Problemy z korozją, czyli uszkadzaniem i ostatecznie zniszczeniem metali i ich stopów, przysparzają wielu zmartwień użytkownikom maszyn, narzędzi, konstrukcji wykonanych z tego typu materiałów. Obecnie mamy jednak środki, by coraz skuteczniej przeciwdziałać temu niekorzystnemu zjawisku. Coraz częściej sięga się do takich nowych dziedzin wiedzy, jak nanotechnologia.

Czym jest korozja?

Korozja jest w znacznym stopniu procesem elektrochemicznym, a środowisko zawierające sole i kwasy umożliwia tworzenie ogniw elektrolitycznych na powierzchni metalu. Oczywiście w przypadku różnych metali i ich stopów korozja przebiega odmiennie i pojawiają się różne ich związki chemiczne, jak na przykład patyna – zasadowy węglan miedzi, czy czernienie srebra spowodowane tworzeniem się warstwy siarczku srebra.

Co roku ogólnoświatowy przemysł ponosi duże straty związane ze zjawiskiem korozji. Stale prowadzi się badania, jak przeciwdziałać tym niekorzystnym zjawiskom przy jak najniższych nakładach finansowych. W Polsce działa od 1989 r. Polskie Stowarzyszenie Korozyjne (PSK). Jest ono członkiem Europejskiej Federacji Korozyjnej (EFC). W 2007 r. powstała też Światowa Organizacja Korozji (The World Corrosion Organization – WCO). Jak podaje George F. Hays, dyrektor generalny WCO, roczny koszt korozji w USA to obecnie 1,8 biliona USD, a na całym świecie stanowi on ponad 3% światowego PKB. Dane te odzwierciedlają jedynie bezpośrednie koszty korozji – głównie materiałów, urządzeń i usług związanych z naprawą, konserwacją i wymianą. Nie obejmują szkód w środowisku, marnotrawstwa zasobów i strat w produkcji.

Problematyką korozji zajmują się też organizacje normalizacyjne. W Europie korzystamy z norm ISO 15156, na przykład PN-EN ISO 15156-3:2008 (Przemysł naftowy, petrochemiczny i gazowniczy – Materiały stosowane przy wydobywaniu ropy i gazu w środowisku zawierającym H2S).

Środki antykorozyjne w przemyśle – początki

Gdy żelazo stało się głównym surowcem, z którego wytwarzano narzędzia, ludzkość wkroczyła w nową erę rozwoju. Już pierwsze narzędzia wykonane z tego surowca wymagały ochrony przed korozją. Dopiero w 1912 roku opatentowano stal nierdzewną (Krupp), choć już w drugiej połowie XIX wieku zauważono we Francji, że dodatek chromu zabezpiecza stal przed działaniem kwaśnych substancji. Niestety warunki, w jakich korzystamy w przemyśle z produktów wykonanych ze stali nierdzewnej, każą weryfikować drugi człon jej nazwy. Stosowane dziś stale kwasoodporne o znacznie większej odporności też nie zawsze gwarantują, że zachowają swoje właściwości. Barierą jest też koszt stopów zawierających duże procentowo ilości składników, takich jak: chrom (17–20%), nikiel (8–14%), oraz innych dodatków stopowych, jak: mangan, tytan, molibden i miedź.

Pomiary korozji

Odporność stali na korozję jest zawsze względna i zależy od konkretnych warunków. Przyjmuje się umownie, że szybkość korozji ogólnej wyrażona w mm/rok – jeśli jest mniejsza niż 0,1 mm/rok, oznacza całkowitą odporność. W przypadku korozji 0,1–1,0 mm/rok można mówić o częściowej odporności, a gdy jest to więcej niż 1,0 mm/rok – o braku odporności na korozję. W szczególnie trudnych warunkach, np. w obecności jonów chloru (Cl), może wystąpić też korozja wżerowa, która nakłada się na korozję ogólną. Jeśli pojawi się takie zjawisko, znaczy to, że dany rodzaj stali nie nadaje się do danego zastosowania.

Nawet jeśli właściwie dobierze się rodzaj stali kwasoodpornej, to przy jej stosowaniu nie wolno używać narzędzi ze stali węglowej (na przykład kluczy) – przyspiesza to proces korozji. W miejscu zetknięcia tego typu narzędzia ze stalą kwasoodporną spoiny powinny być wytrawiane odpowiednimi pastami zawierającymi kwas azotowy. Jeśli się tego nie wykona, powstają ogniska korozji.

Nie zawsze nierdzewne

W środowisku przemysłowym spotykamy się z różnorodnymi procesami korozyjnymi i erozyjnymi wynikającymi również ze stosowanych obecnie procesów technologicznych nastawionych w znacznym stopniu na intensyfikację produkcji. W wielu sytuacjach liczy się czas, choćby potrzebny na czyszczenie instalacji produkcyjnych. Niestety nie zawsze udaje się połączyć efektywne działania stosowanych środków z brakiem ich oddziaływania na samą instalację.

Taka sytuacja występuje w przemyśle spożywczym, w którym stosowane są stale stopowe, dzięki czemu łatwo jest utrzymać odpowiednią czystość. Choć instalacje wykonane są ze stali określanych jako nierdzewne, nie jest to ścisłe. Jeśli zawartość chromu w stali występuje na poziomie około 10,5%, to powierzchnia metalu pokrywa się cienką warstwą tlenków zawierających chrom o grubości ok. 20 nm. By warstwa taka się tworzyła i po uszkodzeniu odbudowała, potrzebny jest dostęp tlenu lub utleniaczy. Stale uszlachetnia się też: niklem, molibdenem, tytanem. Można dziś otrzymać stopy o bardzo dużej odporności na korozję, ale wiąże się to również z ich ceną. Nie wchodząc w szczegóły, z praktycznego punktu widzenia trzeba zwrócić uwagę, że takie czynniki, jak temperatura przekraczająca 100°C, niska zawartość tlenu (lub brak utleniaczy), oddziaływanie ścierających ochronną warstwę cząstek stałych czy brak możliwości odbudowy warstwy pasywnej może powodować korozję instalacji. Również niektóre środki myjące mogą uszkadzać warstwę pasywną.

Czy można w praktyce przeciwdziałać tym niekorzystnym zjawiskom? W nowej lub remontowanej, modernizowanej instalacji przed rozpoczęciem użytkowania należy przeprowadzić proces pasywacji. Warto tu zadbać, by roztwór, którym wykonuje się zabieg, miał odpowiednie stężenie i temperaturę. Czas pasywacji i temperatura są uzależnione od rodzaju stali, z jakiej wykonana jest instalacja. Stosuje się tu na przykład normy amerykańskie QQ-P-35 C (Federal Specification Passivation Treatments for Corrosion-Resistant Steel). Powierzchnie poddawane pasywacji powinny być czyste. Również przewietrzanie – czyli dostęp tlenu, ma znaczenie w prawidłowym przebiegu procesu. Zaleca się też, by eliminować cząstki stałe w transportowanym medium (unikanie ścierania warstwy pasywnej) i jeśli to możliwe, zmniejszać szybkość przepływu cieczy.

Na krótki czas i nie tylko

Warunki środowiska, z jakimi spotykamy się w przypadku zabezpieczania różnych elementów przed korozją, są określone przez normę ISO12944-2 określającą klasy agresywności korozyjnej. Dla klimatu umiarkowanego są to:

C1 brak oddziaływania korozyjnego (w praktyce nie występuje)

C2 mała (na przykład wewnątrz pomieszczeń nieogrzewanych)

C3 średnia (atmosfera miejska i przemysłowa, pomieszczenia produkcyjne o dużej wilgotności)

C4 duża (na przykład wewnątrz zakładów chemicznych)

C5-I bardzo wysoka (atmosfera przemysłowa)

C5-M bardzo wysoka (atmosfera morska)

Im 1 (instalacje rzeczne)

Im 2 (zanurzenie w wodzie morskiej)

Im 3 (podziemne zbiorniki, rurociągi stalowe itp.)

W zależności od warunków należy stosować różne rodzaje zabezpieczeń. Dla przykładu farby antykorozyjne Noxyde (Noxyde – Peganox) mają pigmenty antykorozyjne zapewniające galwaniczną ochronę antykorozyjną odporną na czynniki pogodowe i wiele chemikaliów (atmosfera przemysłowa C3 – C5I, C5M). Mogą one być nakładane bezpośrednio na oczyszczone podłoża lub dobrze przylegające stare powłoki malarskie (bez piaskowania), co wpływa też na zmniejszenie kosztów i czasu przestoju.

Przy zabezpieczeniu antykorozyjnym różnymi metodami duże praktyczne znaczenie (nie tylko z powodów ekonomicznych) ma długość okresu ochronnego. W normie ISO 12944-5 znaleźć można podział okresów ochronnych na trzy obszary:

krótki – low (2 do 5 lat)

średni – medium (5 do 15 lat)

długi – high (ponad 15 lat)

Okres ochronny to czas do pierwszej odnowy. Podany okres ochronny zabezpieczenia (powlekania), gdy do tego czasu pojawi się maksymalnie stopień rdzy Ri 3 zgodnie z normą ISO 4628-3. Okresu ochronnego w żadnym wypadku nie należy utożsamiać z gwarancją ochrony.

Do zabezpieczania w krótszych okresach można na przykład stosować produkty oferowane przez  ExxonMobil z grupy Mobilarma.

Mobilarma LT – środek antykorozyjny zalecany do długookresowego (do 24 miesięcy) zabezpieczenia przed korozją w pomieszczeniach zamkniętych (do 6 miesięcy w przestrzeni otwartej).

Do wewnętrznej ochrony i konserwacji silników, przekładni, urządzeń hydraulicznych (do 12 miesięcy) stosuje się Mobilarma 524.

Do zabezpieczania (do 12 miesięcy) blach, taśm stalowych, prętów składowanych w przestrzeni otwartej – Mobilarma 778. Takich produktów jest oczywiście na rynku znacznie więcej.