Jaký je rozdíl mezi korozí a rzí?

Snad každý motorista bude souhlasit s tím, že rez je jedním z nejnepříjemnějších problémů, který dokáže zkazit náladu každému majiteli auta. Zdálo by se, že právě včera vůz potěšil oko dokonalým leskem laku a najednou se po těle plazily „chyby“ a objevily se červené skvrny. Zpočátku rez pro majitele vozu neznamená nic jiného než estetický nelibost. Ano, a průchozí otvory v blatnících nebo dveřích automobilu, které se vyskytují v pokročilých případech, jsou nepříjemné, ale prakticky neškodné. Ale když tento proces hluboce zasáhne části výkonového rámu karoserie nebo zavěšení vozu, následky mohou být velmi smutné. „Hororové příběhy“ o tělech starých aut vzniklých jako „dům“ při nehodě – právě z této „opery“.

A co auta? Rez je jednou z hlavních příčin poruch titanových železných konstrukcí, jako jsou mosty. Takže 28. června 1983 došlo ve Spojených státech ke katastrofě s mostem přes řeku Mianus. Následkem pádu dvou osobních aut a dvou tahačů do vody z výšky 21 metrů byli 3 lidé usmrceni a další 3 byli těžce zraněni.

Podle závěru komise National Transportation Safety Board byla destrukce způsobena mechanickým selháním vnější konzoly držící mostní pole a obou jeho čepů („prsty“). V „prstovém“ ložisku konzoly se vytvořila rez. Jeho objem vždy převyšuje objem původního kovového dílu, což vede k nerovnoměrnému slícování konstrukčních dílů mezi sebou. V případě tohoto mostu masa rzi odtlačila vnitřní držák od konce čepu držícího vnější a vnitřní držáky pohromadě. (Tím vznikla síla, která překročila konstrukční limity pro svorky držící tyto „prsty“!) V důsledku toho se celá hmota rozpětí přesunula do vnější konzoly. Toto neočekávané zatížení způsobilo únavovou trhlinu v „prstu“. Když do této části mostu vjely dva těžké nákladní vozy, čepy se nakonec zhroutily a pole spadlo do řeky.

A nejde o ojedinělý incident – ​​15. prosince 1967 se „Stříbrný most“ spojující státy Západní Virginie a Ohio nečekaně zřítil do řeky Ohio. V době srážky spadlo do řeky z výšky více než 100 metrů spolu s mostem 31 aut. V důsledku katastrofy bylo zabito 46 lidí a 9 bylo vážně zraněno. Kromě toho byla zničena hlavní trasa pro přepravu mezi Západní Virginií a Ohio. Ke zřícení došlo v důsledku závady, která vznikla v oku č. 330 jednoho z článků závěsné tyče mostu. Vznikla malá trhlina v důsledku třecí koroze v ložisku. Dále se zvýšil kvůli vnitřní korozi, což je problém známý inženýrům jako praskání korozí pod napětím.

Obecně nás proces koroze a tvorby rzi provází od nepaměti. Současně s objevem železa a počátkem doby železné se lidstvo potýkalo také s výskytem rzi na nástrojích a domácích předmětech, které vytvořilo.

co je rez? V běžném životě se tímto slovem označují červené oxidy železa, které vznikají při jeho reakci s kyslíkem v přítomnosti vody nebo vlhkého vzduchu. Díky kyslíku, vodě a neomezenému času se jakékoli množství železa nakonec zcela zničí a změní se v rez. Fyzikálně se jedná o sypký prášek světle hnědé barvy.

Proces přeměny železa na rez se nazývá koroze – spontánní destrukce kovů a jejich slitin v důsledku chemické, elektrochemické nebo fyzikálně chemické interakce s prostředím. Ničení kovů a slitin z fyzikálních důvodů není koroze, ale je charakterizováno pojmy „oděr“ a „opotřebení“.

Z chemického hlediska je koroze kovů často procesem jejich oxidace a přeměny na oxidy. Koroze železa je také chemická koroze. Ve formě zjednodušených rovnic to lze popsat takto:

4Fe + 3O2 + 2H2O = 2Fe2O3⋅H2O nebo 4Fe + 3O2 + 6H2O = 4Fe(OH)3

Že. rez se skládá z hydratovaného oxidu železitého Fe2O3⋅H2O, hydroxidu železitého Fe(OH)3 a metahydroxidu železa FeO(OH).

Zajímavé je, že rez je obvykle nazýván produkty koroze železa a jeho slitin (jako je ocel), ačkoli ve skutečnosti koroduje i řada kovů.

Mnoho kovů (Cu, Ti, Zn, Cr, Al atd.) je však při korozi pokryto hustým, dobře přilnavým oxidovým filmem (pasivační vrstva). Nedovoluje vzdušnému kyslíku a vodě proniknout do hlubších vrstev kovu a tím jej chrání před další oxidací (korozí).

Vezměte si například hliník – chemicky je to velmi aktivní kov, který dobře reaguje s vodou za rychlého uvolňování plynného vodíku:

2Al + 3H2O = Al2O3+ 3H2 ↑

Ale díky stejně vysoké aktivitě čistý hliník také dobře reaguje se vzdušným kyslíkem. V důsledku této interakce je povrch kovu pokryt silným, hustým filmem oxidu Al2O3. Oxidový film chrání hliník před další interakcí s vodou a kyslíkem. Z tohoto důvodu voda ohřátá v hliníkovém hrnci, i když se vaří, nereaguje s kovem. (Taková jídla proto mohou sloužit po dlouhou dobu.)

Kupodivu, chemicky čisté železo je poměrně odolné vůči účinkům čisté vody a suchého kyslíku. Stejně jako hliník, oxidový povlak pevně spojený s kovovým povrchem chrání většinu železa před další oxidací.

Je však třeba poznamenat, že lidstvo při své činnosti prakticky nepoužívá chemicky čisté železo. V praxi naše civilizace používá ocel a litinu – slitiny železa s uhlíkem (a dalšími chemickými prvky) obsahující alespoň 45 % železa.

V reálném životě vzduch našich měst obsahuje oxidy síry, dusíku, uhlíku a řadu dalších; a ve vodě – rozpuštěné plyny a soli. Proces koroze kovu a jeho produkty proto často nevypadají tak jednoduše jako v učebnici chemie pro 9. ročník. Bronzové sochy se tak při korozi pokrývají vrstvou známé zelené patiny, která z chemického hlediska není hydroxid, ale zásaditý síran měďnatý (CuOH)2SO4.

Na rozdíl od oxidu hlinitého a patiny, která se objevuje na bronzovém (měděném) povrchu, nevytváří rez, která se tvoří na slitinách železa, žádnou ochranu pro základní kov.

Situaci s korozí železa zhoršuje obsah nekovových nečistot v jeho slitinách. Například přítomnost síry ve slitině pouze přispívá k rozvoji rzi. Obvykle je přítomen jako sulfid FeS, ale může být také ve formě jiných chemických sloučenin. Během procesu koroze se sulfid železa rozkládá a uvolňuje plynný sirovodík (H2S), který je sám o sobě dobrým katalyzátorem pro další korozi železa:

FeS + 2HCl = H2S ↑+ FeCl2

Překvapuje nás dobrá zachovalost (a tedy odolnost vůči korozi) řady železných předmětů, které se dochovaly od nepaměti až do současnosti. Jedním z důvodů je jejich nízký obsah síry. Síra obvykle přichází do slitin železa z uhelného koksu, když se železo taví z rudy ve vysoké peci. Ale v dávných dobách se k výrobě tohoto kovu nepoužíval kámen, ale dřevěné uhlí, prakticky bez síry.

Podle závažnosti poškození se rozlišuje kontinuální a lokální koroze kovů. Kupodivu nepřetržitá koroze nepředstavuje velké nebezpečí pro kovové konstrukce a sestavy. Předpokládá se, že je předvídatelný a jeho důsledky lze poměrně snadno modelovat. Při navrhování kovových konstrukcí provozovaných ve vodním prostředí nebo ve volné přírodě se proto v souladu s technicky správnými normami počítá i s budoucími ztrátami kovů korozí.

Přitěžující faktory

Místní koroze je však mnohem nebezpečnější, přestože ztráty kovu v důsledku ní mohou být docela malé. Jedním z nejnebezpečnějších typů lokální koroze je důlková koroze. Snížením pevnosti v určitých oblastech totiž výrazně snižuje celkovou spolehlivost konstrukcí, konstrukcí a celků. Jeho podstata spočívá ve vzniku průchozího poškození dílů – vzniku bodových dutin v nich, nazývaných pitting.

Rozvoj lokální koroze výrazně podporuje mořská voda a roztoky solí, zejména chloridy (zejména chlorid sodný – NaCl). V mnoha zemích se používá k tání sněhu a ledu a v zimě je rozhazuje po silnicích a chodnících. V přítomnosti NaCl se led a sníh mění ve vodu a dále se tvoří solné roztoky.

To nebere v úvahu, že soli (a zejména chloridy) jsou aktivátory koroze! Dobrou disociací ve vodě a interakcí s kyselinou sírovou vznikající v důsledku průmyslových emisí tvoří chloridy kyselinu chlorovodíkovou (HCl). Ale to samo o sobě je spouštěč koroze! (Vzpomeňte si na výše uvedenou reakci se sulfidem železa, který je součástí oceli.) Jaké další důkazy jsou potřeba k tomu, že zimní solná „kaše“ vede k urychlené destrukci kovových dílů, součástí a sestav vozidel?

Ekonomické ztráty korozí kovů

Ekonomické ztráty způsobené korozí kovů jsou obrovské. Moderní civilizace vynakládá značné materiální a finanční prostředky na boj s korozí potrubí, mostů a pobřežních konstrukcí, lodí, strojních součástí a také různých technologických zařízení.

Jak již bylo zmíněno, kvůli plánování případné koroze je nutné přeceňovat pevnost tak důležitých a zatěžovaných součástí a sestav, jako jsou parní kotle, reaktory, turbínové lopatky a rotory a podpěry offshore vrtných plošin. To automaticky zvyšuje spotřebu kovu na jejich výrobu, a proto vede k dalším ekonomickým nákladům.

Za dvě století hutního průmyslu se po celém světě vytavilo obrovské množství kovu. Ztráty v důsledku koroze přitom tvoří asi 30 % její roční celosvětové produkce! Navíc asi 10 % zkorodovaného kovu je nenávratně ztraceno ve formě rzi.

Podle některých odborníků se škody způsobené korozí kovů pro rozpočty průmyslových zemí pohybují od 2 do 4 % jejich hrubého národního produktu. Podle Národní asociace korozních inženýrů (NACE) tak ve Spojených státech ztráty způsobené korozí a náklady na její potírání dosahují 3,1 % HDP. Pro Německo to stojí 2,8 % HDP.

PS Zdá se, že problémy koroze automobilových karoserií, komponentů a sestav blednou ve srovnání s problematikou protikorozní ochrany tak grandiózních železných konstrukcí, jako jsou mosty a Eiffelova věž. Ale to je jen na první pohled. A když vezmeme v úvahu velikost globálního vozového parku? Podle Mezinárodní asociace výrobců automobilů (OICA) se tak v roce 2015 na celém světě používalo 947 milionů osobních automobilů a 335 milionů užitkových vozidel. Očekává se, že globální vozový park dosáhne do roku 2035 hranice 2 miliard.

Téměř 100 % vozidel je přitom dříve či později v té či oné míře postiženo korozí. Navíc musíme počítat s tím, že karoserie je nejdražší část vozu a karosářské práce (jak zámečnické práce, tak lakování) jsou značně materiálově náročné a velmi drahé.

Proto je problém hledání nových a zdokonalování starých metod ochrany proti korozi aktuální jak pro celý těžký průmysl obecně, tak pro automobilový průmysl zvlášť.

___________
KROWN – NEBUDE ZA NÁMI REZIVĚT
Automobilové centrum antikorozní ochrany