Hogyan védekezzünk a rozsda ellen?

Hogyan védekezzünk
a rozsda ellen?

Definíció szerint a korrózió fémeknek és ötvözeteiknek elektrokémiai folyamat révén bekövetkező pusztulása, melynek során a fém egy nem fémes elemmel vegyületet alkot. A latin eredetű corrosus szó jelentése – kiharapott, falatonként megevett – jól kifejezi a korrózió pusztító jelenségét. Normál körülmények között fémes és nemfémes elem reakciója csak akkor megy végbe, ha a nemfémes elem vizes oldatban van.

Száraz közegben a vas nem rozsdásodik. Az egyiptomi piramisok belsejében a száraz sivatagi klímának köszönhetően maradhattak fenn a több ezer éves, vasból készült használati tárgyak.

A rozsdásodás folyamata – egy kis elektrokémia

Ha egy fémdarabot oldatba merítünk, akkor a felületéről pozitív töltésű fém ionok vándorolnak az oldatba, és a vegyértéküknek megfelelő számú elek- tront hagynak hátra a fémben. Ezáltal a fém negatív töltésű lesz. Ezzel egyidejűleg egy ellentétes folyamat is zajlik. A már az oldatban lévő fémionok igyekeznek kiválni a fém felületén, annál inkább, minél több van belőlük az oldatban. A két folyamat egy idő után egyensúlyba kerül. Ezt az állapotot nevezik elektrokémiai normál potenciálnak.
A potenciált önmagában nem lehet mérni, csak a potenciál különbséget, ezért született az a megállapodás, hogy a hidrogén elektród potenciálját nullának tekintik, és a többi fém potenciálját ehhez viszonyítják.
A fémek egy része több iont küld az oldatba, mint a hidrogén. Ilyen a vas, a cink, az ólom. A fémek másik része kevésbé hajlamos az oldódásra, mint az ezüst, az arany és a platina.

A galvánelem és a korrózió

Amikor a különböző potenciálú fémek közös oldatba kerülnek, úgy, hogy köztük az oldaton kívül elektromos összeköttetés van, az oldódás folyamata drámai sebességgel zajlik le. Ha cink és réz rudat merítünk ugyanabba az elektrolitba, akkor a kevésbé nemes cink több iont küld az oldatba, mint a réz, ezáltal több elektron marad a cinkben, amitől erősebb negatív töltése lesz, mint a réznek. Ha a réz és a cink rudat az elektroliton kívül elektromos vezetővel összekötjük, akkor az elektronok a kevésbé negatív réz felé fognak áramolni. Ezzel a cink veszít töltéséből, és még több pozitív cinkiont küld az oldatba, valamint elektronokat a réz felé.
Miközben a külső vezetőben villamos áram folyik, az amúgy is gyorsabban oldódó cink oldódása felgyorsul, ezzel párhuzamosan a rézé lassul. Ez a galvánelem működésének elve.

A helyi elemek

A fentebb leírthoz hasonló galvánelemek sajnos nem csak a laboratóriumban léteznek, hanem spontán is kialakulnak a fémszerkezetekben. A következmény: az instabilabb fém korróziója felgyorsul.
Különböző fémek érintkezésénél, mindig számolni kell helyi elem kialakulásának veszélyével. De a heterogén szerkezetű ötvözetek felülete is helyi elemek láncolata, mert az ötvözet különböző mértékben dúsulásos részeinek potenciálja különböző lesz.
Helyi elem alakul ki akkor is, ha a fémmel érintkező elektrolit koncentrációjában van eltérés. Például vízbe merülő fémtárgyak esetén a vízfelszínhez közelebb több az oldott oxigén, mint a mélyebb rétegekben.

A korrózió által okozott kár

Sajnos az emberiség által használt legtöbb fém nincs stabilis egyensúlyi állapotban, ha az atmoszférával és vízzel érintkezik. A fém oxidjainak, hidroxidjainak képződése stabilabb állapotot teremt. A kohászat a fémet vegyületeiből, energia befektetésével állítja elő, a természet pedig a korrózió révén ezt a munkát teszi semmissé. A fém energia leadása mellett igyekszik visszaalakulni olyan vegyületté, amiből előállították. A korrózió tulajdonképpen a kohászat fordított folyamata. A korrózió által okozott kár természetesen sokkal nagyobb, mint az így elveszített fém értéke, hiszen a korrodálódó fém mindig valamilyen építmény vagy gép anyagaként pusztul el.
A korróziót teljesen megállítani nem tudjuk, de a folyamatot lassíthatjuk.
Bizonyos fémek, mint például az alumínium vagy az ólom, nagyon gyorsan oxidálódnak, de a képződő oxidjuk jól megtapad a fém felszínén és egybefüggő bevonatot, úgynevezett passzív réteget képez. Ez a réteg megmenti a belső fémes részeket a további korróziótól, egészen addig, amíg ez a passzív réteg nem sérül, vagy nem oldódik fel savban, vagy lúgban.
Sajnos a leggyakrabban használt fém, a vas korróziója során keletkező vasoxid tulajdonságai nem ilyenek. A vasoxid (rozsda) lemezes szerkezetű, könnyen porlik és nem tapad meg a fém felszínén. Ezért a vastárgyak egy idő után teljes keresztmetszetükben az enyészeté lesznek, ha nem védekezünk a rozsdásodás ellen.
A korrózió Magyarországon a becslések szerint évente 50Mrd. forint kárt okoz.

A korrózió ellen védekezni kell!

Erre a következő lehetőségek adottak:

– A korróziót okozó közeg kezelésével
– Elektrokémiai módszerekkel
– Védőbevonatokkal
– A korróziónak ellenálló ötvözetek alkalmazásával

A korróziót okozó közeg kezelése

Arra, hogy az oxigént és a vizet eltávolítsuk a fémek környezetéből, nem sok esélyünk van, hiszen ezek nélkül mi sem élhetünk. De csökkenthetjük a légkörbe jutó ártalmas gázok (SO2, CO2, Cl2) mennyiségét, amik a vízzel savakat képeznek, és ezzel felgyorsítják a fémek korrózióját. Ha ezen gázok kibocsátását csökkentjük, akkor jót teszünk magunknak és fémtárgyainknak is.

A közeg kezelésének inkább csak zárt rendszerek, általában hűtő, vagy fűtő rendszerek esetében van jelentősége. Ha a rendszerben keringő folyadékot lúgosítjuk, csökkentjük a belső korróziót.
Hatásos módszer a vízben lévő oldott oxigén kivonása is. Ehhez a vizet az oxigént redukáló anyagon, például vasforgácson vezetik át. Ilyenkor az értéktelen és nagy felületű vasforgács, miközben maga rozsdásodik, kivonja a vízből az oldott oxigént.

Az elektrokémiai módszer, vagy más néven katódos védelem

Ha a megvédendő fémtárgyat katóddá tesszük, a korrózió jelentősen lelassítható. Ezt megtehetjük úgy, hogy katódként egy áramkörbe kapcsoljuk, vagy egy nála kevésbé nemes fémmel összekapcsoljuk.
Ezt legtöbbször a föld alatt lévő vas csővezetékek védelmére alkalmazzák. A vas vezetéket elektromosan összekötik a föld alá süllyesztett magnézium tömbökkel. A kialakuló galvánelem magnézium anódja lassan feloldódik, miközben a vasat megvédi a rozsdásodástól. Egy 10kg-os magnézium tömb kb. 40-50 év alatt használódik el a föld alatt.

A védőbevonatok

A védőbevonatok feladata, hogy a nedvességet és az oxigént távol tartsa a fém felületétől.
Bevonni csak fémtiszta felületeket szabad. Szennyezett felület esetén a korrózió a bevonat alatt folytatódhat. A vas korróziója során keletkező vas oxid térfogata nagyobb, mint a vasé, így, ha a bevonat nem elég rugalmas, megrepeszti annak felületét. Ezt nevezik rozsdarobbanásnak.

Védőbevonat készülhet nem fémes anyagokból. Ilyenek a festékek, zománcok, lakkok, műanyagok. De időleges védelmet nyújtanak a vizet taszító zsírok és olajok is. A nem fémes bevonatok közös jellemzője, hogy a fém tárgyat villamosan szigetelik.

A védőbevonatok másik fajtája, amikor a vasat egy a korróziónak jobban ellenálló fémmel vonják be. Védőbevonatként felhasználható fémek a cink, az ón, a nikkel, a króm, a kadmium, az alumínium, az ezüst, az arany, a platina, vagy a titán. Olcsósága miatt leggyakrabban a cinket használják. Ezt nevezzük horganyzásnak.

Tűzi eljárás

A bevonat készülhet tűzi eljárással, amikor a bevonandó fémet a bevonó anyag olvadékába merítik. A mártás idejével jól szabályozható a bevonat vastagsága.
A bevonat készülhet úgy is, hogy a megolvasztott bevonófémet, sűrített levegő segítségével a munkadarabra porlasztják.
Egészen apró munkadarabok esetén, ahol nagyon vékony bevonat kialakítása szükséges, vakuumban, elektromos ívkisüléssel, vagy lézerrel párologtatják el a fémet, ami a hideg munkadarabon kondenzálódik. Ezzel az eljárással magas olvadáspontú fémekből is készíthető bevonat.

Galvanizálás

A bevonandó tárgyat a bevonó fém ionjait tartalmazó fürdőbe merítik, és az egyenáramú áramkör katódjaként kötik
be. Az elektrolitból, az elektrokémiai redukció folytán, fémbevonat válik ki a katódon, vagyis a védendő tárgyon.
Ahol a korrózióállóság mellett nagy kopásállóságra, keménységre van szükség, ott nikkelt vagy krómot használnak védőbevonatként. Mindkét fém fényes felületet eredményez, ezért díszítésként is használatos.

Plattírozás

Lemezek korrózió védelmére használják. A védendő fémet megtisztítják, érdesítik, és hidegen hengerelik rá a védő fémréteget. A módszert leginkább a re-
pülőgépgyártásban használják, mert a nagy szilárdságú alumínium-ötvözetek nem korrózióállóak.

Többrétegű felületvédelem

Extrém körülmények között használt berendezéseknél a fémes védőrétegre többnyire még egy nem fémes, erre a célra fejlesztett polimer* bevonatot is felvisznek. A bevonatok kombinálásával a korróziónak szélsőséges körülmények között is ellenálló munkadarabokat tudnak létrehozni. Ilyen többrétegű felületvédelem például a Delta Magni, Delta Tone fantázianévvel ellátott fe- lületképzési eljárás.

A korróziónak ellenálló ötvözetekről következő számunkban olvashat.

K.J.

*polimer: ismétlődő egységekből felépülő óriásmolekula

Mennyire volt hasznos a cikk?

Kattintson a csillagra az értékeléshez!

Átlagos értékelés / 5. Értékelések száma: