Korozija i zaštita

Korozija

Korozija je štetno i nepoželjno trošenje konstrukcijskog materijala uzrokovano fizikalnim, fizikalno-kemijskim, kemijskim i biološkim agensima. U užem smislu često se primjenjuje samo na metale. Korozija je prirodni fenomen, uništavanje metala i njegovih svojstava djelovanjem okoliša. Može biti kemijska i elektrokemijska, može zahvatiti cijelu površinu metala ili samo neke dijelove.

Zlato i platina, samorodni su metali koji se u prirodi mogu naći u elementarnom stanju. Većina metala nalazi se u spojevima, najčešće oksidima, sulfidima, sulfatima i karbonatima. Za njihovo dobivanje potrebno je uložiti neku količinu energije. Prema zakonima temodinamike tako proizvedeni metali nastoje se vratiti u prvotno stabilnije stanje, i pri tome oslobađati energiju. Stabilnije stanje postiže se spontanim korozijskim procesima u kojima nastaje korozijski produkt sličan spoju od kojeg je metal dobiven.

Na površini željeza korodiranjem nastaje hrđa koja je porozna, ne prijanja uz metalnu površinu i ne može zaštiti površinu željeza od daljnje korozije, pa hrđanje prodire u dublje slojeve željeza.

Vlažnost zraka, kisik, kloridni ili drugi ioni, kisela sredina i viša temperatura ubrzavaju proces korozije željeza i nastajanje hrđe, hidratiziranog željezovog(III) oksida.

Nastajanje hrđe moze se prikazati kroz nekoliko koraka:

1. elementarno željezo oksidira se u željezove(II) ione,
2. kisik, iz zraka, se pomoću nastalih elektrona reducira do vode,
3. željezovi(II) ioni se pomoću kisika oksidiraju do željezova(III) oksida te zajedno s vodom daju hrđu kemijske formule Fe₂O₃ × XH₂O.

Kod aluminija, bakra i srebra, korozija štiti od daljnjeg propadanja.

Na bakrenim površinama tijekom vremena nastaje zaštitni površinski sloj plavozelenog bazičnog bakrova(II) karbonata, .

Čisto srebro (w = 99,9%) slabo oksidira, ali vremenom gubi sjaj i tamni.

Zaštita od korozije

Korozija je spontani proces koji se ne može spriječiti, ali se može usporiti zaštitom metala oksidnim prevlakama, elektrokemijskim postupcima i premazivanjem. Oksidne prevlake mogu nastati kontroliranom oksidacijom uranjanjem u odgovarajuće otopine na primjer lužine. Na ovaj način se često štite od atmosferskog utjecaja metalna umjetnička djela izložena na otvorenom prostoru.

Željezo se može zaštiiti od korozije nanošenjem metalnih prevlaka elektrokemijskim postupcima. Metalne prevlake na ugljičnom čeliku mogu biti katodne (Au, Ag, Ni, Cr, Pb, Sn) i anodne (Zn, Cd).

Katodna zaštita

Zaštita žrtvovanom elektrodom je zaštita metala reaktivnijim metalom, metalom negativnijeg elektrodnoga potencijala. Zaštićeni metal je katoda, a žrtvovana elektroda je anoda, koja u slučaju oštećenja prevlake, korodira. Ako se metal štiti metalom pozitivnijeg elektrodnog potencijala, u slučaju oštećenja prevlake, dolazi do korozije štićenog metala.

Katoda (żeljezo) zaštićena je žrtvovanom anodom kao protektorom. Princip zaštite slijedi nekoliko koraka:

1. na elementarnom željezu kreće nastanak hrđe stvaranjem željezovih(II) iona. Cink na pocinčanome željezu se oksidira stvarajući cinkove(II) ione,
2. nastali elektroni uzrokuju redukciju željezovih(II) iona u elementarno željezo i samim time se željezo štiti od oksidacije.

Anodna zaštita

S druge strane, ukoliko je anoda (željezo) zaštićena metalom pozitivnijeg elekrodnog potencijala (katoda), tada se radi o anodnoj zaštiti. Ovakav princip primjenjuje se pri zaštiti metalnih konzervi s hranom, a moguće ga je opisati u nekoliko koraka:

1. sloj željeza zaštiti se slojem kositra. Kositar vremenom prelazi u kositar(II), a proces prestanka zaštite započinje oštećenjem kositrenog sloja, pri čemu dolazi do oksidacije elementarnog željeza u željezo(II),
2. nastali elektroni koriste se za redukciju kositra(II) u elementarni kositar,
3. željezo(II) reagira s kisikom i vlagom iz zraka tvoreći hrđu.

Anodna zaštita dobar je način zaštite sve dok se zaštitni sloj ne ošteti. Ukoliko se sloj ošteti dolazi do stvaranja hrđe, što je jako opasno kod ambalaže prehrambenih namirnica.