6 vrsta korozije na metalnim materijalima

       Prisustvo slane morske vode je čest uzrok problema s metalnim materijalima od kojih su načinjeni strojevi u proizvodnim pogonima smještenim uz more. Najčešće se javljaju galvanska i pukotinska korozija te korozija koja odnosi materijal s površine, tu su još erozija, lom, kavitacija i ciklički zamor. Napredak u razvoju metalnih materijala predstavlja napredak primjene tehnologije koja teži poboljšanju performansi sustava, energetskoj učinkovitosti, sigurnosti i produljenom životnom vijeku strojeva. Metali su ostali primarni materijal za konstruiranje brojnih strojeva i opreme. Izbor materijala uključuje procjenu troška, težine, dostupnosti, produktivnosti, održavanja, životnog vijeka i izostanka kvarova. Kada je riječ o kvarovima, kreću se u rasponu od jednostavnih do katastrofalnih. Npr. često se događa potpuno puknuće metalnih komponenti zbog djelovanja prevelikog naprezanja, poput pucanja vijaka radi prevelikog momenta pritezanja ili opterećenja. Većina kvarova uzrokovana greškama u materijalu je puno suptilnija i propisuje se trošenju, raspadu, učestalom naprezanju (zamoru), puzanju, pukotinama, koroziji ili kombinaciji korozije i zamora. Zbog ovakvih događaja, kada otkaže jedan dio u kompleksnom sustavu određenog stroja, često nije moguće jednostavno odrediti uzrok kvara. Stoga se izbor i primjena materijala za konstruiranje strojeva određuje pomoću specifikacija i standarda koje propisuju zakonska regulativa i tehnička društva. Danas ćemo razmotriti 6 tipova korozije na metalnim materijalima koje uzrokuje prisustvo morske vode.

     Korozija uzrokovana morskom vodom je elektrokemijski napad metalnog materijala u prisutnosti elektrolita. Morska voda u obliku tekućine ili maglice je najčešći elektrolit koji uzrokuje probleme i komplikacije s korozijom. Razlog tome je velika kemijska aktivnost i velika vodljivost morske vode, u usporedbi s elektrolitima kao što je svježa voda, te veliki raspon utjecaja morske vode na karakteristike materijala. Drugi uzroci pojave elektrolita koji dovode do elektrokemijske korozije obično uključuju različite uvjete okoline i unutarnju strukturu kristalne rešetke materijala. Karakteristike i doseg djelovanja korozije metala nastale prilikom izlaganja metala morskoj vodi ovise o slitini i kemijskom sastavu te o postupku toplinske obrade. Jednako je važan i utjecaj okoliša poput količine zrake, duljine trajanja izloženosti morskoj vodi, naslaga nečistoće, kombinacije različitih metala, kavitacija, temperatura i nastanak pukotina.

Različiti tipovi korozije koji se mogu dogoditi zbog djelovanja morske vode su sljedeći:

     1. Opća korozija. Predstavlja ravnomjerno djelovanje korozije na metalnu površinu ili na površinu legure. Materijali poput legura bakra i različiti čelici općenito imaju ravnomjerno raspoređenu koroziju na vanjskoj površini. Ravnomjerna pojava opće korozije je suprotna elektrokemijskoj degradaciji materijala koju obilježava pojava korozije na lokaliziranim mjestima. Opća korozija se može spriječiti primjenom posebnih boja, metalnih premaza, katodnom zaštitom (trošenjem anode ili sustavom nametnute struje) te izborom otpornije vrste materijala.

     2. Galvanska korozija. Nastaje kada se 2 različita metala nađu u prisutnosti elektrolita poput morske voda, što je prikazano na slici 1. Struja će poteći kroz elektrolit od metala anode prema metalu katode. Obično se ubrzava korozija anode dok se korozija katode usporava. Galvanske serije su učinkovit način procjene tendencije nastanka galvanske korozije između 2 različita metala. Galvanska serija je niz potencijala u otvorenom krugu metala i legura uronjenih u elektrolit koji se mjere specifičnom referentnom elektrodom. Galvanska serija je postavljena u približnom poretku počevši s metalima koji se najviše ponašaju kao anode (magnezijeve legure, plemeniti metali) do metala koji se najviše ponašaju kao katode (grafiti i lijevano željezo koje sadrži grafit, neplemenit metali). Što su dva metala dalje u galvanskoj seriji, veći je potencijal nastanka galvanske korozije.

Slika 1. Nastanak galvanske korozije

     3. Korozija nastala odnošenjem metala s vanjske površine (pitting). Ova vrsta korozije je lokalnog karaktera i događa se uslijed razbijanja pasivne površine metala. Jednom kada se prekine pasivni sloj, stvara se mala ćelija elektrolita između male površine anode, gdje se dogodi prekid sloja, i velike površine preostalog pasivnog sloja. Pitting korozija je vrlo ozbiljan oblik propadanja materijala zato što je iznimno teško predvidjeti težinu utjecaja korozije. Faktori koji utječu na razbijanje pasivnog sloja uključuju razlike u količini kisika, temperaturi, pH vrijednosti, koncentraciji iona klora, brzini protoka te fizikalne i kemijske nehomogenosti pasivnog sloja.
Odnošenje metala s površine legura aluminija u morskoj vodi je često povezano s nastankom lokalnih ćelija elektrolita između anodne matrice aluminija i katodne legure od težih elemenata poput bakra, nikla i željeza. Zato su legure aluminija s manjim udjelom teških metala općenito najotpornije na pitting koroziju. Međutim, čak i ove legure mogu biti podložne ubrzanoj koroziji ako morska voda sadrži otopljene ione teških metala, npr. bakar iz zaštitne boje protiv naslaga kućištu. Nehrđajući čelik je često puno podložniji ovoj vrsti korozije od manje plemenitih kao što je ugljični čelik. To se događa jer je njegova otpornost na koroziju povezana sa zaštitnim filmom oksida, pa svako lokalno pucanje zaštitnog filma stvara anodno područje. Ako se zaštitni film ne može ponovo formirati, razlike potencijala između aktivnog i pasivnog područja uzrokuju ubrzano djelovanje korozije na području pukotine. Ioni klora u morskoj vodi posebno agresivno djeluju na ovaj materijal.

     4. Pukotinska korozija. Teži oblik lokalizirane korozije koji je rezultat koncentracije ćelija. Može biti zbog geometrije materijala (tj. nastale zavarivanjem ili na spoju) kada je metalni materijal u kontaktu s nemetalnim materijalom ili zbog naslaga nakupljenih na površini metala. Naslage mogu biti produkti korozije, pijeska ili nečistoće. Lokalna korozija događa se unutar ili izvan pukotine. Pukotinska korozija nekih metala kao što su austenitni nehrđajući čelici i legure na bazi nikla se događa unutar pukotine. Ioni klora u morskoj vodi mogu prodrijeti u zaštitni film oksida i stvoriti aktivnu površinu unutar područja pukotine koja ponovo nastoji postati pasivna rekombiniranjem kisika otopljenog u morskoj vodi. Kada nestane kisika u pukotini, više nije mogući popravak uljnog filma, pa nastaju galvanske ćelije između aktivne površine unutar pukotine i pasivne površine izvana.

     5. Erozijska korozija. Općeniti naziv korozije povezane s povećanim nagrizanjem površine materijala, što je rezultat abrazivnog djelovanja fluida koji teče. Lom materijala i kavitacija su oblici erozije uvjetovani brzinom gibanja radnog medija. Lom metala se događa na mjestima gdje postoji lokalni lom nastao gibanjem fluida preko čvrste površine metala. Kavitacijska oštećenja nastaju kada se mjehurići pare stvaraju i implodiraju u blizini površine metala. Kako se brzina protjecanja povećava, nestaju naslage na površini metala na neplemenitim metalima (kao što su austenitni nehrđajući čelici i mnoge legure nikla) pa se javlja pukotinska korozija koja se s vremenom povećava. Suprotno plemenitim metalima, zaštitne sposobnosti bakrenih legura nestaju kako se povećava brzina protjecanja, što dovodi do pojačanja korozije. Kad nastane legura bakra s elementima kao što je nikal ili aluminij, dramatično se povećava otpornost legure prema koroziji nastaloj djelovanjem brzine. Legure bakra se često koriste za kućišta, rotore i vijke gdje je debljina stijenke takva da se može tolerirati korozija u prihvatljivim granicama. U teškim uvjetima kada je tolerancija ograničena, potrebno je razmotriti upotrebu zaštitnih premaza, obloga, plemenitih metala i nemetalnih konstrukcijskih materijala te njihov trošak.

     6. Interganularna/međustrukturna korozija ili selektivna korozija. Javlja se u nekoliko oblika:
Grafitna korozija je uobičajena za sive željezne lijevove, ali ne za austenitna lijevana željeza s dodatkom nikla. Korodirano željezo odlazi s površine ostavljajući slobodan ugljik (grafit) koji daje ime sivom željeznom lijevu. Ostatak materijala zadržava originalni oblik strukture ali gubi mehaničku čvrstoću.
Uklanjanje čestica metala je još jedan proces selektivne korozije tipičan za mjedene materijale koji sadrže više od 15% cinka. Kod ovakvog tipa korozije da dolazi do otapanja čestica mjedi kada ioni cinka ostanu u otopini, dok se bakar nastavi taložiti. Rezultat je metalni komad koji zadržava svoj oblik i sastoji se od poroznih naslaga bakra bez unutarnje čvrstoće. Mjedeni metali i aluminijske mjedi su podložne uklanjanju čestica metala u morskoj vodi, osim ako se ne odrede razredi inhibicije gdje se metal inhibitor, poput arsena, antimona ili fosfora dodaje mjedi.
Gubitak čestica aluminija po selektivnim fazama je tip korozije  koji se događa nekim aluminijskim broncama, pogotovo lijevanim broncama, koje sadržavaju više od 8% aluminija.

Međustrukturna korozija austenitnih nehrđajućih čelika je još jedan tip selektivne korozije. Karbidi u čeliku koji su osjetljivi na ovakav oblik oštećenja nastaju na graničnim slojevima kristalnih zrna kada se čelik ponovno grije od 430°C do 870°C. Takve temperature se postižu u zonama zagrijavanja uz mjesta zavarivanja metala. Korozija se može dogoditi na granicama kristalnih zrna. Ovakav tip korozije se može izbjeći korištenjem legura s niskim udjelom karbida (maksimum 0,03%) te korištenjem stabilnih razreda metala (koji sadrže titanij ili kolumbij) ili vraćanjem očvršćenih karbida natrag u otopinu hlađenjem i ispiranjem iznad 900°C.
Ljuštenje (gubljenje čestica) je poseban oblik selektivne korozije koji se događa duž uske staze koja ide paralelno površini materijala. Općenito, korozija se događa na granicama zrna uzrokujući da produkti korozije odvode čestice dalje od površine i stvaraju izgled slojeva. Ako su produkti korozije većeg volumena, unutarnji tlak može uzrokovati pojavu mjehurića koji pucaju na vanjskoj površini.

*** S kojim vrstama korozije ste susreli? Podijelite svoja iskustva u komentarima!