עמידות בפני קורוזיה של מתכות

מהי עמידות בפני קורוזיה?

היכולת של מתכת לעמוד בפני קורוזיה נקראת עמידות בפני קורוזיה. יכולת זו נקבעת על פי קצב הקורוזיה בתנאים מסוימים. מאפיינים כמותיים ואיכותיים משמשים להערכת מידת הקורוזיה.

המאפיינים האיכותיים הם:

• שינוי המראה של משטח המתכת;

• שינוי במבנה המיקרו של המתכת.

המאפיינים הכמותיים הם:

• זמן לפני הופעת המוקד הראשון של קורוזיה;

• מספר מוקדי הקורוזיה שנוצרו במשך פרק זמן מסוים;

• דילול מתכת ליחידת זמן;

• שינוי במסת המתכת ליחידת שטח ליחידת זמן;

• נפח הגז שנספג או משתחרר במהלך קורוזיה ליחידת משטח ליחידת זמן;

• צפיפות זרם חשמלי עבור קצב קורוזיה נתון;

• שינוי בתכונה על פני תקופה של זמן (תכונות מכניות, רפלקטיביות, התנגדות חשמלית).

למתכות שונות יש עמידות שונה בפני קורוזיה.להגברת עמידות בפני קורוזיה, נעשה שימוש בשיטות מיוחדות: סגסוגת לפלדה, ציפוי כרום, אלומיניזציה, ציפוי ניקל, צביעה, ציפוי אבץ, פסיבציה וכו'.

ברזל ופלדה

בנוכחות חמצן ומים טהורים, ברזל משחית במהירות, התגובה ממשיכה לפי הנוסחה:

בתהליך של קורוזיה שכבה רופפת של חלודה מכסה את המתכת, ושכבה זו כלל לא מגינה עליה מפני הרס נוסף, הקורוזיה נמשכת עד להרס מוחלט של המתכת. הקורוזיה הפעילה יותר של ברזל נגרמת מתמיסות מלח: אם אפילו מעט אמוניום כלוריד (NH4Cl) נמצא באוויר, תהליך הקורוזיה יעבור הרבה יותר מהר. בתמיסה חלשה של חומצה הידרוכלורית (HCl), גם התגובה תתקדם באופן פעיל.

חומצה חנקתית (HNO3) בריכוז מעל 50% תוביל לפסיביות של המתכת - היא תכוסה בשכבת הגנה, אם כי שבירה. חומצה חנקתית מאדה בטוחה לברזל.

חומצה גופרתית (H2SO4) בריכוז מעל 70% מפסידה ברזל, ואם פלדה מסוג St3 מאוחסנת בחומצה גופרתית 90% בטמפרטורה של 40 מעלות צלזיוס, אז בתנאים אלה קצב הקורוזיה לא יעלה על 140 מיקרון בשנה. אם הטמפרטורה היא 90 מעלות צלזיוס, אז הקורוזיה תמשיך בקצב גבוה פי 10. חומצה גופרתית בריכוז ברזל של 50% תתמוסס.

חומצה זרחתית (H3PO4) לא תכלה ברזל, וגם לא ממיסים אורגניים נטול מים כמו תמיסות אלקליות, אמוניה מימית, Br2 יבש ו-Cl2.

אם תוסיף אלפית נתרן כרומט למים, זה יהפוך למעכבי קורוזיה מצוין של ברזל, כמו נתרן הקסמטפוספט. אבל יוני כלור (Cl-) מסירים את הסרט המגן מהברזל ומגבירים את הקורוזיה.הברזל טהור מבחינה טכנית, מכיל כ-0.16% זיהומים ועמיד מאוד בפני קורוזיה.

פלדות סגסוגת בינונית ונמוכה

תוספות סגסוגת של כרום, ניקל או נחושת בפלדות בעלות סגסוגת נמוכה ובינונית מגבירה את עמידותן בפני מים וקורוזיה אטמוספרית. ככל שיותר כרום, כך עמידות החמצון של הפלדה גבוהה יותר. אבל אם הכרום הוא פחות מ-12%, אז למדיה הפעילה מבחינה כימית תהיה השפעה הרסנית על פלדה כזו.

פלדות מסגסוגת גבוהה

בפלדות בעל סגסוגת גבוהה, רכיבי הסגסוג הם יותר מ-10%. אם הפלדה מכילה בין 12 ל-18% כרום, אז פלדה כזו תעמוד במגע עם כמעט כל אחת מהחומצות האורגניות, עם מזון, תהיה עמידה לחומצה חנקתית (HNO3), בסיסים, תמיסות מלח רבות. ב-25% חומצה פורמית (CH2O2) פלדה מסגסוגת גבוהה תאכל בקצב של כ-2 מ"מ בשנה. עם זאת, חומרים מפחיתים חזקים, חומצה הידרוכלורית, כלורידים והלוגנים יהרוס פלדה מסגסוגת גבוהה.

פלדות אל-חלד המכילות 8 עד 11% ניקל ו-17 עד 19% כרום עמידות יותר בפני קורוזיה מאשר פלדות גבוהות בכרום בלבד. פלדות כאלו עומדות בפני חומרי חמצון חומציים, כגון חומצה כרומית או חומצה חנקתית, וכן אלקליין חזק.

ניקל כתוסף יגביר את עמידות הפלדה בפני סביבות שאינן מחמצנות, בפני גורמים אטמוספריים. אבל הסביבה חומצית, מצמצמת וחומצת עם יוני הלוגן, - הם יהרסו את שכבת התחמוצת הפאסיבית, כתוצאה מכך, הפלדה תאבד את עמידותה לחומצות.

פלדות אל חלד בתוספת מוליבדן בכמות של 1 עד 4% בעלות עמידות בפני קורוזיה גבוהה יותר מאשר פלדות כרום ניקל.מוליבדן ייתן עמידות לחומצה גופרתית וגופרית, חומצות אורגניות, מי ים והלידים.

לפרוזיליקון (ברזל בתוספת של 13 עד 17% סיליקון), מה שנקרא יציקת ברזל-סיליקון, יש עמידות בפני קורוזיה בגלל נוכחות של סרט תחמוצת של SiO2 ואשר חומצות גופרתיות, חנקתיות או כרומיות אינן יכולות להרוס, הם רק מחזקים את הסרט המגן הזה. אבל חומצה הידרוכלורית (HCl) תכלה בקלות פרוסיליקון.

סגסוגות ניקל וניקל טהור

ניקל עמיד בפני גורמים רבים, הן אטמוספריים והן במעבדה, למים נקיים ומלוחים, למלחים אלקליים וניטרליים כגון קרבונטים, אצטט, כלורידים, חנקות וסולפטים. חומצות אורגניות לא מחומצנות ולא חמות לא יפגעו בניקל, כמו גם רותח אשלגן הידרוקסיד אלקליין מרוכז (KOH) בריכוז של עד 60%.

קורוזיה נגרמת על ידי אמצעי הפחתה וחמצון, חמצון מלחים אלקליים או חומציים, חומצות מחמצנות כגון חנקן, הלוגנים גזים לחים, תחמוצות חנקן וגופרית דו-חמצנית.

מתכת מונל (עד 67% ניקל ועד 38% נחושת) עמידה יותר לחומצות מניקל טהור, אך לא תעמוד בפני פעולתן של חומצות מחמצנות חזקות. זה שונה בעמידות גבוהה למדי לחומצות אורגניות, לכמות משמעותית של תמיסות מלח. קורוזיה אטמוספרית ומים אינה מאיימת על מתכת מונל; פלואוריד בטוח גם עבורו. מתכת מונל תעמוד בבטחה ב-40% מימן פלואוריד רותח (HF) כמו פלטינה.

סגסוגות אלומיניום ואלומיניום טהור

סרט התחמוצת המגן של האלומיניום הופך אותו לעמיד בפני חומרי חמצון נפוצים, חומצה אצטית, פלואור, האטמוספירה בלבד וכמות משמעותית של נוזלים אורגניים.אלומיניום טהור מבחינה טכנית, שהזיהומים בו הם פחות מ-0.5%, עמיד מאוד בפני פעולת מי חמצן (H2O2).

הוא נהרס על ידי פעולה של בסיסים קאוסטיים בסביבה מפחיתה מאוד. חומצה גופרתית מדוללת ואוליאום לא נוראים עבור אלומיניום, אבל חומצה גופרתית בעוצמה בינונית תהרוס אותו, וכך גם חומצה חנקתית חמה.

חומצה הידרוכלורית יכולה להרוס את סרט התחמוצת המגן של האלומיניום. מגע של אלומיניום עם כספית או מלחי כספית הרסני עבור הראשונים.

אלומיניום טהור עמיד יותר בפני קורוזיה מאשר, למשל, סגסוגת דוראלומין (בה עד 5.5% נחושת, 0.5% מגנזיום ועד 1% מנגן), שעמידה פחות בפני קורוזיה. סילומיניום (הוספת 11 עד 14% סיליקון) יציב יותר בהקשר זה.

סגסוגות נחושת ונחושת טהורה

נחושת טהורה וסגסוגותיה אינן מתכלות במי מלח או באוויר. נחושת לא מפחדת מקורוזיה: בסיסים מדוללים, NH3 יבש, מלחים ניטרליים, גזים יבשים ורוב הממיסים האורגניים.

סגסוגות כגון ברונזה, המכילות הרבה נחושת, עומדות בפני חשיפה לחומצות, אפילו חומצה גופרתית מרוכזת קרה או חמה, או חומצה הידרוכלורית מרוכזת או מדוללת בטמפרטורת החדר (25 מעלות צלזיוס).

בהיעדר חמצן, נחושת אינה נלחצת במגע עם חומצות אורגניות. לא פלואור ולא מימן פלואוריד יבש יש השפעה הרסנית על נחושת.

אבל סגסוגות נחושת ונחושת טהורה נשחקות על ידי חומצות שונות אם קיים חמצן, כמו גם במגע עם NH3 רטוב, כמה מלחי חומצה, גזים רטובים כמו אצטילן, CO2, Cl2, SO2. נחושת מקיימת אינטראקציה קלה עם כספית פליז (אבץ ונחושת) אינו עמיד במיוחד בפני קורוזיה.

בדוק פרטים נוספים כאן - נחושת ואלומיניום בהנדסת חשמל

אבץ טהור

מים נקיים, כמו אוויר נקי, אינם מאכלים אבץ. אבל אם יש מלחים, פחמן דו חמצני או אמוניה במים או באוויר, אז תתחיל קורוזיה של אבץ. אבץ מתמוסס בבסיסים, במיוחד מהר - בחומצה חנקתית (HNO3), לאט יותר - בחומצות הידרוכלוריות וגופרית.

לממסים אורגניים ולמוצרי נפט אין בדרך כלל השפעה קורוזיבית על האבץ, אך אם המגע ממושך, למשל עם בנזין סדוק, החומציות של הבנזין תגדל ככל שהוא מתחמצן באוויר ותתחיל קורוזיה של האבץ.

עופרת טהורה

העמידות הגבוהה של עופרת למים ולקורוזיה אטמוספרית היא עובדה ידועה. זה לא משחית אני מוביל ומתי באדמה. אבל אם המים מכילים הרבה פחמן דו חמצני, אז העופרת תתמוסס בו, כיוון שנוצר ביקרבונט עופרת, שכבר יהיה מסיס.

באופן כללי, עופרת עמידה מאוד לתמיסות ניטרליות, עמידה במידה בינונית לתמיסות אלקליות, כמו גם לחומצות מסוימות: גופרית, זרחנית, כרומית וגופרית. עם חומצה גופרתית מרוכזת (מ-98%) בטמפרטורה של 25 מעלות צלזיוס, עופרת יכולה להתמוסס לאט.

מימן פלואוריד בריכוז של 48% ימיס עופרת בחימום. עופרת מגיבה בעוצמה עם חומצות הידרוכלוריות וחנקתיות, עם חומצה פורמית ואצטית. חומצה גופרתית תכסה את העופרת בשכבה מעט מסיסה של עופרת כלוריד (PbCl2) ופירוק נוסף לא ימשיך. בחומצה חנקתית מרוכזת, העופרת תהיה מצופה גם בשכבת מלח, אך חומצה חנקתית מדוללת תמיס את העופרת. כלורידים, קרבונטים וסולפטים אינם אגרסיביים כלפי עופרת, בעוד שתמיסות חנקה הן ההיפך.

טיטניום טהור

עמידות טובה בפני קורוזיה היא סימן היכר של טיטניום.הוא אינו מחומצן על ידי מחמצנים חזקים, עמיד בתמיסות מלח, FeCl3 וכו'. חומצות מינרליות מרוכזות יגרמו לקורוזיה, אך גם רותחת חומצה חנקתית בריכוז של פחות מ-65%, חומצה גופרתית - עד 5%, חומצה הידרוכלורית - עד 5% - לא תגרום לקורוזיה של טיטניום. עמידות בפני קורוזיה רגילה לבסיסים, מלחים אלקליים וחומצות אורגניות מבדילה בין טיטניום ממתכות אחרות.

זירקוניום טהור

זירקוניום עמיד יותר לחומצה גופריתית וחומצה הידרוכלורית מאשר טיטניום, אך פחות עמיד בפני אקוורגיה וכלור רטוב. יש לו עמידות כימית גבוהה לרוב הבסיסים והחומצות, עמיד בפני מי חמצן (H2O2).

הפעולה של כלורידים מסוימים, חומצה הידרוכלורית רותחת, אקווה רג'יה (תערובת של HNO3 חנקתי מרוכז (65-68 משקל%) ו-HCl מלוח (32-35 משקל%), חומצה גופרתית מרוכזת חמה וחומצה חנקתית מבעבעת. לגבי קורוזיה, זוהי תכונה כזו של זירקוניום כמו הידרופוביות, כלומר, מתכת זו אינה נרטבת לא על ידי מים או תמיסות מימיות.

טנטלום טהור

העמידות הכימית המעולה של הטנטלום דומה לזכוכית. סרט התחמוצת הצפוף שלו מגן על המתכת בטמפרטורות של עד 150 מעלות צלזיוס מפני פעולת כלור, ברום, יוד. רוב החומצות בתנאים רגילים אינן פועלות על טנטלום, אפילו אקוורגיה וחומצה חנקתית מרוכזת לא גורמות לקורוזיה. לתמיסות אלקליות אין כמעט השפעה על טנטלום, אך מימן פלואוריד פועל עליו, ומשתמשים בתמיסות אלקליות חמות מרוכזות, נמסים אלקליים משמשים להמסת טנטלום.