Korozija i zaštita materijala 2 sata predavanja + 1 sat vježbi

1. Korozija i zaštita materijala2 sata predavanja + 1 sat vježbi Doc. dr. sc. Gorana Jelić Mrčelić

2. VAŽNO!!! Uvjeti za dobivanje potpisa • prisustvovanje na minimum: • 12 predavanja za redovite studente; • 50% predavanja za izvanredne studente.

3. Upute za polaganje ispita • završni pismeni ispit (20 pitanja) na kraju semestra; • za prolaz je potrebno riješiti minimalno 50% ispita, • ocjene testa su relativne (usporedbom testova svih studenata koji su pristupili ispitu na osnovu Pravilnika o studijima i sustavu studiranja na Sveučilištu u Splitu). VAŽNO!!! Studenti se završnog ispita mogu osloboditi ako polože: • polože 12 mini pismena kolokvija (po 3 pitanja) za dovoljan, • odnosno dva pismena kolokvija (po 10 pitanja 7 i 14 tjedan nastave - 50% riješeno za dovoljan)

4. Osnovna literatura Jelić Mrčelić G. 2012. Korozija i zaštita materijala okoliša. Digitalni udžbenik, Pomorski fakultet, Split

5. Sadržaj: Degradacija materijala Definicija korozije Korozijski troškovi Klasifikacija korozijski procesa

6. Dopunska literatura • http://www.corrosion-project.info/predavanja • www.fsb.hr/korozija • Pomenić, L.: Zaštita materijala, Tehnički fakultet Sveučilišta u Rijeci • Skarpa, I. 1966. Osnove zaštite metala i metalnih izrađevina od korozije. Školska knjiga, Zagreb • Esih, I., Dugi, Z. 1990. Tehnologija zaštite od korozije. Školska knjiga, Zagreb • Laque, F. L., Copson, H. R. 1963. Otpornost metala i legura na koroziju, Naučna knjiga, Beograd • Shweitzer, A. P. 1987. What every engineer should know about corrosion. Marcel Dekker Inc., New York and Basel

7. Degradacija svojstva materijala Predavanje 1

8. Degradacija svojstva materijala • pod degradacijom podrazumijevamo fizikalni i kemijski procesi koji djeluju dugotrajno • ni jedan materijal nije potpuno inertan – npr. polimeri su osjetljivi na djelovanje organskih otapala, sve vrste materijala (metali, keramike i stakla, polimeri i složeni materijali) mogu biti oštećene zračenjem • negativne posljedice ovih degradacijskih procesa mogu dovesti do katastrofalnih događaja - ljudske žrtve, materijalna šteta i zagađenje okoliša • zaštita materijala nameće se kao skupo, ali neizbježno rješenje

9. Degradaciju svojstava materijala uzrokuju okolišni utjecaji, pa razlikujemo: • mehaničko trošenje, • degradaciju kao posljedicu zračenja, • kemijsku degradaciju, • elektrokemijsku degradaciju, itd.

10. 1.Mehanička degradacija Trošenje je progresivni gubitak materijala s radnih površina tijela, uslijed dinamičkog kontakta s drugim tijelom ili fluidom. To je u osnovi fizikalni, a ne kemijski proces. Postoje razni oblici trošenja kao posljedica raznovrsnosti uvjeta kontakata (stanje površine, način i brzina relativnog gibanja, temperatura...) tako da otpornost trošenju ne predstavlja jedinstveno svojstvo već naziv za grupu svojstava. Tribosustavi su sustavi u kojima se pojavljuju procesi trošenja, a to su svi sustavi kod kojih postoji relativno gibanje između pojedinih dijelova. Tribologijaje interdisciplinarna znanost o trenju i trošenju.

11. Postoje četiri osnovna mehanizma trošenja: • abrazija, • adhezija, • erozija, • kavitacija, • umor površine , • tribokorozija.

12. Adhezivno trošenje(lat. adherere - držati se čega, prianjati) nastaje kad dvije glatke površine klize jedna preko druge, a čestice jedne (mekše) površine se odvajaju i prianjaju uz drugu (tvrđu) površinu. Abrazivno trošenje (lat. abradere ostrugati, ostrići) nastaje kad hrapava površina tvrđeg materijala kliže po površini mekšeg materijala. Stvaraju se pritom brazde na površini i odvojene čestice mekšeg materijala. Erozija (lat. erodere izjesti, izglodati, izlokati) nastaje mlazom oštrih čestica - verzija abrazivnog trošenja. Kavitacija(lat. cavus šupalj, prazan) uključuje oštećenje površine materijala, uronjenog u tekućinu, zbog udara mjehurića isparene tekućine u površinu .

13. Trošenje zbog zamora površine nastaje pri ponavljajućem klizanju ili kotrljanju po istom tragu površina dvaju materijala. Površinske ili unutarnje pukotine materijala uzrokuju odvajanje dijelova površine. Tribokorozija nastaje pri klizanju dviju površina u korozivnom okolišu, pa se trošenju pridodaje i kemijska degradacija svojstava materijala. .

14. Mnogi nemetali su otporniji prema trošenju od metala. Keramike velike tvrdoće, primjerice aluminijev oksid Al2O3, djelomično stabilizirani cirkonijev oksid ZrO2 i volframov karbid WC imaju izvrsnu otpornost prema trošenju. Polimeri i kompozitni materijali s polimernom matricom često zamjenjuju metale na kliznim površinama. Teflon sam ili ojačan vlaknima, je primjer samopodmazujućeg polimera koji je vrlo otporan prema trošenju.

15. 2. Oštećenje materijala zračenjem

16. Materijale mogu oštetiti elektromagnetski valovi s valnim duljinama kraćim od vidljive svjetlosti. Zračenje može znatno utjecati na mehanička, električna i magnetska svojstva materijala. Oštećenje određenog materijala ovisi o vrsti zračenja - zračenje izaziva pomak atoma pa su nužne energije veće od energije vezanja atoma. Polimeri su posebno osjetljivi na ultraljubičasto zračenje - fotoni imaju dostatnu energiju za prekid C-C veze u mnogim linijski ulančanim polimerima - čađa za zaštitu od ultraljubičastog zračenja.

17. 3. Kemijska degradacija Oksidacijaje najčešći oblik kemijske degradacije (kemijska korozija). To je reakcija između tvari i kisika iz atmosfere ili općenito reakcija davanja elektrona. Za neke metale sloj oksida pruža zaštitu od daljnjeg okolišnog utjecaja; kod ostalih metala oksidna prevlaka puca i ljušti se pa nije zaštitna (kemijska korozija). Slične posljedice može izazvati kemijska reakcija metala s dušikom ili sumporom iz atmosfere.

18. U određenim uvjetima keramike i polimeri sudjeluju u kemijskim reakcijama s okolišem: • kemijska reakcija silikata s vodom dovodi do pojave statičkog zamora materijala, • kemijska reakcija najlona s atmosferskom vlagom, • polimeri sudjeluju u kemijskim reakcijama s različitim organskim otapalima.

19. 4. Elektrokemijska degradacija Obuhvaća različite elektrokemijske procese u u vodenom okolišu (elektrolitu) – elektrokemijska korozija. Galvanska korozija nastaje kada metal u dodiru s plemenitijim metalom u vodenom okolišu (otopini) gubi elektrone (anoda), postaje ion metala i prelazi u otopinu (korodira). U odsutnosti galvanskog para ili razlike u koncentraciji iona jednog metala u vodenom okolišu korozija može nastati redukcijom plina (ispod prevlake ili površinskog onečišćenja). Koroziju može ubrzati postojanje izvana narinutog ili unutarnjeg mikrostrukturnog naprezanja u materijalu.

20. Općenito o koroziji

21. Definicija i troškovi korozije Korozija (lat. corrodere = nagristi) je nenamjerno trošenje konstrukcijskih materijala pod kemijskim, mehaničkim i biološkim djelovanjem okoliša. Korozija je danas jedan od važnih čimbenika svjetske krize materijala i energije i uzrok je znatnih gubitaka u gospodarstvu svake zemlje. Studije u SAD-u, Japanu i državama Europske unije pokazuju da je korozija jedan od najvećih uništivača ljudskih dobara. Godišnji troškovi korozije iznose i do 4.5% bruto društvenog proizvoda razvijenih zemalja.

22. Prema istraživanjima 2003. godine u SAD-u direktni troškovi korozije iznose:

23. Ovi podaci nisu cjeloviti budući da njima nisu obuhvaćene sekundarne štete nastale od korozije, npr. nesreće, ugroženost zdravlja ljudi, gubici u proizvodnji, teške ekološke katastrofe, propadanje spomeničke baštine i dr.

24. Direktni troškovi izazvani korozijom • zamjena korodirane opreme (gubitak materijala i energije) • održavanje i provođenje zaštite (trošak zaštitnog materijala i ljudskog rada) Indirektni troškovi izazvani korozijom • zaustavljanje proizvodnje/pogona (izgubljena dobit) • gubitak proizvoda (curenje iz tankova i cjevovoda) • smanjenje stupnja iskoristivosti - efikasnosti • onečišćenje/kontaminacija proizvoda i okoliša

27. Ciljevi studije korozijskih troškova • odrediti troškove korozije za određene industrijske sektore, • odrediti troškove metoda zaštite od korozije i s njima povezanih djelatnosti, • ekstrapolirati troškove određenih sektora na ukupan nacionalni trošak uzrokovan korozijom, • ocijeniti koje su prepreke uspješnoj borbi protiv korozije, • razvoj strategija za ostvarenje uštede.

28. Troškovi korozije prema industrijskim sektorima

29. Troškovi korozije u odnosu na ostale troškove

30. Troškovi korozije prema metodama zaštite Zaštitni premazi 108.6 milijardi $ Korozijski otporne legure 7.7 milijardi $ Plastika i polimeri 1.8 milijardi $ Korozijski inhibitori 1.1 milijardi $ Katodna i anodna zaštita 1.0 milijardi $ Troškovi usluga 1.2 milijardi $ TOTAL: 121.4milijardi $

31. Zaključci studije korozijskih troškova Tehničke preventivne strategije • Unapređivanje projektnih rješenja kako bi uzela u obzir koroziju • Napredak u metodama predviđanja trajnosti i uporabnih svojstava • Napredak u korozijskoj tehnologiji kroz istraživanja, razvoj i primjenu Ne-tehničke preventivne strategije • Povećanje opće svijesti o velikim korozijskim troškovima i mogućoj uštedi • Promjena shvaćanja da se ništa ne može učiniti u vezi s korozijom • Promjena zakona, propisa, normi i postupaka u praksi kako bi se povećala ušteda • Poboljšanje naobrazbe osoblja vezano uz probleme korozije

32. Glavni uzročnici korozijskog procesa na brodovima su: • atmosferski uzročnici poput vlage, snijega, magle...; • ispušni plinovi i čestice iz motora koje sadrže kemijske aktivne tvari poput olovnih halogenida, ugljične kiseline, sulfitne kiseline i sl.; • nedovoljna i nepropisna zaštita premazima; • nepravilno spajanje različitih metala zbog čega se uspostavlja galvanski elementi; • nepropisna termička obrada aluminijevih legura; • nedovoljno i nepropisno čišćenje metalnih dijelova; • primjena vode za pranje koja sadrži nedozvoljenu količinu klorida; • otpaci hrane, razni voćni sokovi i druge tekućine koje potječu od posade i putnika.

36. Pitanja za ponavljanje • Koje vrste degradacije svojstava materijala poznajete? • Što je kemijska degradacija materijala? Elektrokemijska? Mehanička? Degradacija uslijed zračenja? • Koji su osnovni mehanizmi trošenja materijala? Što je abrazija? Adhezijijsko trošenje? Trošenje zbog zamora površine? Tribokorozija? Erozija? Kavitacija? • Što je korozija? • Koje vrste troškova vezanih uz koroziju poznajete? • Što su studije korozijskih troškova?