажљив избор материјала, разматрање разматрања, заштитне третмане, контролу животне средине и редовно праћење.
Избор и дизајн материјала
Један од најефикаснијих начина за спречавање корозије је коришћењем материјала који су нарођени отпорни на њега. Неки примери легура отпорних на корозију укључују:
Ови материјали формирају заштитни оксидни слој на њиховој површини, што помаже у спречавању даље корозије.
Дизајн такође игра пресудну улогу у минимизирању корозије. Инжењери би требали:
Избегавајте оштре углове и пукотине у којима се корозивне материје могу накупљати
Осигурати правилно дренажу да се спречи стајаће воде
Користите заварене зглобове уместо причвршћених или закованих веза када је то могуће
Заштитни премази и третмани
Примјена заштитних премаза и третмана на површини материјала може помоћи у спречавању корозије. Неке уобичајене методе укључују:
Боје и уља : Они стварају баријеру између метала и животне средине, спречавање излагања корозивним средствима.
Поцинчавање : Ово укључује гвожђе или челик са слојем цинка, који жртвено кородира да заштити основни метал.
Електроплирање : Депонизује танки слој више метала отпорног на корозију, као што је хрома или никла, на површину другог метала.
Анодизирање : Овај процес ствара дебели, заштитни оксидни слој на површини метала попут алуминијума.
Пасивација : То укључује лечење површине метала хемијским решењем за побољшање формирања заштитног оксидног слоја.
Контрола заштите животне средине
Контролирање животне средине може помоћи у минимизирању изложености корозивним средствима. Неке стратегије укључују:
Одржавање нивоа ниске влажности да би се смањила влага у ваздуху
Регулирајући температуру да би се избегле екстремне флуктуације које могу убрзати корозију
Коришћење дехумидификатора, клима уређаја или грејача за контролу животне средине
Чување материјала у сувим, добро прозраченим подручјима даље од корозивних материја
Надгледање и инспекција корозије
Редовно праћење и инспекција може помоћи у откривању корозије рано, омогућавајући благовремену интервенцију. Ово укључује:
Визуелно прегледавање површина за знакове корозије, попут боје боје, питће или љуске
Користећи неразорне методе испитивања, као што је ултразвучно мерење дебљине или радиографије, како би се проценило степен корозије без оштећења материјала
Задржавање детаљних евиденција о резултатима инспекције да бисте током времена пратили напредак корозије
Напредак у превенцији и технологији корозије
Како се борба против корозије наставља, истраживачи и инжењери развијају иновативна решења за спречавање и ублажавање њених ефеката. Ови напредници се крећу од превлака високих перформанси до система за праћење у стварном времену и романима.
Развој премаза високог перформанси
Једно подручје значајног напретка је развој напредних заштитних премаза. Ови премази пружају врхунску отпорност на напад корозије, хабања и хемикалија. Неки приметни примери укључују:
Епоксидни и полиуретански премази : Ове нуде одличну пријањање, трајност и отпорност на влагу и хемикалије. Широко се користе у индустријским и морским апликацијама.
Флуорополимерски премази : Познати по изузетној хемијској отпорности и ниским својствима трења, флуорополимерски премази, као што су ПТФЕ (ТЕФЛОН), идеални су за оштре окружења.
Био-инспирисани премази за само-исцељење : Ови иновативни премази опонашају самоизлечивање живих организама. Садрже микроскопске капсуле испуњене лековитим средствима која се ослобађа када је премаз оштећен, омогућавајући му да се поправи.
Технологије инхибитора катодне заштите и корозије
Катодна заштита је добро успостављена метода спречавања корозије у металним структурама. То укључује наношење мале електричне струје до метала, што га чини катодом у електрохемијској ћелији. Ово спречава да метал кородира метал.
Инхибитори корозије су супстанце које, када се додају у корозивно окружење, смањују стопу корозије. Они раде формирањем заштитног филма на металној површини или модификовањем хемије окружења.
Недавна унапређења у овим технологијама укључују:
Импресиониран тренутни систем катодних заштите који користе соларну снагу или друге обновљиве изворе енергије
Инхибитори органске корозије произведене из биљних екстраката и других еколошких извора
Паметни премази који укључују инхибиторе корозије и пуштају их по потреби
Мониторинг корозије у реалном времену и системи раног упозоравања
Рано откривање корозије је пресудно за спречавање катастрофалних неуспеха. Системи за праћење у реалном времену користе сензоре да континуирано мере различите параметре у вези са корозијом, као што су:
Електрохемијски потенцијал
Корозија струја
Фактори заштите животне средине (температура, влажност, пХ)
Ови системи могу упозорити оператере када стопе корозије прелазе прихватљиве нивое, омогућавајући благовремену интервенцију. Неки напредни системи чак и користе алгоритме за учење машина да предвиде стопе корозије на основу историјских података.
Нови материјали и технике превенције корозије у морском окружењу
Маринска окружења посебно су изазовна када је у питању превенција корозије. Комбинација слане воде, биолошког прекршаја и механичког стреса може брзо да деградирају чак и најупасније материјале.
Истраживачи развијају нове материјале и технике за решавање ових изазова, као што су:
Легуре отпорне на корозију које садрже високе нивое хрома, никла и молибдена
Композитни материјали који комбинују снагу метала са отпором корозије полимера
Наноструктурирани премази који стварају супер хидрофобну површину, спречавајући воду и друге корозивне материје да се придржавају метала
Електрохемијска метода контроле корозије, као што је импресионирана тренутна катодна заштита и жртвене аноде
Закључак
Корозија, оксидација и рђа су повезани, али различити процеси који могу значајно утицати на материјале и структуре. Иако је оксидација широка хемијска реакција, корозија посебно деградира материјала, а хрђа утиче само на гвожђе и њене легуре.
Разумевање ових разлика је пресудно за одржавање сигурности и дуговечности разне имовине. Текуће истраживање у науци корозије има за циљ да развију нове стратегије превенције и технологија за борбу против ових упорних изазова.
