Czym jest korozja elektrochemiczna i jakie są jej przyczyny?

Korozja elektrochemiczna to zjawisko, które powszechnie występuje w naszym otoczeniu. Ten typ degradacji metali przynosi jednak największe straty gospodarcze, dlatego warto wiedzieć, jak można mu przeciwdziałać i jakie są jego przyczyny. Czym dokładnie jest korozja elektrochemiczna i co warto wiedzieć na jej temat? Podpowiadamy.

Czym jest korozja elektrochemiczna?

Korozja elektrochemiczna zaliczana jest do procesów samorzutnych. W jej przebiegu następuje niszczenie metalu lub jego stopu wskutek jego oddziaływania ze środowiskiem. Niszczenie metalu w wyniku tego zjawiska spowodowane jest procesami elektrochemicznymi, które zachodzą na granicach faz metal-elektrolit. Degradowany metal może mieć więc kontakt zarówno z powietrzem, wodą, jak i glebą. 

W każdym tym przypadku może dojść do korozji elektrochemicznej. Kiedy metal lub stop styka się z elektrolitem w środowisku wodnym na przykład z NaCl czy wilgotnymi i zanieczyszczonymi gazami takimi jak CO2, czy SO2 dochodzi do jego degradacji. W niektórych przypadkach do korozji elektrochemicznej może dojść również w wysokich temperaturach. Warto mieć świadomość, że korozja elektrochemiczna jest procesem nieodwracalnym.  

Korozja elektrochemiczna, bez wątpienia jest jednym z najczęściej występujących typów korozji. W jej przebiegu metale aktywne o ujemnym potencjale standardowym ulegają samorzutnemu roztworzeniu w środowisku zawierającym jony wodorowe. Reakcja ta przebiega zgodnie z następującym wzorem:

Me —-> Men+ +ne-

W wyniku powyższej reakcji na metalu powstaje potencjał elektryczny. Jony metalu przechodząc do roztworu, powodują powstawanie ujemnego ładunku na powierzchni metalu. Reagując z jonami wodnego roztworu, tworzą nierozpuszczalny osad. Korozja w ten sposób będzie więc biegła aż do wyczerpania jednego z reagentów.

Jakie są rodzaje korozji elektrochemicznej?

Korozja elektrochemiczna to proces, który zachodzi w roztworach elektrolitów. Wyróżniamy jednak kilka jej rodzajów. Wśród nich można wymienić:

• korozję ogólną – dochodzi do niej w sytuacji, kiedy powierzchnie pojedynczych mikroogniw wyróżniają się niezwykle małymi rozmiarami, a więc mikroskopowymi, a nawet mniejszymi. Co więcej, muszą być one rozmieszczone na powierzchni w sposób równomierny.
• korozję lokalną – ten typ wyróżnia się wtedy kiedy możemy rozróżnić oddzielne ogniwa korozyjne. Ten rodzaj korozji elektrochemicznej dzieli się na wżerową, międzykrystaliczną i naprężeniową.

Inny podział korozji elektrochemicznej obejmuje jej następujące typy:

• korozja atmosferyczna, którą powoduje najczęściej wilgotne powietrze,
• korozja wodna spowodowana przez oddziaływanie na metal wody słodkiej lub słonej, 
• korozja ziemna, do której dochodzi w wyniku styku metalu z glebą, zazwyczaj o kwaśnym odczynie.

Jakie są przyczyny korozji elektrochemicznej?

Najogólniej korozja elektrochemiczna to korozja w wilgotnych gazach i elektrolitach. Dlatego wśród przyczyn jej powstawania można wymienić: 

• zanieczyszczenie środowiska,
• ubytki w powłokach ochronnych metalowych elementów,
• niejednorodność materiałów korodujących (nieciągła struktura stopów i metali, krystaliczna lub ziarnista budowa, różnice w stężeniach składników w ziarnach, stałe wtrącenia, np. węgliki),
• obecność depolaryzatorów (jon lub atom zdolny przyłączać elektron),
• niejednorodność składu chemicznego i mikrostruktury w skali makroskopowej i mikroskopowej,
• uszkodzenia pasywnej warstwy tlenkowej, 
• obecność dużych wtrąceń niemetalicznych, 
• wydzielanie faz na granicy ziaren.

Sposoby ochrony przed korozją

Podatność metalu na korozję w pewnych warunkach można przewidzieć na podstawie wykresów Pourbaix. Niezależnie od tego, jaki wynik odczytamy na tym diagramie, powinniśmy stosować ochronę przeciwkorozyjną. Wśród najczęstszych technik ochrony przed korozją elektrochemiczną wymienia się:

• stosowanie inhibitorów anodowych, katodowych i organicznych katodowo-anodowych,
• stosowanie metali i stopów o wysokiej czystości metalurgicznej,
• stosowanie odpowiednich dodatków stopowych,
• właściwe projekty konstrukcji, zmniejszające niebezpieczeństwo wystąpienia ogniw galwanicznych, w tym stosowanie materiałów izolacyjnych, czy bardziej szlachetnych, szczególnie na złączach,
• minimalizacja naprężeń,
• stosowanie powłok ochronnych – do wyboru mamy powłoki metalowe, czyli izolujące i ekranujące oraz nieorganiczne, czyli chromianowe, tlenkowe, fosforanowe i emalie, a także organiczne, czyli farby, smary, oleje i polimery.
• stosowanie anod oraz płyt uziemiających

Istotnym elementem ochrony metali przed korozją jest także modyfikacja środowiska. Wśród działań, które w jej ramach możemy podjąć wymienia się:

• eliminację tlenu z wody, a więc na przykład nasycenie jej azotem,
• usunięcie z wody powietrza i cząstek stałych,
• osuszanie powietrza,
• usuwanie soli przy zastosowaniu wymieniaczy jonowych,
• zobojętnienie wody.

Jak rozpoznać korozję elektrochemiczną?

Korozja elektrochemiczna wygląda w taki sam sposób, jak inne typy korozji. Na elementach objętych tym procesem obecne są rdzawe, czerwone, czarne lub białe osady korozji. Powierzchnia metalu może być wytrawiona lub wyżłobiona. Metal pod skorodowanym obszarem jest nadal względnie zdrowy. Przykładem korozji elektrochemicznej jest korozja żelaza, zwana także rdzewieniem. Dochodzi do niej, gdy żelazo wchodzi w kontakt z powietrzem lub wodą.