UNIVERZITET U TUZLI TEHNOLOKI FAKULTETHEMIJA I INENJERSTVO MATERIJALA

SEMINARSKI RADPREDMET : Sigurnost opreme u procesoj industriji

Tema: Elektrohemijska korozija i elektrohemijska zatita metala

Profesor : Sead ati, van. prof. Studentica : Mirnesa Hrnjii

Sadraj 1. Uvod.............................................................................................................................................32. Korozija materijala.......................................................................................................................43. Zato metal korodira....................................................................................................................54. Klasifikacija korozije...................................................................................................................64.1 Vrste korozije prema mehanizmu dijelovanja..............................................................64.2 Vrste korozije prema obliku korozijskog oteenja...................................................64.3 Vrste korozije prema korozivnim sredinama............................................................75. Elektrohemijska korozija............................................................................................................85.1 Elektrohemijski sistami...............................................................................................125.2 Ravnoteni elektrohemijski sistem...........................................................................125.3 Neravnoteni elektrohemijski sistem.......................................................................145.4 Korozioni lanak......................................................................................................155.5 Korozioni mjeoviti potencijal.................................................................................175.6 Pasivnost metala.......................................................................................................186. Elektrokemijska zatita..............................................................................................................206.1 Katodna zatita........................................................................................................206.1.1 Katodna zatita uz vanjski izvor struje......................................................226.1.2 Kriteriji katodne zatite.............................................................................236.1.3 Katodna zatita protektorom (rtvovanom anodom)...............................256.2 Anodna zatita..........................................................................................................276.2.1 Anodna zatita uz vanjski izvor struje.......................................................276.2.2 Anoda zatita protektorom........................................................................287. Zakljuak....................................................................................................................................308. Literatura....................................................................................................................................311. Uvod

U uslovima intenzivne proizvodnje pojava korozije materijala je vrlo esta. Praktino, korozija je prisutna svuda i na svakom mjestu.Pri preradi, naruito pri viim temperaturama, metali u veoj ili manjoj mjeri korodiraju. Pored metala koriziji podlijeu i nemetali. Korozija betona pod dejstvom mekih i mineralnih voda je odavno ppznata. Plastine mase pri dejstvu toplote, svjetlosti i hemijski agenasa pod odreenim uslovima podlijeu destrukciji. Materijalni tete koje nastaju usljed korozije materijala su ogromne, a esto i neizmjerljive. Najee se zatita materijala od korozije izvodi pomou premaza, pod korozijom se podrazumjeva neeljeno razaranje materijala koje nastaju pri fiziko-hemijskom djelovanju materijala sa spoljnom sredinom.Prema mehaniznu zbivanja korozija se dijeli na hemijsku i elektorhemijsku koroziju. Hemijska korozija nastaje prema zakonima hemijske kinetike heterogenih reakcija. Elekrohemijska korozija metala se zbiva po zakonima elektrohemijske kinetike. U ovom seminarskom radu prikazane su vrste korozija, a posebno je obraena obalst elektorohemijske korozije i elektorhemijska zatita metala od korozije.

2. Korozija materijala

Korozija je namjerno razaranje konstrikcijskih materijala, uzrokovano fizikalnim, kemijskim i biolokim agensima. Prema opoj definiciji korozije, korodirati mogu ne samo metali nego i drugi materijali kao keramika, staklo, polimeri materijala i beton. Meutim kada se govori o koroziji a ne spominje posebno materijal misli se na koroziju metala. Razlog da se korozija metala tretira posebno od razaranja drugih materijala je sposobnost velike elektrine vodljivosti metala, zbog ega je njihova korozija obino elektrohemijske prirode, dok je kemijsko propadanje elektriki nevodljivih materijala (plastike ili keramike) voeno drugim fizikalno-kemijskim principima. U dananje je vrijeme potrebno posvetiti puno panje koroziji metala nego ranije zbog: poveane upotrebe metala u svim podrujima tehnologije upotrebe metalnih konstrukcija sve tanjih dimenzija koje ne toleriraju korozijske napade istog intenziteta kao teke, nekad upotrebljavane konstrukcije upotreba metala za specijalnu primjenu (npr. u podruju atomske energije) ili u podruju rijetkih i skupih materijala ija zatita zahtjeva posebne mjere opreza pojaane korozivnosti okoline usljed poveanog zagaena vode, zraka i tla.Najzastupljeniji metali konstrikcijski materijal je elik. eline se konstrikcije izloene tokom eksplatacije razliitim korozijskim sredinama kao: atmosferi, morskoj i slanoj vodi, industrijskim vodama, raznim kemikalijama, plinovima i dr.Ustanovljeno je da godinji trokovi zbog korozije metala , ukljuuju i mjere za zatitu od korozije iznose u visokoindustrijaliziranim zemljama do 1000 dolara po stanovniku. Prema statistici vetskog Instituta za korioziju od korozije je tokom 33 godine propalo 44 % ukupno proizvedenog eljeza. Ovi podaci ne samo da nisu najnoviji nego su i najcijelovitiji buduci da njima nisu obuhvaene sekundarne tete nastale zbog korozije npr nesree ugrozavanje zdravlja ljudi, gubitci u proizvodnji, teke ekoloke katastrofe, propadanje spomenistike batine i dr. Posljednja opsena istrazivanja provedena u SAD u vremenu od 1999 do 2001. godine pokazala su da su godinji trokovi zbog korozije iznose oko 275 milijardi dolara to je oko 3.1 % njihovog bruto nacijonalnog dohodka. Ovi trokovi ukljuuju procijenu teta nastalih zbog korozije metala kao i troskovi zatite konstrikcijskih materijala. Prouavanje korozije materijala obuhvaa: Pronalaenje uzorka korozije u razliitim uvijetima Traenje postupaka koji poveavaju potpornost metala na koroziju Prouavanje mehanizama korozijskih procesa

3. Zato metal korodira

Korozija je spontan proces koji se ne moe sprijeiti, samo se moe usporiti. Koroziju ini skup kemijskih procesa i elektrokemijskih promijena tokom kojih metal prelazi od elementarnog stanja u spojeve u kojima se najee nalazi u prirodi. Veina je metala u prirodi u vezanom stanju. Da bi se rude ili prirodni spojevi preradili u metal moraju se podvrgnuti pirometalurkim procesima koji zahtijevaju dodatak energije. Pri tome je metalno stanje ono koje sadri visoku energiju. Prirodna tenja metala je da reagiraju sa drugim tvarima i odgovarajuim oslobaanjem energije prelaze u stanje nie energije. Smanjivanjem slobodne energije je pokretaka sila procesa korozije ( sl.1).

Slika1. Prikaz energetske promjene pri dobivanju i koroziji metala

Prema tome proces korozije je irevezibilan proces, suprotan proizvodnji metala iz ruda. Metali egzotermno reaguju sa okolinom i prelaze u stabilnije stanje spojeva (okside i dr) iz kojih su dobiveni. eljezo je obilno zastupljeno u Zemljinoj kori , ali je kao reaktivan metal, gotovo se nikad ne nalazi u elementarnom stanju. Stoga ne iznenauje injenica da eline konstrikcije , izloene uticaju prirodnih sila, nastoje prei u spojeve iz kojih je metal dobiven. Ima raznih primjera metala koji ne korodiraju to su metali niske energetske raznine koji odolijevaju prirodnoom okoliu bez promjene. Pojava u obliku samorodnih metala ukazuje na postojanost platine i zlata prema koroziji.

4. Klasifikacija korozije

Svako znanstvano podruje zahtijava odreenu klasifikaciju. Budui da je podruje korozije vrlo iroko i raznovrsno postoji vie razliitih podjela, i to prema: Mehanizmu djelovanja Izgledu korozijskog napada Korozivnim sredinama.

4.1 Vrste korozije prema mehanizmu dijelovanja

Prema mehanizmu dijelovanja korozija moe biti: kemijska i elektrokemijska

4.2 Vrste korozije prema obliku korozijskog oteenjaPrema izgledu korozijskog napada korozija moe biti; jednolika, pjegasta, jamasta, tokasta ili rupiasta (pitting), interkristalna, transkristalna i dr. Jednolika korozija je najei i najmanje tetan oblik korozijskog napada koji ravnomjerno zahvaa cijelu povrinu metala. Nastali korozijski produkti tite matal od dalje korozije. Pjegasta korozija zahvaa plitko samo anodna mjesta na metalnoj povrini i ostavlja karakteristine pjege na povrini metala to rezultira neestetskim izgledom metala. Jamasta korozija je po vanjskom izgledu vrlo slina pjegastoj koroziji, ali prodire dublje u metal pa je stoga tetnija. Tokasta ili igliasta korozija je jedan od najopasnijih oblika korozije. Djeluje neobino destruktivno jer prodire duboko u masu metala, a perforacija samo jednog pita moe dovesti do pucanja konstrukcije. To je visokolokalizirana korozija pri kojoj su zahvaeni ekstremno mali dijelovi metalne povrine, dok je ostali dio povrine nenapadnut. Ovoj vrsti korozije podlijeu brojni metali kao eljezo, nikal, aluminij, magnezij, bakar, cink, te njihove legure i to najee u hloridnim elektrolitima. Interkristalna korozija nastaje na granicama kristalita i vrlo je opasan oblik korozije jer moe dugo ostati ne primjeena, a naglo smanjuje vrstou i ilavost materijala. Konana posljedica interkristalne korozije je lom. Srodna ovoj vrsti korozije je vodonikova krtost. Adsorbirani i hemisorbirani vodonikovi atomi sa povrine difundiraju u metal i veu se u molekule. Interkristalne granice se ire jer nastale molekule H2 ne mogu izai iz metala u kojem se nalaze pod velikim pritiskom. Metal postaje krhak i uz dodatno optereenje puca. Transkristalna korozija je opasna jer zahvaa poput presjeka vei broj kristalita materijala. Nastaje najee u visokolegiranim elicima u prisustvu hloridnih jona i sumpor vodonika.

4.3 Vrste korozije prema korozivnim sredinamaPrema korozivnim sredinama razlikuju se: atmosferska korozija korozija tla korozija u suhim plinovima korozija u neelektrinim tekuinama korozija u elektrolitima konktaktna korozija korozija zbog lutajuih struja korozija uz naprezanje biokorozija i dr. Atmosferska korozija je najraireniji oblik korozije. Rezultat je djelovanja dva faktora, kiseonika i vlage. U nedostatku jednog od ova dva faktora ne dolazi do korozije. U suhom zraku ili kod relativne vlanosti manje od 60 %, elik ne hra. Atmosferska korozija je posebno jaka u industrijskim zonama i u primorskim predjelima. Osnovni uvjet za odvijanje procesa elektrohemijske korozije je prisutnost elektrolita. Tanki nevidljivi film elektrolita stvara se na metalnoj povrini izloenoj atmosferskim uslovima kada je postignut odreeni kritini nivo vlanosti. U sluaju potpuno nezagaene atmosfere, kod konstantne temperature, savreno ista metalna povrina nee korodirati kod relativne vlanosti ispod 100 %. Meutim u praksi, zbog prisutnosti higroskopnih povrinskih estica, neistoa u atmosferi i male temperaturne razlike izmeu atmosfere i metalne povrine, stvara se mikroskopski povrinski elektrolit kod znatno nieg nivoa vlanosti. Za eljezo je ustanovljena kritina vlanost od 60%. Kritini nivo vlanosti nije konstantan, on ovisi o materijalu koji korodira, sklonosti korozijskih produkata i povrinskih slojeva da apsorbiraju vlagu, i o prisustvu neistoa u atmosferi. U prisutnosti tankog filma elektrolita, atmosferska korozija se odvija u ravnotei anodnih i katodnih reakcija. Anodna reakcija oksidacije ima za posljedicu otapanje metala, dok se za katodnu reakciju esto predpostavlja da je reakcija redukcije kisika. Korozija u tlu, poto je tlo veoma kompleksan materijal i mnogi parametri utiu na koroziju u tlu, nisu potuno razjanjeni. Predloene su razliite eme za kategorizaciju tla, ali ni jedna ema ne obuhvaa svu raznolikost tla koja je pronaena kod ukapanja metalnih konstrukcija. Korozija metala u tlu obuhvaa lokalne elektrohemijske procese podpomognute djelovanjem vodene faze na povrini metala. Na te procese utiu: vrsta tla, sadraj vlage u tlu, pristup kisika iz atmosfere na metalnu povrinu, bioloki i hemijski sastav tla, sadraj topivih jona, pH vrijednost tla i dr. Korozija u tlu je odreena elektrinim otporom tla. Mali otpor zbog prisutnosti vlage i topivih soli uzrokuje veu koroziju. U velikim dubinama tla, korozija je ograniena malom koliinom kisika. Ipak korozija u dubini tla je mogua, ako postoje uslovi za anaerobnu sulfatnu koroziju koja je rezultat redukcijskog djelovanja sulfatnih anaerobnih bakterija koje reduciraju sulfate u sulfide.Korozija u suhim plinovima je hemijska korozija kod koje se pri visokim temperaturama i djelovanjem plinova nastaju na metalima oksidi i drugi hemijski spojevi, ovisno o atmosferi u kojoj se nalaze. Korozija u neelektrolitikim tekuinama je takoe hemijska korozija, a esta je u nafti i u raznim organskim otapalima. U prisustvu vlage i anorganskih soli, hemijska korozija prelazi u intezivnu elektrohemijsku koroziju.Korozija u eletrolitima je izrazito elektrohemijska korozija, a dijeli se na koroziju u vodnenim otopinama kiselina, luina i soli. Kontaktna (bimetalna korozija) je tipina elektrohemijska korozija koja nastaje usljed kontakta dvaju razliitih metala. Metal negativnijeg elektrodnog potencijala se otapa dok pozitivniji metal ostaje zatien. Korozija usljed lutajuih struja moe nastati u tlu i u vodi. Inducirane struje, nastale oko vodia kroz koji prolazi struja, koncentriraju se oko nekog metalnog predmeta u blizini i uzrokuju koroziju. Primjeri ove vrste korozije je tramvaj i ukopane metalnih cijevi, raznih cjevovoda i dr. Korozija uz naprezanje-dio konstrukcije koji je mehaniki napregnut, stalno ili periodino, bre korodira nego nenapeti. Vrsta korozije koja nastaje usljed naprezanja naziva se napetosnom korozijom.Biokorozija najee nastaje na brodovima i u lukama usljed djelovanja flore i faune. Kolonije bakterija esto stvaraju oteenja na cjevovodima koja vode plin ili druge produkte. U kanalizacionim cijevima kolonije bakterija se taloe na metalnoj povrini i izluuju organske kiseline koje ubrzavaju koroziju i uzrokuju pitting. Najpoznatije bakterije koje uzrokuju koroziju su Desulfovibrio i Clostridium koje djeluju na taj nain da spojeve iz svog okolia metabolikim procesom pretvaraju u nove spojeve koje stimuliraju koroziju.

5. Elektrohemijska korozija

Elektrohemijska korozija je sloen proces u kome uestvuju metal kao donor elektrona i neka materija kao akceptor elektrona, tj. dolazi do razaranja metala elektrohemijskom reakcijom elektrolita sa metalom. Za razliku od hemijske korozije, kod elektrohemijske korozije reakcija oksidacije i redukcije su dijelimino ili potpuno prostorno odvojene. Zbog toga je ostvarivanje ovih procesa mogue samo u sistemima koji imaju elektrinu provodljivost kao to su rastvori kiselina, baza i soli, rjena, jezerska i morska voda, vlana zemlja i sloj vlage na povrini metala u atmosferskim uslovima. Proces se sastoji od istovijetnih reakcija i redukcije oksidacijaoksidacijaRed oks + ze-redukcija

Oksidacijom nastaju ioni, koji odlaze u rastvor i elektroni koji ostaju u metalu: MeMez+ + ze-Kod elektrohemijske korozije procesi oksidacije se odvijaju u anodnim- elektronegativnijim, a procesi redukcije na katodnim- elektropozitivnim povrinama slika 2

Slika 2. ematski prikaz elektorhemijske korozije: a) pri spoju dva metala razliitih potencijala b) ili povrina razliitih elektodnih potencijala EN-elektornegativniji EP-elektorpozitivnijiPri dejstvu elektrolita, metali pokazuju odreenu elektrohemijsku aktivnost, tj. tee da izmjenjuju elektrone sa odgovarajuim ionima u rastvoru. Pri tome dolazi do prelaska iona metala u rastvoru ali i iz rastvora u metal, sve dok se ne uspostavi dinamika ravnotea. Prelaskom jona iz jedne u drugu fazu dolazi do prelaska naelektrisanja. Otputanjem iona na metalu ostaje viak elektrona a rastvor sadri viak pozitivnog naelektrisanja. Obije vrste naelektrisanja rasporeene su uz granice faza metal/ rastvor. To ima za posljedicu stvaranje potencijalne razlike u podruju granice faza metal/ elektrolit. Potencijalna razlika na granici faza dovodi do stvaranja dvojnog elektrinog sloj- dvosloja, slika 3.

Slika 3. ematski prikaz nastajanja elektrohemijskog dvoslojaU ovom sluaju metal ima negativno a eleltrolit pozitivno naelektrisanje. Negativno naelektrisanje nastaje prelaskom iona metala na elektrolit, jer na metalu ostaje viak negativnog naelektrisanja elektrona. Istovremeno elektrolit uz povrinu metala dobija viak pozitivnog naelektrisanja. U stanju ravnotee te sposobnosti su izjednaene u brzini pa ne postoji neto prenos naelektrisanja iz jedne faze u drugu. Ravnotea se odrava pomou potencijalne razlike koja se uspostavlja na granici faza. Taj potencijal koji uspostavlja metal prema elektrolitu naziva se ravnoteni potencijal datog metala. Njegovu vrijednost zavisi od vrste materijala, aktiviteta iona i temperature elektrolita.Nerst je prvi objasnio nastajanje elektrodnog potencijala. On je na osnovu termodinamikih podataka izveo izraz za zavisnost elektrodnog potencijala od koncentracije iona metala u elektrolitu:Er= Es+

Gdje je Er ravnoteni elektroni potencijal metala (V) Es- standardni ravnoteni elektrolitni potencijal metala pri 25C kada je a=1a (O) aktivitet oksidacionog sredstvaa (R) aktivitet redukcionog sredstva. Nermestova jednaina pokazuje da ravnoteni potencijal metala zavisi od standarnog potencijla, temperature i aktivteta metalnih iona. Metali su plemeniti i manje skloni ionizaciji ako je -njihov ravnoteni potencijal vei tj. manje negativan-vei aktivtet metalnih iona -via temperatura elektrolitaMetali s negativnim standardnim potencijalom (Mg, Al, Zn, Fe) imaju, obino, i negativniji ravnoteni potencijal ionizacije pa prema tome, i veu sklonost prema koroziji od metala sa pozitivnijim potencijalom ( Cu, Ag, Pt, Au). Nermestova jednaina omoguava da se izrauna elektrodni potencijal bilo kog metala ako je poznat aktivitet iona u elektrolitu. U odreenim uslovioma potencijal metala zavisi samo od aktiviteta iona u elektrolitu. U odreenim uslovima potencijal metala zavisi samo od aktiviteta iona metala u elektrolitu. U tom sluaju preureenjem jednaine 1.1 i i provoenjem prirodnog logoritma u dekadi, dobija se jednaina 1.2: Er=Es+Pri emu je 0,0591 oznaava 2.3 RT/F na 298K.Standardni elektrodni potencijal (Es) bilo kog metala moe se izraunati na osnovu jednaine 1.3Es=Tako u sluaju cinka, vrijednost slobodne energije za reakciju; Zn2+ + 2e Zn Na 298K iznosi 147300 KJ/mol. Standardni potencijal cinka je: Es== Elektrodni ravnoteni potencijal metala u rastvorima kompleksnih jedinjenja je negativniji nego u rastvorima prostih iona. Zbog toga je termodinamika stabilnost metala u takvim rastvorima manja, a termodinamika mogunost za odvijanje elektrohemijske korozije vea. Svrstavanjem dobijenih vrijednosti za standardne elektrodne potencijale svih elemenata u nizu, prema njihovoj rastuoj algebatskoj vrijednosti, dobija se Voltin, naponski ili elektrohemijski niz elemenata.Predznak + ili - ispred vrijednosti potencijala pokazuje da ta elektroda (metal) ima pozitivniji ili negativniji potencijal od standardne vodikove elektrode. Negativnu vrijednost potencijala imaju oni metali kod kojih je vie ispoljena reakcija rastvaranja. Na osnovu poloaja u elektrohemijskom nizu moe se dosta saznati o korozionim karakteristikama metala. Negativna vrijednost standardnog potencijala daje priblinu mjeru sklonosti prema ionizaciji. Naponski niz potencijala vrijedi samo za odreeni elektrolit i ne smije se svatiti doslovno, jer se pod izvijesnim okolnostima moe promjeniti redoslijed nekih metala. Potencijal metala i odnosi potencijala konkretnih parova se mijenjaju kada se koncentrovani rastvori zamijene razblaenim ili kada su prisutni jaki oksidansi. Na primjer u naponskom nizu kalaj je plemenitiji od gvoa ali je pri koncentraciji iona od 10 -24 Mol/dm3 anodan prema gvou, ako je koncentracija Fe2+ iona od 10-4 Mol/dm3. Isto tako, metali koji su skloni pasiviraju u prisustvu jakih oksidanasa postaju postojani, nego to su u obiajnom stanju. Naponski niz je osnova za saznanje da metali koji su plemenitiji od vodikove elektrode (imaju pozitivniji potencijal) ne korodiraju uz izdvajanje vodika u deariranim kiselinama sa neoksidacijonim djelovanjem. Meutim, bakar korodira u rastvoru hloridne kiseline pri koncentracijama ve od 10 % , jer se stvara odgovarajui metalni kompleks koji smanjuje aktivnost Cu2+ iona, pa potencijal bakra postaje znatno negativniji.

5.1 Elektrohemijski sistamiMehanizam elektrohemijskog potencijala procesa moe se pokazati pomou elektrohemijskog sistema koji se sastoji od sledeih elemenata : elektrolita, elektroda i elektronskog provodnika. Elektrolit ini reagujue materije, koje su ionizovane ili sposobne da ionizuju. Elektrolit omoguuje prolaz elektrine struje pomou iona kao nosilaca naelektrisanja. Elektrode su u kontaktu sa elektrolitom. One omoguuju izmjenu elektrona s uesnicima reakcije- predaju ili primaju elektrone preko elektronskog provodika. Elektronski provodnici su metalni provodnici pomou kojih se spajaju elektrode ( spojni provodnik) i ime se zatvara strujno kolo elektrode- elektrolit. Elektrohemijski sistem moe biti u ravnotei ili neravnotenom stanju slika 4.

Slika 4. ematski prikaz elektrohemijskoh sistema a) Ravnoteni sistem b) elija za elektrolizu c) galvanski lanak

5.2 Ravnoteni elektrohemijski sistemZa objanjenje elektrohemijskog sistema u ravnotenom stanju moe se uzeti lanak koji se sastoji od elektroda bakra i cinka uronjenih u rastvor svojih iona slika 4. Kroz takav sistem ne tee struja. U svakom odjeljku lanak odvijaju se reakcije karakteristine za taj metal tj. uspostavlja se ravnotea:ZnZn2+ + 2eCuCu2+ + 2eOva reakcija pokazuje da se na granici metal/ elektrolit odvija tipina oksidoredukcijska tj. odreena koliina metala sa svake elektrode u vidu jona prelazi kroz dvosloj u elektrolit a istovremeno sa ekvivalenta koliina iona redukuje i nataloi ne metal.

Slika 5. ematski prikaz rada elektrohemijskog sistema u ravnotenom stanju

Proces oznaen strelicom slijeva na desno prestavlja anodni proces i iju brzinu odreuje potencijalna gustina anode struje (ia) slika 5. Suprotan proces je katodni ija je brzina odreena potencijalnom gustinom katodne struje (ik). To znai da se pod ovim uslovima odreena koliina metala oksidie do ionskog stanja i kroz dvosloj odlazi u elektrolit kao i da se ekvivalentna koliina metalnih iona koje se nalaze u elektrolitu neposredno uz elektrodu, redukuje i taloi na povrini metala.

Slika 6. ematski prikaz gustina struje na elektrodi pri ranotenim potencijalima

Apsolutna vrijednost parcijalnih struja odreuje brzinu razmjene materije izmeu dvije faze u ravnoteniom stanju. Ta struja naziva se gustina struje izmjene i oznaava se sa io. Gustina struje izmjene je karakteristina veliina za svaki elektrosistem. Potencijal elektrode u ravnotenim uslovima naziva se ravnoteni elektrodni potencijal. Zavisnost ravnotenog elektrodnog potencijala metala od anode i katode gustine struje prikazan je na slici 7.

Slika 7. Zavisnost E-log i za metal u rastvoru svojih iona

5.3 Neravnoteni elektrohemijski sistemOd ravnotenog sistema , neravnoteni sistem se razlikuje u sledeem:-Brzina elektrohemijske reakcije u katodnom i anodnom smijeru nisu jednake: ia ik io-Potencijal elektrode u neravnotenim elektrohemijskim sistemima naziva se stacionarni potencijal.

U lanku bakar- cink, kod neravnotenog sistema odvijaju se sledee elektrohemijske reakcije:a) oksidacija negativne elektrode anoda: Zn Zn2+ + 2eb) tok elektrona kroz provodnik od negativne ka pozitivnoj elektrodi: c) redukcija na pozitivnoj elektrodi katoda Cu2+ + 2eCud) tok iona kroz elektrolit ime je zatvoreno strujno kolo. Prema tome, ukupna reakcija o odsustvu ravnotee jednaka je sumi elektrodnih reakcija: Zn + Cu2+ Zn2+ + CuAko je elektrohemijski ravnoteni sistem poremeen pomou izvora istosmjerne strujana primjer spajanjem bakarne elektrode za pozitivan pol, a elektrode od cinka na negativan pol izvora struje na elektrodama se odvija isti elektrodni procesi kao i u prethodnom sluaju, ali u suprotnom smijeru: a) na pozitivnoj elektrodi odvija se reakcija oksidacije , anoda: CuCu2+ + 2e b) tok elektrona kroz provodnik od pozitivne ka negativnoj elektrodi: c) redukcija iona na negativnoj elektrodi, katodi:Zn2+ + 2e Znd) tok iona kroz elektrolit ime je zatvoreno strujno kolo. Prema tome ukupna reakcija jednaka je sumi elektrodnih reakcija: Cu + Zn2+ Cu2+ + Zn

5.4 Korozioni lanakDosadanja diskusija o koroziji odnosila se na koroziju elektronegativnijeg metala kada se nalazi u paru sa elektropozitivnijim metalaom. Meutim, vrlo esto metala korodira iako nije vezan za drugi metal. Takav je sluaj sa gvoem koji korodira u vodi , vlanoj atmosferi, zemlji i drugim korozionim sredinama iako nije u kontaktu sa plemenitijim metalom. Objanjenje za ovu pojavu nalazi se u injenici da gvoe sadri primjese plemenitih metala koje imaju ulogu katode. Takoe i ostali tehniki metal sadri primjese drugih metala uslijed ega pri dodiru sa elektrolitom, na njihovoj povrini nastaje bezbroj glavanskih lanaka, razliitih vrsta i veliina. U praksi zbog uticaja unutranjih ili spoljnih faktora korozije, pojedini djelovi metalne povrine pogodniji su za odvijanje ionizacije metala, a drugi se odvijanje reakcije redukcije. Ionizacija metala se odvija na anodnim, a redukcija agensa korozije na katodnim povrinama. Takav lanak koji djeluje pri elektrohemijskoj koroziji naziva se korozioni lanak. Istovremeno rad svih lanaka na nekoj povrini jednak je njenoj koroziji. Sa obzirom na veliinu korozioni lanak moe biti makro i mikro dimenzija slika 8. Kod makrolanaka anode i katode povrine su vidljive golim okom. Karakteristian primjer mikrolanka nalazi se kod spoja elinog lima sa bakarnom zakivkom. Isto tako, korozija se javlja uz poru, pukotinu ili oteene provodljive metale i neorganske prevlake na metalu. Mikrokorozioni lanci se mogu uoiti samo mikroskopom. Njih ine kristali pojedinih elemenata u leguri. Svi ovi kristali imaju razliite elektrodne potencjale, pa u elektrolitu ine korozione lanke, u kojima sa odvijaju isti procesi kao u glavanskom lanku koji je kratko spojen. Elektromotorna sila takvih lanaka moe iznositi nekoliko milivolti pa do jednog i vie volti. Na slici 8a. prikazana je glavanski lanak koji se sastoji od dva metala razliitih potencijala spojenih metalnim provodnikom. Ako se iste elektrode dovedu u direktan kontakt dobije se makrokorozioni lanak, slika 8b. Meutim kad se povrine jedne elektrode jako smanjenje i nalaze se u direktnom kontaktu sa osnovnim metalom dobija se mikrokorozioni lanak. Vieelektrodni sistam postoji kod svih tehnikih metala koje su u kontaktu sa elektrolitom. Na slici 8c prikazan je elektrodni sistem sa etri elektrode.

Slika 8. ematski prikaz a) galvanskog (bic) korozionog lanka

Principjelne razlike nema u nainu odvijanja elektrohemijskih procesa izmeu galvanskog i korozivnog lanka. ematski prikaz korozivnog lanka i njegov rad kao galvanskog lanka dat je na slici 9.

Slika 9. ematski prikaz a) korozionog lanka b) njegov rad kao galvanskog lanka

Pojavu korozionog lanka prvi je uoio i obijasnio 1822. godine vajcarac Ogist de la Riv(Avgust de la Rive) prilikom ispitivanja korozije cinka u sulfatnoj kiselini. On je naime ustanovio da se ist cink sporo rastvara u koncentrovanoj kiselini, te da se legure cinka znatno bre rastvaraju u istoj kiselini. Nadalje, ustanovio je da brzina rastvaranja legure zavisi od karaktera legirajue komponente tabela 1. Cink-legura100% ZnZn+10%SnZn+10%PbZn+10%CuZn+10%Fe

Vrijeme, sati217241264

Tabela 1. Vrijeme izdvajanja jednakih koliina vodika pri rastvaranju legure cinka u sulfatnoj kiseliniNa osnovu izvrenog eksperimenta Ogist de la Riv je predpostavio da legirajue komponente ( Sn, PB, CU, FE) kada se nau na povrini metala, prestavljaju pozitivne elektrode- katode, a sam cink prestavlja negativnu elektrodu anodu glavanskog lanka slika 10. Pri radu ovakvih lanaka rastvara se cink, a na mikroelektrodama razvija se vodik.

Slika 10. Faze rastvaranja cnka u sulfatnoj kiselini

injenica da legirani cink vremenom bre rastvara objanjava se poveanjem katodne povrine. Naime, usred korozije cinka legirajue komponente koje se nalaze na povrini bivaju podjeljene i stoga padaju u elektrolit ili ostaju na povrini metala, to svakako zavisi od poloaja uzorka cinka u elektrlitu. Nakon to se odvoje od uzorka, estice legirajuih komponenata se rastvaraju u elektrolitu. Na taj nain u elektrolitu se pored iona cinka nalaze i ioni drugih metala, koji se zbog toga to su elektropozitivniji taloe na povrini cinka. Tako se stvaraju nove mikroelektrode koje poveavaju katodnu povrinu a time i brzinu rastvaranja cinka. Nadalje katodna povrina se poveava i rastvaranjem cinka, usljed ega se na povrini javljaju nove povrine legirajuih komponenata. 5.5 Korozioni mjeoviti potencijalKorozioni ili mjeoviti potencijal nastaje u svim elektrohemijskim sistemima u kojima se pored oksidacije metala i redukcije njegovih iona odvija i neki drugi elektrodni proces, tj. u sluajevima kada se kroz granicu faza metil/elektrolit ne prenosi samo jedna ve najmanje dvije vrste materijala. Na primjer, prilikom korozije metala sa izdvajanjem vodika na elektrodi se odvija sledea reakcije: Me Mez+ + ze- Mez+ + ze- Me2H+ + 2e H2 H22H+ + 2eProces se moe prestaviti na sledei nain: ia(Me) + ia( H) = ik(Me) + ik(H) Pri emu ia(Me) i ia( H) prestavljaju gustinu potencijalne anode struje ionizacije metala i vodika, a ik(Me) + ik(H) gustinu potencijalne katodne struje redukcije metalnih i vodikovih iona. Pri priblino jednakim brzinama anode reakcija rastvaranja metala i katode redukcije vodikovih iona formira se zajedniki potencijal koji nije ravnoteni niti za jednu elektrodnu reakciju. Novonastali potencijal je pozitivniji od ravnotenog potencijala metalne elektrode , a negativniji od ravnotenog potencijala vodikove elektrode. Potencijal koji se uspostavlja u svakoj elektrodi , koja nije polarizovana strujom iz spoljanjih izvora, naziva se mjeoviti ili korozioni potencijal Ekor slika 11. Anodna struja rastvaraju metala, koja odgovara korozionom potencijalu, naziva se koroziona struja i ona je direktno mjerilo brzine korozije u datim uslovima.

Slika 11. ematski prikaz stvaranja korozionog potencijala

5.6 Pasivnost metalaPasivnost metala je stanje u koje neki neplemeniti metal (na pr. krom, nikal, eljezo, alominij) mogu prijei privremeno pri emu postaju kemijski otporni poput plemenitih metala. Za razliku od aktivnog stanja , pasivno stanje karakteriziraju pozitivniji potencijal, bliski potencijalima plemenitih metala. U dodiru s oksidacijskim sredstvima potencijal eljeza poprima u kratkom vremenu visoko pozitivne vrijednosti (E= + 1V), koji ima i platina u istoj otopini i ponaa se kao tipian plemeniti metal tj. ne otapa se u kiselini. Openito pasivnim se naziva metal koji ne ulazi u kemijsku reakciju. Proces pasiviranja metala moe se prikazati krivuljom anode polarizacije neplemenitog metala (sl.12).

Slika 12. Krivulja anodne polarizacije metala u kiselini

Anodnom polarizacijom neplemenitog metala od korozijskog potencijala (Ekor) prema pozitivnijim potencijalima raste gustoa struje otapanja metala do maksimuma kod potencijala pasiviranja (Ep) kad poinje stvaranje zatitnog sloja na metalu. Struja opada sve do uspostave pasivnog sloje na cijeloj povrini metala kod potencijala potpunog pasiviranja (Epp). U pasivnom stanju struja je neovisna o potencijalu i zadravanju vrijednosti jpp ( gustoa struje potpunog pasiviranja) sve do potencijala transpasivnog strujanja (Etp). U transpasivnom stanju odvija se reakcija oksidacije metala kao i razdvajanje kisika pa struja ponovo raste. Savremeno shvaanje mehanizma elektrohemijska korozije dozvoljava precizniju definiciju fenomena pasivnosti metala koji se osniva na karakteristici korozijske kontrole. Prema toj definiciji pasivnost je stanje visoke korozijske otpornosti metala u uvijetima pod kojoj su njihova reakcije termodinamiki mogue, a uzrokovane su povienom anodnom kontrolom. Na temelju ove definicije nee svaki oksidni film izazvati pasivno stsnje, nego samo neotopivi filmovi nastali elektrohemijskom reakcijom na anodi. Naziv pasivnosti potjee od Ch. R.Schonbeina koji je time oznaio kemijsku inaktivnost eljeza u duinoj kiseli, pojavu koju je 1787. g otkrio R. Kirwani. Od tada veliki broj istraivaa pokazuje zanimanje za pojave otapanja i pasiviranja metala i pokuava razjasniti reakcijski mehanizam. Postoje dvije temeljne grupe teorija koje tumae pasivno stanje: teorija filma i kemisorpcijska teorija. Prvo tumaenje pasivnog stanja dao je M. Faraday po kojem je pasivno stanje uzrokovano stvaranjem zatitnog oksidnog filma na metalu. Prema teoriji pasivnog filma, u pasivnom stanju metal je pokriven tankim slojem reakcijskih produkata, naprimjer oksida ili drugih spojeva, koji odvajaju metal od njegove sredine i usporavaju brzinu reakcije. Kemisorpcijska teorija pasivnosti razvio je A.N. Frumkin. Prema ovoj teoriji , uspostavljanje anodnog procesa otapanja metala uzrokovano je apsorbiranim atomima kisika. Model pasiviranja metala moe se podijeliti u dvije grupe. Pristalice teorije pasivnog filma debljine od 1 do 10 nm bili su Bonhoffer, Frank i Okamoto. Drukije gledite su imali Uhlig, Kolotirkin i Schwabe. Po njima bitan uzrok pasiviranja je stvaranje monosloja adsorbiranog kisika ili kisika koji je u a ne na metalnoj povrini i nagli pad struje (Slika 15) karakteristian za pasiviranje, vjerovatno nastaje kao rezultat prisutnosti monosloja O2-. OH-, ili drugog aniona na povrini metala. Razlog zato tako mala koliina materjala, adsorbiranog na elektrodi, moe uzrokovati tako dinaminu promjenu, objanjen je time to adsorbirani ion moe blokirati kljuna mjesta u metalu koji se otapa. Dugo vremena su se ova dva tipa modela pasiviranja stajala jedan uz drugog s malo razlike meu njima. Razlika izmeu modela ovisi o prisutnosti ili odsutnosti filma je koji je prema jednom modelu debljine monosloja a prema drugom vieslojne debljine. Meuti, iako je film drugog modela deblji od prvog, on je jo uvijek tanak i dugo vremena bilo ga je teko odrediti i njegova debljina je bila stoga nepouzdana. Od ranih 1950 tih , meutim postepano je postojalo jasno da podruja potencijala nakon to je struja pala (pasivno podruje) , sloj je ipak relativno debeo (priblino 5 nm ). To je bila prihvatljiva injenica i vie nije bilo dvojbe teorija filma je pobijedila. Meutim mjera debljine sloja oksida u anodnom pasivnom podruju pokazalo je smanjenje kako je potencijal postao negativniji. Pristalice teorije monosloja su tvrdile da iako je deblji film prisutan u vie anodnom podruju, to nije uzrok pasiviranja. Uzrok je djelovanje monosloja koji nastaje pri maksimuma struje otapanja (slika11). Prekrivanje povrine raste od tog maksimuma to ima za posljedicu pad struje otapanja. Sa povratkom teorije monosloja dijagnostiki test je postao tei ali i potrebniji. Sada nije bilo dovoljno odrediti debljinu filma nakon to je pasioviranje zavreno tj. nakon pada struje otapanja nego i u predpasivnom podruju. Za sva daljna istraivanja bila je potrebna savrenija tehnika i sofisticiranije metode.

6. Elektrokemijska zatita

Osnove elektrohemijske zatite postavio je 1824 g. Sir Humphry Davy, koji je upotrijebio cink kao zatitu bakrenih oklopa na drvenim trupovima ratnih brodova u morskoj vodi. Danas se elektrohemijska zatita upotrebljava kao zatita metalnih konstrukcija koje nisu lako pristupane za odravanje zatite premazima: cjevovodi (vodovodi, naftovodi) kabeli, postrojenja, brodovi, rezervoari, kondenzatori, izmjenjivai topline i razliiti ureaji u hemijskoj industriji i rudarsvu. Ovisno o nainu polarizacije, elektrohemijska zatita moe biti: katodna i anodna.

6.1 Katodna zatitaKatodna zatita je jedna od najzanaajnijih metoda zatite od korozije u elektrolitima. Temelji se na usporavanju korozije katodnom polarizacijom metala tj. pomakom elektrohemijskog potencijala metala u negativnom smijeru. U praksi se upotrebljavaju dva naina katodne zatite:-katodna zatita u kojoj je zatieni predmet katodno polariziran djelovanjem vanjskog izvora istosmjerne struje-katodna zatita u kojoj se katodna polarizacija ostvaruje kontaktom zatienog metala s neplemenitijim metalom-rtvovanom anodom (protektorom)Oba ova naina se zasnivaju na istim elektrohemijskim temeljima. Izbor sistema katodne zatite zavisi o svakom konkretnom sluaju. Uglavno se kod stacionarnih objekata koristi zatita s vanjskim izvorom struje, dok se protektori upotrebljavaju na pokretnim objektima i na mjestima gdje prijeti opasnost da eventualna iskra izazove poar ili eksploziju. Mehanizam katodne zatite metala temelji se na elektrohemijskim reakcijama korozije: anodnom otapanju metala i katodnim reakcijama redukcije (H+ ili O2). Na povrini metala koji se katodno (negativno) polarizira nastaje viak elektrona koji ubrzava katodnu reakciju, a usporava anodnu reakciju otapanja metala. Proces se moe prikazati polarizacijskim krivuljama (Sl.13).

Slika 13. Polarizacijske krivulje

Na slici 13. Prikazane su parcijalna anodna krivulja otapanja metala i katodna krivulja redukcije vodika. Kod jednakih brzina anodnog otapanja metala ja i katodna reakcija redukcije (H+ ili O2) jk na metalu se uspostavlja koroziski potencijal, a ukupna struja je jednaka nuli. Brzina anodnog optapanja metala ja kod korozijskog potencijala odgovara brzini korozije metala jkor.Poveanje katodne polarizacije brzina otapanja metala se smanjuje. Najmanja, teorijski neophodna, gustoa zatitne struje za prestanak korozije metala (kod koje je anodna struja jednaka nuli) je jkz- gustoa struje katodne zatite. Ova gustoa struje je u svakom sluaju vea od gustoe katodne struje pri korozijskom potencijalu.

6.1.1 Katodna zatita uz vanjski izvor strujeKatodnom zatitom uz vanjski izvor struje zatiuju se metalne konstrikcije u tlu , morskoj vodi i drugim vodljivim sredinama. Stanica katodne zatite je skup ureaja koji sadri izvor istosmjerne struje, anodno uzemljenje i kable (sl. 14).

Slika 14. ema stanice katodne zatite; izvor istosmjerne struje (1), anodno uzemljenje (2) i kabeli (3), taka drenae (D)

Struje prolazi od pozitivnog pola izvora istosmjerne struje kabelima do anodnog uzemljenja, a zatim ulazi u tlo. Iz tla struja ulazi u konstrikcijski metal na mjestima gdje je oteena izolacija, ide kroz metal do take drenae (mjesto prikljuka vanjskog izvora struje na objekat koji se titi); te se vraa od negativnog pola izvora struje. Izvori istosmjerna struje su ili ispravljai izmjenjivai struje ili generatori istosmjerne struje (u sluaju udaljenja elektrine mree). Generator se moe pokretati vjetrom, motorima sa unutranjim izgaranjem i akumulatorima. Najznaajnije svojstvo anoda od kojega zavisi njegova trajnost je postojanost materijala prema elektrohemijskom otapanju tokom rada stanice katodne zatite. Poeljne su inertne platinske anode koje su skupe. Neto su jetinije anode od tantala, nikla i titana. Grafitne elektrode su inertne, ali se mehaniki troe (lome se) pa se zato impregniraju lanenim uljem. Vijek trajanja anode trebao bi biti najmanje 10 do 20 godina. eline anode su djelotvorne ali nemaju drugi vijek trajanja zbog prekida u masi metala uslijed neravnomjerne korozije. esto se, zbog niske cijene, upotrebljavaju anode od starog eljeza.

6.1.2 Kriteriji katodne zatiteKriteriji katodne zatite su zatite potencijala (Ez) i zatitna gustoa struje (jz). Veliina ovih kriterija teorijski proizlaze iz polarizacijskih krivulja u dijagranu struja- potencijal (slika 13) ali se praktine vrijednosti za razliite uvjete eksplatacije znatno razlikuju. Na primjer stacionarni potencijal elika u periodnoj sredini je u prosjeku oko -0.55V a 1928. godine utvrena je vrijednost potencijala od -0.85V kao kriterij za potpunu katodnu zatitu. Zatitni potencijal elika je negativniji (-0.95V) samo u anaerobnim sredinama, u kojima bakterije reduciraju sulfate u sulfide.

Slika 15. Prikaz djelovanja katodne zatite uz vanjski izvor istosmjerne struje

Na sl. 15 je prikazano djelovanje katodne zatite uz vanjski izvor istosmjerne struje. Na sl. 15 a prikazan je metal koji korodira (kroz ureaje za katodnu zatitu uz vanjski izvor istosmjerne struje ne protie struja) na sl. 15-b je zatien metal (kroz sustav prolazi struje koja je jednaka zatitnoj struju jz) i na sl.15-c je prikazan zatieni metal koji kompletan djeluje kao katoda jer kroz sustav prolazi struja koja je vea od zatitne struje.Da bi se i u najudaljenijoj taki katodno zaienog objekta dostigao zatitni potencijal, u taki drenae potencijal mora biti znatno negativniji. Na sl. 16 prikazana je raspodjela potencijala uzdu cijevi katodno zatienog objekta.

Slika 16. Raspodjela potencijala uzdu cijeviPri odreivanju potencijala u taki drenae treba voditi rauna o potencijalu razdvajanja vodika. Ako se dostigne potencijal kod kojeg se razvija vodik, tako moe doi do oteenja metala i pojave vodikove krhkosti. Udaljenost izmeu anoda ovisi o mediju, vodljivosti tla, razlici potencijala i dr. Potencijal se moe izraunati na nekom mjestu uzdu cijevne konstrukcije pomou izraza:E(x)= Ed exp

Ed- potencijal drenaer- polumjer cjevovodaR- otpor po jedinici duineRi- otpor izolacije po jedinici povrine cjevovodaK- konstanta uvjetovanja poroznou izolacijex- udaljenost od drenae

Budue da je zatitni potencijal kriterij katodne zatite, treba povremeno mjeriti potencijal izmeu konstrikcije i referentne Cu/ CuSO4 elektrode na tlu. Iz pada potencijala konstrikcija /tlo procijenjuje se stupanj zatite. Mjerenje potencijala metala tokom primjene katodne zatite je prilino sloeno. Danas se automatskim ureajima regulira potencijal zatienog metala promjenom gustoe zatitne struje.Katodna zatita se rijetko koristi kao samostalna metoda zatite metala od korozije jer tada zahtjeva veliki potroak elektrine energije. U praksi se kombinira sa zatitnim premazima i omotima ili anorganskim prevlakama. Najee je zatita cijevi iznutra provedena plastificiranjem, a vanjski dio cjevovoda je zatien katodnom zatitom i omotima. 6.1.3 Katodna zatita protektorom (rtvovanom anodom)Za razliku od katodne zatite pomou izvora istosmjerne struje gdje je zatitni potencijalo siguran iz vanjskih izvora struje, kao zatita protektorom sam sustav ( predmet koji se titi- protektor) predstavlja izvor struje. Katoda tog sustava je predmet koji se zatiuje, a anoda je rtvovani metal- anodni protektor ( metal negaativnog potencijala). Elektrode su kratko spojene, a elektrolit je medij u kojemu se nalaze. Spajanje dva metala koji se nalazi u elektrolitu, a razliit su elektrodni potencijal, izmeu njih potjee, zbog razlike potencijala, elektrina struje. Metal sa eksplozivnijim potencijalom sa polarizira katodno, elektronegativniji metal anodno. Jakost zatite stuje pri zatiti protektorom ovisi o razlici potencijala izmeu metala od koji je nainjena konstrikcija koja se zatiuje i rtvovane anode, te o elektrolitkom otporu elektrolita. Ureaj za zatitu protektorom sadri anodni protektor, ugraen na odreenu udaljenost od objekta koji se titi, te kable i mjerni sustav za kontrolu zatite. Protektori se postavljaju pojedinano ili u grupama, i to zbog smanjenja otpora to blie objektu koji tite. U vodenom mediju postavljaju se direktno na konstrukciju ( zavarivanjem, lemljenjem ili pomou zavrtanja), a u tlu na udaljenost od 3 do 4 m od objekta i na dubinu od 2 do 4 m. Na sl. 17 prikazana je ema zatite spremnika (S), ukupnog u zemlju, metodom katodne zatite potektorom (A).Dobra katodna zatita protektorom ovisi u prvom redu o izboru protektora. Dijelotvornija zatita se postie veom razlikom potencijala izmeu metala koji se titi i protektora, a manjim elektrikim otporom elektrolita. U tu svrhu biraju se anode metali sa to negativnijim potencijalom , a vodljivost elektrolita poveava se dodatkom soli.

Slika 17. ema katodne zatite spremnika (S) protektorom (A) u tlu

Iz vrijednosti standardnih potencijala metala, moe se zakljuiti da se za zatitu eljeza i elika mogu upotrijebiti protektori od magnezija aluminija i cinka. Magnezij, iako je nepostojan, i brzo se troi, ima vrlo negativan potencijal i stoga se esto koristi kao rtvovana anoda. Obino se upotrebljavaju njegove legure s 3-6 % aluminija i 1-3 % cinka. Anode od aluminija nemaju veliku primjenu iako je potencijal aluminija vrlo negativan, jer se aluminij brzo presvlai tankim oksidnih filmom koji ga ini neaktivnijim. Legiranjem s cinkom i kadmijem aluminij se aktivira i time mu se poboljavaju svojstva protektora. Anode od cinka bile su u poetku rabljene kao prve i jedine rtvovane elektrode. Nedostatak cinka je njegova brzina polarizacija pri viim temperaturama (60-70 C). Stoga mu potencijal postaje sve pozitivniji i u kotaktu a elikom moe postati katoda a elik postaje anoda i korodira. Cinkove se anode koriste uglavnom u morskoj vodi gdje je temperatura izmeu 0-30 C. Pogodniji metal za anode su legure cinka s aluminijem i silicijem, kao i legure sa litijem indijem i kadmijem. Za zatitu bakra kao protektor se upotrebljava eljezo (razni elici): to je razlika potencijala manja povrina protektora bi bila vea. Sl 18. Prikazuje zatitu elinog kondenzatora pomou cinkove anode. Zatita protektorima je najstarija i najednostavnija metoda elektrohemijska zatite. Prednosti ove metode su: neovisnost o izvoru struje jednostavnost ugradnje ne preesto kontroliranje neznatni utjecaj na susjedne konstrukcije.

Nedostaci metode su: nepovratan gubitak materijala anode i potreba za povremenim mjenjanjem zagaivost okolia od strane produkata korozije anoda, neprimjenjivost u sredinama s veim otporom relativno male zatitne struje.

U praksi nema otre granice izmeu podruja primjene zatite vanjskim izvorom struje i zatite protektorima. Najee se izbori postupka zatite razmatra pojedinano za svaki sluaj zatite, uzimajui u obzir ekonomske inbenike, tehnike mogunosti te temeljne prednosti i nedostatke oba postupka. Openito postupak zatite vanjskim izvorom struje ima vee mogunosti pa time i iru primjenu. U odreenim se uvjetima protektorima uspjeno tite cjevovodi (vanjske strane), ukupan rezervoari i cisterne za gorivo, rashladni ureaji, tankovi za naftu s morskom vodom kao balastom, buotinske cijevi na naftnim poljima, podvodni dijelovi broda, plovei dokovi, platforme, podvodni stupovi, luki ureaji, elementi brana itd.

Slika 18. Zatita elinog kondenzatora pomou cinkovih anoda

6.2 Anodna zatitaAnodnom polarizacijom metala koji se mogu pasivirati postie se njihova zatita od korozije tzv. anodna zatita. Slino katodnoj zatiti i anodna se zatita metala provodi na dva naina: izvorom istosmjerne struje (spajanjem s pozitivnim polom istosmjerne struje) i protektorom ( spajanjem s elektropozitivnim materijalom).

6.2.1 Anodna zatita uz vanjski izvor struje Na sl.39 prikazana je krivulja anodne polarizacije metala s jasno vidljivim podrujem pasivnosti metala karakteriziranim izrazito malim strujama otapanja metala. Anodna zatita djeluje upravo u tom ogranienom podruju potencijala (Epp Etp) pa je pri izvedbi anodne zatite najznaajnije odreivanje podruje potencijla u kojima se metal nalazi u pasivnom stanju. Anodnom polarizacijom preko vanjskog izvora istosmjerne struje korozija metala se smaljuje odravanjem u podruju pasiviranja.

Na sl. 19. Mogu se vidjeti podruja razliitog stanja anodno polariziranog metala:

Slika 19. Krivulja anodne polarizacije, j-gustoa struje, Erav-ravnoteni potencijal, Ep-potencijal poetka pasiviranja, Epp-potencijal potpunog pasiviranja, Etp-potencijal transpasiviranjaErav. Ep- aktivno stanje metalaEpEpp- stvaranje pasivnog slojeEppEtp- podruje pasivnog stanjaEtptranspasivno stanje. Da bi se izbjeglo nepoeljno pomicanje potencijla anodno zatienog metala u aktivno ili transparentno podruje, pri anodnoj zatiti koriste se potenciostati, ureaj koji automatski odravaju zadani potencijal (potpuno pasiviranja).

6.2.2 Anodna zatita protektoromZatita metala protektorom postie se spajanjem s metalom iji je potencijal pozitivniji od potencijala metala koji se zatiuje. Elektropozitivniji metal naziva se katodnim protektorom. Zatita metala primjenom katodnog protektora moe se ostvariti u koliko je korozijski potencijal protektora pozitivniji od potencijala pasiviranja metala. Za elik se mogu kao katodni protektori koristiti plemeniti metali (platina, paladij, srebro, bakar) ili grafit. Za anodnu zatitu nije dovoljno spajanjem s katodnim protektorom uiniti korozijski potencijal pozitivnijim, nego je neophodno pomaknuti korozijski potencijal metala u podruje pasivnog stanja. Pri izvoenju anodne zatite potrebno je labaratorijski odrediti gustou struje pasiviranja i podruje pasiviranja u ovisnosti o uvjetima korozijske sredine (pH, temperature, sastava i koncentracije, brzina strujanja elektrolita itd). Ispitivanja su pokazala da je za odravanje postignutog pasivnog stanja dovoljna gustoa struje od 1 do 10 mA /m2 to ini anodnu zatitu ekonominom. Katodna zatita golih (neprevuenih) metala zahtijeva gustou struje od 15 do 100 mA/m2. Anodna zatita mnogostruko smanjuje brzinu korozije metala. U nekim je sustavima anodna zatita smanjila brzinu korozije ak 100 000 puta. Uprkos navedenim dobrim karakteristikama, anodna se zatita zbog svojih ogranianja s obzirom na sklonost metala pasivaciji i skupe insalacije (potenciostat) ne upotrebljava esto. Openito se moe rei da elektrohemijska zatita prua izvanradne tehnike mogunosti , veliku sigurnost i ekonominost zatitu metala od korozije ukoliko se pravilno izabera, ispravno izvede i primjeni, te redovno kontrolira i odrava. Trokovi elektrohemijska zatite su u poredbi sa utedama najee neuporedivo mali.

7. Zakljuak

Korozija je namjerno razaranje konstrikcijskih materijala, uzrokovano fizikalnim, kemijskim i biolokim agensima. Prema opoj definiciji korozije, korodirati mogu ne samo metali nego i drugi materijali kao keramika, staklo, polimeri materijala i beton.Ustanovljeno je da godinji trokovi zbog korozije metala , ukljuuju i mjere za zatitu od korozije iznose u visokoindustrijaliziranim zemljama do 1000 dolara po stanovniku. Prema statistici vetskog Instituta za korioziju od korozije je tokom 33 godine propalo 44 % ukupno proizvedenog eljeza.Elektrohemijska korozija je sloen proces u kome uestvuju metal kao donor elektrona i neka materija kao akceptor elektrona, tj. dolazi da razaranja metala elektrohemijskom reakcijom elektrolita sa metalom. Danas se elektrohemijska zatita upotrebljava kao zatita metalnih konstrukcija koje nisu lako pristupane za odravanje zatite premazima: cjevovodi (vodovodi, naftovodi) kabeli, postrojenja, brodovi, rezervoari, kondenzatori, izmjenjivai topline i razliiti ureaji u hemijskoj industriji i rudarsvu.

8. Literatura

E.Stupniek Lisac, Korozija i zatita konstrukcijskih materijala, FKIT, Zagreb, 2007

S.Mladenovi, M Petrovi i G Rikovski, Korozija i zatita materijala, Izdavaka radna organizacija Rad-Beograd,1985

2