Grundläggande korrosionsteori Flashcards
Förzinkning (230114) (3p)
Förzinkning kan göras på två olika sätt, beskriv kort de två metoderna och redogör för i vilka situationer respektive metod används som korrosionsskydd och vad det kan finnas för problem och risker med varje metod.
- Elförzinkning görs genom att detaljen doppas i en sur lösning med Zn 2+ -joner och kopplas till en låg potential så att katodreaktionen Zn2+ + 2e- -> Zn ger en utfällning av Zn på detaljens yta. Skiktet är relativt tunt men ger ett rimligt skydd inomhus eller om det kombineras med färgskikt. Den låga potentialen ger en risk för väteförsprödning och potentialfältet kan ge skikt med ojämn tjocklek.
- Varmförzinkning görs genom att en komponent doppas i en smält Zn-legering som får stelna på dess yta. Om smältan har fel sammansättning kan det bildas spröda FeZn-faser som gör att
skiktet flagnar. Ett flussmedel gör att alla oxider löses upp så man får en direkt metallisk bindning Fe-Zn. Skiktet blir flera tiotals mikrometer tjockt, men den höga temperaturen gör att komponenten kan slå sig eller mjukna.
Gränsströmtäthet (240113) (2p)
Förklara vad som menas med gränsströmtäthet och beskriv en situation när den har betydelse för angreppet. Vad kan påverka hur stor den är för en viss metall?
Gränsströmtätheten är hur snabbt angreppet är i en situation där det begränsas av katodreaktionen och transporten av reduktionsmedel (oftast O2) till ytan. Att tillföra reduktionsmedel till en elektrolyt under omrörning ökar hastigheten.
Useende hos korrosionsangrepp (240113) (6p)
Beskriv hur man kan känna igen fyra olika sorters korrosionsangrepp, och
förklara varför det man ser måste vara just den korrosionstypen.
- Strömningskorrosion: korrosionsprodukterna spolas bort och metallen kan se ut som det har bildats ett vågmönster av gropar i rörkrökar och liknande.
- Spaltkorrosion: ett angrepp har bildats lokalt i spalter i konstruktionen, men inte utanför där det varit katodytor.
- Spänningskorrosion: brottytorna ser ut som sprödbrott även om brottet bildats långsamt och materialet är segt. I tvärsnitt ses förgrenade sprickor. Kräver oftast mikroskopering.
- Korngränskorrosion: Där metallkorn trillat bort kan man se facetterna hos de korn som är kvar. I tvärsnitt syns sprickor eller korrosionsprodukter längs korngränserna.
Offeranoder (240113) (5p)
a) Förklara med hjälp av ett principiellt riktigt polarisationsdiagram hur katodiskt skydd av stål med offeranoder fungerar. Relevanta potentialer och beteckningar skall anges! (2p)
b) Vilken typ av korrosionsskydd är det när man använder offeranoder, ett anodiskt eller katodiskt
skydd? (1p)
c) Är det en bra eller dålig idé att måla över offeranoderna som skall skydda ett båtskrov för att förlänga anodernas livslängd?
Motivera! (1p)
d) Är det en bra eller dålig idé att skruva fast en offeranod på en cykel som börjat rosta för att den skall förlänga cykelns livslängd? Motivera! (1p)
a) Skärningen Φkorr – Ikorr visar korrosionen av Fe utan skydd.
När komponenten kopplas ihop med Mg som har lägre korrosionspotential sänks korrosionspotentialen till den med de blå och röda kryssen där det blå visar korrosion av Mg och det röda hur långsamt Fe nu korroderar.
b) Ett katodiskt skydd.
c) En dålig idé! Offeranoderna måste kunna korrodera för att ta upp elektronerna från katodreaktionen.
d) En dålig idé! Det måste finnas en elektrolyt mellan anod och katod för att skyddet med offeranoder skall fungera.
Utbytesströmtäthet (240405) (3p)
a) Förklara begreppet utbytesströmtäthet, vad det beskriver och när det gäller! (1,5p)
b) Hur påverkas angreppet vid galvanisk korrosion av om utbyteströmtätheten på katoden är hög eller låg? Motivera! (1,5p)
a) Utbytesströmtätheten anger hur snabb en delreaktion är när den är i jämvikt vid jämviktspotentialen, dvs. reaktionen går åt bägge håll med samma hastighet utan nettoförändring.
b) Alla elektroner som avges i anodreaktionen måste tas upp med samma hastighet av katoden. Katodreaktionens hastighet är ofta hastighetsbegränsande så en snabb katodreaktion kan ta upp många elektroner (hög ström) och ge ett snabbt angrepp. Hastigheten på galvanisk korrosion påverkas även av anod- och katodytans storlek samt jonledningen i elektrolyten.
Svetsbara rostfria stål (240405) (2p)
a) Vid svetsning av vissa rostfria stål kan en speciell korrosionstyp uppträda i anslutning till svetsen. Beskriv korrosionstypen, både hur materialet påverkas av svetsningen och hur själva
korrosionsangreppet uppträder! (2p)
Korngränskorrosion. Vid svetsning bildas kromkarbider i korngränserna i HAZ. Snabbt diffunderande C kommer från hela kornet, men Cr diffunderar långsammare och utarmas i ett band längs korngränserna. På ytan av det bandet kan materialet inte passiveras. Angreppet tränger ner i stålet längs korngränserna samtidigt som ytan ser blank ut eftersom kornens inre är passiverade. Materialet tappar sin hållfasthet när korngränserna angrips.
Förvaring (240826) (3p)
De prov ni har tittat på i kursen har varit:
- Stålspik
- Förzinkad stålspik
- Förkopprad stålspik
- Zinkplåt
- Kopparplåt
Om vi valde att förvara proven i ett skyddsrum i skolans källare med väldigt hög luftfuktighet, hur mycket skulle de då ha korroderat inför nästa år? Det är okej att anta att luftfuktigheten stundtals uppnår 100% .
Det räcker att dela in proven i fyra kategorier:
- Märkbar korrosion korrosionen går så fort att angreppet blir synligt för ögat efter ett år
- Påvisbar korrosion korrosionen pågår när det varit fuktigt, men man måste använda våra forskningsinstrument för att mäta upp oxiderna
- Försumbar korrosion korrosionen pågår, men väldigt långsamt
- Immunt Ingenting har hänt
Förklara med några ord varför materialen hör till sina respektive kategorier.
Luften kommer periodvis att vara mättad med fukt, dvs 100% RH, vilket leder till att kondens bildas på proven. Metallerna kommer då att korrodera ungefär som i vatten med gott om syre.
- Stålspiken är i princip rent järn. Den kommer att korrodera så fort att rosten syns efter ett år i en fuktig miljö; märkbar korrosion.
- Korrosion av stål kan minskas genom att belägga med något som korroderar långsammare. Spik beläggs med både zink och koppar i just det syftet. Likafullt är ingen av dessa metaller passiverade i öppet vatten. De korroderar, fast långsamt. För förzinkad och förkopprad stålspik samt för Zn- och Cu-plåt blir korrosionen påvisbar.
- Ingen av metallerna är passiverad i miljön vilket skulle ge försumbar korrosion.
- Ingen av metallerna är immun i miljön. Det skulle endast guld vara.
Galvaninsk korrosion (230114) (7p)
a) Rita ett polarisationsdiagram för den galvaniska korrosionen som uppstår i bägaren eftersom metall A är mindre ädel än metall B.
Miljön är avluftat vatten.
Tänkbara reaktioner är
A -> A2+ + 2e-
B -> B + + e-
H2 -> 2H+ + 2e-
I diagrammet skall du markera alla relevanta strömmar och potentialer. Rita stort så det blir tydligt, gärna en hel sida! (2,5 p)
När galvanisk korrosion uppträder finns det många faktorer som påverkar hur det yttrar sig och hur snabbt det går, som exempel kan en liten katodyta ge ett långsamt angrepp. Nu skall du ge några exempel på andra situationer och faktorer som påverkar den galvaniska korrosionen.
I varje situation finns det en oädel metall som kan korrodera i miljön, en elektrolyt med en katodreaktion och elektrisk kontakt mellan metallerna. Beskriv situationen och förklara varför det blir som angett med riktiga termer vi haft med i kursen!
b) Ett koncentrerat angrepp nära skarven mellan de två metallerna. (1,5 p)
c) Ett snabbt angrepp på en stor yta. (1,5 p)
d) Ett försumbart angrepp trots att katodytan är stor. (1,5 p)
a) Se “MPR095 Tenta 2023-01-14 lösning.pdf” för bild på polarisationsdiagrammet!
b) Jonledningen i lösningen har stor inverkan på angreppets utbredning. Om jonledningen är låg som t.ex. i sötvatten blir angreppet mer koncentrerat nära skarven. Likaså om elektrolyten är en tunn fuktfilm t.ex. utomhus kommer jonerna bara att ledas effektivt på ett relativt kort avstånd.
c) Om angreppet skall vara snabbt på en stor yta behöver det dels finnas en relativt stor potentialskillnad och dels en bra jonledning i miljön. Bägge metallerna behöver vara nedsänkta i en vätska som t.ex. en syra eller en saltlösning.
d) Om utbytesströmtätheten är låg på katoden kommer angreppet att bli långsamt även om
katodytan är stor.
Grundläggande om korrosion (220115) (5p)
a) För att en metall skall korrodera i en miljö måste ett antal villkor vara uppfyllda. Vissa ”saker” måste finnas och vissa mekanismer måste kunna äga rum. Vilka är de villkor som måste vara uppfyllda för att korrosion skall kunna ske? OBS: Frågan gäller inte hur fort det går eller någon specifik korrosionsmekanism utan själva förutsättningarna för att det skall korrodera. (2 p)
b) För att analysera och beskriva korrosion använder man sig av olika potentialer. (3 p)
- Beskriv de tre begreppen korrosions-, jämvikts- och standardpotential.
- Under vilka förutsättningar gäller respektive potential och hur använder man den för att bedöma risken för korrosion?
a)
Villkor för korrosion:
- Katodreaktion med högre jämviktspotential än anoden
- Det som förbrukas i katodreaktionen skall finnas i lösningen
- Tillgång till elektrolyt med jonledningsförmåga mellan anod- och katodytor Elledning i metall mellan anod- och katodytor (2 p)
b)
- Standardpotential gäller för delreaktion i standardtillståndet när alla koncentrationer och halter är 1. Används för att beräkna jämviktspotentialer.
- Jämviktspotentialer gäller för en delreaktion i en viss miljö med hänsyn till aktuella koncentrationer. Används för att bedöma om metallen kan korrodera i miljön.
- Korrosionspotentialen gäller för en metall som korroderar i en miljö och ligger någonstans mellan jämviktspotentialerna för anod- och katodreaktionen. Används när man skall bedöma risken för galvanisk korrosion mellan två metaller i som kopplas samman i miljön.
Passiverbara metaller (220115) (4p)
a) Ge två exempel på korrosionsmekanismer som typiskt drabbar passiverbara material som precis är på gränsen till att kunna passiveras. Beskriv kort hur de yttrar sig. (2,5 p)
b) Rostfria stål är en stor materialgrupp med många olika typer av legeringar. Vad kan du säga om austenitiska rostfria stål? Varför kallas de austenitiska? Vad har de för typisk sammansättning och mekaniska egenskaper? (1,5 p)
a) Ett material som precis passiveras blir känsligt för spaltkorrosion eftersom en liten uppbromsning av katodreaktionen i spalten kan leda till det fenomenet. Katodreaktionen fortsätter utanför spalten och anodreaktionen inne i spalten på en jämförelsevis liten yta. Om katodreaktionen är på gränsen till att passivera materialet skulle gropfrätning kunna uppstå på liknande sätt om katodreaktionen bromsas t.ex. på en del av en större konstruktion där man har sämre omrörning i elektrolyten. Spänningskorrosion drabbar vissa material i vissa miljöer där materialet kan förlora sin passivering. Kombinationen miljö-material-dragbelastning leder till en spricka som växer med tiden. (2,5 p)
b) Austenitiska rostfria stål har en austenitisk struktur vid alla temperaturer. Det får de främst av att legeras med Ni som stabiliserar FCC-strukturen. Typiskt behövs minst 8 % Ni för att materialet skall bli austenitiskt.De kan även vara legerade med Mo för bättre motstånd mot syror och salter samt med Nb/Ti för att motverka korngränskorrosion. Austenitiska rostfria ståls mekaniska egenskaper kännetecknas framför allt av en hög duktilitet. (1,5 p)
Korrosionsceller (200118) (5p)
Två bägare är sammankopplade med en voltmeter och en saltbrygga. Voltmetern har så hög resistans att ingen ström flyter genom den. Saltbryggan leder tillräckligt med joner mellan bägarna för att utjämna laddningarna, men utan att lösningarna blandas.
Den vänstra bägaren är avluftad och innehåller 0,01 M Fe2+. I den högra bägaren finns ett platinableck som inte deltar i reaktionerna eller antas påverkar någon potential, men reaktioner kan ske på bleckets yta. I bägaren finns en lösning med 10-5 M H+.
a)
- Vilka reaktioner sker på järnblecket i den vänstra bägaren respektive på Pt-blecket i den högra?
- Vad kallas den potential som respektive reaktion har?
- Vad kallas den strömtäthet som beskriver situationen?
b)
Voltmetern tas bort och ledningen mellan blecken kopplas ihop.
- Vilka reaktioner sker nu på järnblecket i den vänstra bägaren respektive på Pt-blecket i
den högra? - Vad kallas den potential som respektive reaktion har?
- Vad kallas den strömtäthet som beskriver situationen?
- Åt vilket håll rör sig elektronerna i ledningen mellan blecken?
a) Eftersom det finns en stor resistens mellan cellerna kommer det inte att gå någon ström mellan dem. I stället kommer det att råda jämvikt i bägge bägarna var för sig. Reaktionerna kommer att ske vid sina jämviktspotentialer med en hastighet som beskrivs av utbytesströmtätheten, i0.
Reaktionen i den vänstra bägaren blir Fe <-> Fe2+ + 2e-
och i den högra H2 <-> 2H+ + 2e-
b) Utan resistens mellan blecken kommer de att befinna sig vid samma potential, korrosionspotentialen. Den ström som går mellan blecken blir ett mått på korrosionsströmtätheten, ikorr (fast det är den totala strömmen Ikorr som går genom
ledningen). Det är välkänt att Fe korroderar i vatten, liksom i syra.
När Fe korroderar är anodreaktionen Fe → Fe2+ + 2e- dominerande i den vänstra bägaren.
De frigjorda elektronerna rör sig till den högra bägaren där de reducerar vätejoner till
vätgas i 2H+ + 2e- → H2
