Badania korozyjne

Cel prowadzenia badań korozyjnych

Badania korozyjne, zarówno powłok ochronnych jak też samych metali, polegają na poddawaniu próbek, będących przedmiotem badań, działaniu mniej lub bardziej złożonego naturalnego lub sztucznego środowiska korozyjnego, którego składniki oddziałują chemicznie, elektrochemiczne i mechanicznie na metal, względnie powłokę ochronną.

Próbki do badań stanowić mogą zarówno specjalnie przygotowane do tego celu płytki, blaszki, jak też półwyroby albo gotowe wyroby, pokryte lub nie pokryte powłokami ochronnymi.

Postęp reakcji powodujących korozję i zakończenie badań określane są ustalonymi dla każdego rodzaju badań specyficznymi kryteriami. Stosowane kryteria mogą się opierać na prostej obserwacji wzrokowej, względnie na pomiarze zmian własności tworzywa lub powłoki.

Badania odporności korozyjnej powłok galwanicznych mogą mieć na celu:

• uzyskanie danych o zachowaniu się danej powłoki ochronnej na metalu i określenie jej odporności w czasie dla ściśle określonego środowiska korozyjnego,
• porównanie odporności korozyjnej dwóch lub więcej powłok w określonych warunkach korozyjnych (próba porównawcza),
• określenie środowisk korozyjnych odpowiednich dla zastosowania danej powłoki,
• określenie szybkości korodowania i w wyniku tego najbardziej ekonomicznej grubości powłoki dla konkretnych zastosowań,
• ustalenie zależności między wynikami badań korozyjnych, prowadzonych w warunkach laboratoryjnych (próby przyspieszone) i w naturalnych warunkach atmosferycznych lub użytkowania (próby długotrwałe),
• zbadanie czy dana powłoka odpowiada przewidzianym dla niej warunkom odbioru (próba kontrolno-odbiorcza),
• kontrolę przebiegu procesu technologicznego.

Klasyfikacja metod badań korozyjnych

Stosowane metody badań korozyjnych próbek i wyrobów pokrytych powłokami galwanicznymi dzielą się na cztery zasadnicze grupy:

• badania przyspieszone - laboratoryjne, polegające na odtworzeniu w sposób sztuczny warunków występujących w praktycznym użytkowaniu próbek, lub wyrobów pokrytych powłokami, względnie badania w typowanych mediach korozyjnych prowadzone dla celów porównawczych,
• badania korozji atmosferycznej - badania długotrwałe, prowadzone w naturalnych atmosferach korozyjnych,
• badania w warunkach użytkowania,
• badania w warunkach magazynowania.

Wytyczne ogólne dotyczące prowadzenia badań korozyjnych

Wytyczne ogólne dotyczące prowadzenia badań korozyjnych obejmują:

• sposób przygotowywania próbek do badań:
  • rozmiary próbek, liczba próbek tego samego rodzaju, stosowanie próbek porównawczych (kontrolnych), sposób oznakowania próbek, stan powierzchni próbek,
• sposób umieszczania próbek w czasie trwania badań:
  • równomierne zetknięcie powierzchni ze środowiskiem korozyjnym, w którym prowadzone są badania, odizolowanie próbek od siebie i od innych części metalowych, jak najmniejsza powierzchnia zetknięcia próbek z uchwytem lub wieszakiem, wybór materiałów na uchwyty nie wywierającego wpływu korozyjnego na badane metale lub powłoki,
• sposób prowadzenia systematycznej kontroli czynników wywierających wpływ na wyniki badań:
  • temperatury, wilgotności, rodzajów i stężenia zanieczyszczeń atmosfery substancjami agresywnymi, pH roztworu, opadów atmosferycznych, intensywności rozpylania mgły itp. Rodzaje czynników korozyjnych zależą od rodzaju badań.
• sposób prowadzenia obserwacji w czasie prób i po ich zakończeniu:
  • obserwację badanych wyrobów, względnie próbek prowadzi się zarówno w czasie badań w ustalonych odstępach czasu, jak też po ich zakończeniu, do opisu zmian korozyjnych celowe jest stosowanie odpowiednich skrótów.

Rodzaj stosowanych metod i kryteriów oceny zmian korozyjnych:

• Metody stosowane do oceny zmian korozyjnych:
  • oględziny makro- i mikroskopowe połączone z opisem stanu powierzchni próbek, metody wagowe, obliczanie szybkości procesu korozyjnego (również na podstawie pomiarów elektrochemicznych).
• Najczęściej stosowane kryteria oceny zmian korozyjnych (dot. przykładowo):
  • czas (w godzinach, dniach lub latach) do ukazania się pierwszych, np. pięciu, punktów korozji metalu podłoża o określonej średnicy lub głębokości, lub b) procentowy stopień skorodowania powierzchni lub liczba punktów lub plam korozji na określonej powierzchni próbki, po upływie ustalonego czasu badań (np. 30 dni).
  • Przy ocenie zmian korozyjnych na próbkach pokrytych powłokami należy wyraźnie rozróżnić: korozję metalu powłoki oraz korozję metalu podłoża.
  • Różnice w odporności korozyjnej powłok różnego rodzaju można ustalić m.in. przez określenie różnicy czasu, jaki upływa do pojawienia się pierwszych śladów korozji lub wielkość skorodowanej powierzchni po upływie określonego czasu.

Podział metod badań przyspieszonych - laboratoryjnych

Ogólny podział przyspieszonych laboratoryjnych metod badań korozyjnych jest następujący:

• badania klimatyczne,
• badania w kontrolowanych atmosferach,
• badania w mgłach roztworów,
• badania polegające na zanurzaniu,
• badania metodą Corrodkote,
• badania elektrochemiczne,
• badania korozyjne połączone z oddziaływaniem czynników mechanicznych.

Badania klimatyczne

Jedynymi agresywnymi czynnikami korozyjnymi w badaniach klimatycznych są zmiany temperatury i wilgotności i spowodowana nimi kondensacja pary wodnej na powierzchni badanych próbek, oraz tlen pochodzący z otaczającej atmosfery (powietrza).

Badania klimatyczne w czystej wilgotnej atmosferze mogą być prowadzone:

• przy stałej temperaturze i wilgotności,
• przy okresowo zmiennej temperaturze i wilgotności.

Badania w kontrolowanych atmosferach

Badania w kontrolowanych atmosferach polegają na poddawaniu badanych próbek działaniu atmosfery zanieczyszczonej dodatkowo substancjami chemicznymi, przyspieszającymi procesy korozyjne. Badania te są prowadzone przy zwiększonej i stałej wilgotności oraz w podwyższonej temperaturze. Najczęściej stosowane są badania w komorze, do której wprowadzany jest dwutlenek siarki, którego stężenie wynosi 0,5% objętościowych, wilgotność względna co najmniej 95% a temperatury 37-50°C, Cykl próby składa się z 5 godzin przetrzymywania próbek w podanych warunkach oraz 19 godzin schnięcia na wolnym powietrzu, w temperaturze otoczenia.

Badania w mgłach roztworów

Badania w mgle solnej polegają na umieszczeniu badanych próbek w komorze (zwanej komorą solną), w której jest rozpylany roztwór soli (najczęściej chlorku sodowego z ewentualnymi dodatkami innych składników lub bez). Dokładne warunki prowadzenia badań: skład roztworu, temperatura i wilgotność w komorze, szybkość zbierania mgły, stężenie poszczególnych składników, pH rozpylanej solanki. Warunki te są znormalizowane.

Rozróżnia się trzy rodzaje znormalizowanych badań w mgłach roztworów:

• w obojętnej mgle solnej,
• w kwaśnej mgle solnej, oraz
• metoda CASS.

Badania polegające na zanurzeniu w cieczach

Badania te są stosowane w wielu odmianach:

• badania prowadzone w temperaturze otoczenia, podwyższonej lub w cieczach wrzących,
• badania przy zanurzeniu ciągłym lub okresowym,
• badania przy zanurzeniu całkowitym lub częściowym,
• badania, w których stosowana ciecz może się znajdować w stosunku do badanych próbek w stanie spoczynku lub w stanie ruchu,
• badania, w których próbki znajdują się względem stosowanej cieczy w stanie ruchu.

Do najczęściej stosowanych cieczy należą roztwory soli albo kwasów.

Badania metodą CORRODKOTE

Badania te znajdują szczególne zastosowanie do badań zewnętrznych części samochodowych, a szczególnie tych które są pokryte powłokami ochronno-dekoracyjnymi nikiel-chrom i miedź-nikiel-chrom. Badania te polegają na nakładaniu na badaną powierzchnię pasty, mającej za zadanie odtworzenie składników kurzu i błota ulicznego.

W skład pasty wchodzi kaolin oraz trzy związki nieorganiczne, których obecność stwierdza się najczęściej w błocie ulicznym. Pastę tą, po dokładnym wymieszaniu, nakłada się równomiernie na badaną powierzchnię, z pomocą pędzla i pozostawia do wyschnięcia na okres 1 h.

Następnie badane próbki umieszcza się na 20 h w komorze, w której temperatura wynosi 37-39 °C, a wilgotność względna 90-95%. W czasie przebywania w komorze na badanych powierzchniach nie może występować kondensacja wilgoci

Badania elektrochemiczne

Badania elektrochemiczne - polaryzacja potencjostatyczna i potencjodynamiczna, oporność polaryzacji, impedancja i admitancja - umożliwiają określenie szybkości korozji w odpowiednio dobranych roztworach elektrolitów.

Badania korozji w połączeniu z oddziaływaniem czynników mechanicznych

Do tej grupy badań należą próby prowadzone w różnych środowiskach korozyjnych z jednoczesnym oddziaływaniem np. naprężeń, działania ścierającego, obciążeń stałych i zmiennych itp.

Badania korozyjne w naturalnych warunkach atmosferycznych

Badania korozyjne w naturalnych warunkach atmosferycznych polegają na poddawaniu badanych próbek działaniu czynników atmosferycznych, z ewentualnym występowaniem (stałych lub okresowych) zanieczyszczeń atmosfery, w warunkach terenowych (polowych) i prowadzeniu okresowej obserwacji lub stosowaniu innych kryteriów oceny. W przypadku powłok galwanicznych najczęściej stosowana jest wzrokowa ocena zmian korozyjnych.

W zależności od celu badań rozróżnia się następujące rodzaje ekspozycji próbek: - na otwartej przestrzeni (pod gołym niebem) - bezpośrednie działania wszystkich czynników atmosferycznych i zanieczyszczeń atmosfery,

• pod zadaszeniem lub wiatą, zapewniającymi całkowitą lub częściową osłonę przed działaniem promieniowania słonecznego lub opadów atmosferycznych,
• w pomieszczeniach, w których badane próbki poddawane są tylko wtórnemu działaniu czynników atmosferycznych (budki żaluzjowe).

W czasie badań do ekspozycji i umocowania próbek stosuje się stojaki, na których umieszcza się badane próbki bezpośrednio lub w ramach umożliwiających stosowanie większej liczby próbek.

Badania w warunkach użytkowania (eksploatacyjne)

Badania korozyjne w warunkach użytkowania są badaniami długotrwałymi, to jest takimi, których czas trwania odpowiada rzeczywistym warunkom eksploatacyjnym. Badania te mogą być prowadzone na całej aparaturze lub urządzeniach, ich częściach lub na specjalnie przygotowanych próbkach wykonanych z badanego metalu lub pokrytych badaną powłoką ochronną.

Badania te polegają na dokonywaniu okresowych obserwacji wzrokowych stanu powierzchni części urządzeń, aparatury lub próbek. Obserwacje te powinny być wykonywane w pewnych, ustalonych uprzednio okresach czasu, lub jednorazowo po upływie określonego czasu.

Badania korozyjne w warunkach magazynowania,cel prowadzenia badań korozyjnych

Badania korozyjne, zarówno powłok ochronnych jak też samych metali, polegają na poddawaniu próbek, będących przedmiotem badań, działaniu mniej lub bardziej złożonego naturalnego lub sztucznego środowiska korozyjnego, którego składniki oddziałują chemicznie, elektrochemiczne i mechanicznie na metal, względnie powłokę ochronną.

Próbki do badań stanowić mogą zarówno specjalnie przygotowane do tego celu płytki, blaszki, jak też półwyroby albo gotowe wyroby, pokryte lub nie pokryte powłokami ochronnymi.

Postęp reakcji powodujących korozję i zakończenie badań określane są ustalonymi dla każdego rodzaju badań specyficznymi kryteriami. Stosowane kryteria mogą się opierać na prostej obserwacji wzrokowej, względnie na pomiarze zmian własności tworzywa lub powłoki.

Badania odporności korozyjnej powłok galwanicznych mogą mieć na celu:

• uzyskanie danych o zachowaniu się danej powłoki ochronnej na metalu i określenie jej odporności w czasie dla ściśle określonego środowiska korozyjnego,
• porównanie odporności korozyjnej dwóch lub więcej powłok w określonych warunkach korozyjnych (próba porównawcza),
• określenie środowisk korozyjnych odpowiednich dla zastosowania danej powłoki,
• określenie szybkości korodowania i w wyniku tego najbardziej ekonomicznej grubości powłoki dla konkretnych zastosowań,
• ustalenie zależności między wynikami badań korozyjnych, prowadzonych w warunkach laboratoryjnych (próby przyspieszone) i w naturalnych warunkach atmosferycznych lub użytkowania (próby długotrwałe),
• zbadanie czy dana powłoka odpowiada przewidzianym dla niej warunkom odbioru (próba kontrolno-odbiorcza),
• kontrolę przebiegu procesu technologicznego.

Klasyfikacja metod badań korozyjnych

Stosowane metody badań korozyjnych próbek i wyrobów pokrytych powłokami galwanicznymi dzielą się na cztery zasadnicze grupy:

• badania przyspieszone - laboratoryjne, polegające na odtworzeniu w sposób sztuczny warunków występujących w praktycznym użytkowaniu próbek, lub wyrobów pokrytych powłokami, względnie badania w typowanych mediach korozyjnych prowadzone dla celów porównawczych,
• badania korozji atmosferycznej - badania długotrwałe, prowadzone w naturalnych atmosferach korozyjnych,
• badania w warunkach użytkowania,
• badania w warunkach magazynowania.

Wytyczne ogólne dotyczące prowadzenia badań korozyjnych

Wytyczne ogólne dotyczące prowadzenia badań korozyjnych obejmują:

• sposób przygotowywania próbek do badań:
  • rozmiary próbek, liczba próbek tego samego rodzaju, stosowanie próbek porównawczych (kontrolnych), sposób oznakowania próbek, stan powierzchni próbek,
• sposób umieszczania próbek w czasie trwania badań:
  • równomierne zetknięcie powierzchni ze środowiskiem korozyjnym, w którym prowadzone są badania, odizolowanie próbek od siebie i od innych części metalowych, jak najmniejsza powierzchnia zetknięcia próbek z uchwytem lub wieszakiem, wybór materiałów na uchwyty nie wywierającego wpływu korozyjnego na badane metale lub powłoki,
• sposób prowadzenia systematycznej kontroli czynników wywierających wpływ na wyniki badań:
  • temperatury, wilgotności, rodzajów i stężenia zanieczyszczeń atmosfery substancjami agresywnymi, pH roztworu, opadów atmosferycznych, intensywności rozpylania mgły itp. Rodzaje czynników korozyjnych zależą od rodzaju badań.
• sposób prowadzenia obserwacji w czasie prób i po ich zakończeniu:
  • obserwację badanych wyrobów, względnie próbek prowadzi się zarówno w czasie badań w ustalonych odstępach czasu, jak też po ich zakończeniu, do opisu zmian korozyjnych celowe jest stosowanie odpowiednich skrótów.

Rodzaj stosowanych metod i kryteriów oceny zmian korozyjnych

• Metody stosowane do oceny zmian korozyjnych:
  • oględziny makro- i mikroskopowe połączone z opisem stanu powierzchni próbek, metody wagowe, obliczanie szybkości procesu korozyjnego (również na podstawie pomiarów elektrochemicznych).
• Najczęściej stosowane kryteria oceny zmian korozyjnych (dot. przykładowo):
  • czas (w godzinach, dniach lub latach) do ukazania się pierwszych, np. pięciu, punktów korozji metalu podłoża o określonej średnicy lub głębokości, lub b) procentowy stopień skorodowania powierzchni lub liczba punktów lub plam korozji na określonej powierzchni próbki, po upływie ustalonego czasu badań (np. 30 dni).
  • Przy ocenie zmian korozyjnych na próbkach pokrytych powłokami należy wyraźnie rozróżnić: korozję metalu powłoki oraz korozję metalu podłoża.
  • Różnice w odporności korozyjnej powłok różnego rodzaju można ustalić m.in. przez określenie różnicy czasu, jaki upływa do pojawienia się pierwszych śladów korozji lub wielkość skorodowanej powierzchni po upływie określonego czasu.

Podział metod badań przyspieszonych - laboratoryjnych

Ogólny podział przyspieszonych laboratoryjnych metod badań korozyjnych jest następujący:

• badania klimatyczne,
• badania w kontrolowanych atmosferach,
• badania w mgłach roztworów,
• badania polegające na zanurzaniu,
• badania metodą Corrodkote,
• badania elektrochemiczne,
• badania korozyjne połączone z oddziaływaniem czynników mechanicznych.

Badania klimatyczne

Jedynymi agresywnymi czynnikami korozyjnymi w badaniach klimatycznych są zmiany temperatury i wilgotności i spowodowana nimi kondensacja pary wodnej na powierzchni badanych próbek, oraz tlen pochodzący z otaczającej atmosfery (powietrza).

Badania klimatyczne w czystej wilgotnej atmosferze mogą być prowadzone:

• przy stałej temperaturze i wilgotności,
• przy okresowo zmiennej temperaturze i wilgotności.

Badania w kontrolowanych atmosferach

Badania w kontrolowanych atmosferach polegają na poddawaniu badanych próbek działaniu atmosfery zanieczyszczonej dodatkowo substancjami chemicznymi, przyspieszającymi procesy korozyjne. Badania te są prowadzone przy zwiększonej i stałej wilgotności oraz w podwyższonej temperaturze. Najczęściej stosowane są badania w komorze, do której wprowadzany jest dwutlenek siarki, którego stężenie wynosi 0,5% objętościowych, wilgotność względna co najmniej 95% a temperatury 37-50°C, Cykl próby składa się z 5 godzin przetrzymywania próbek w podanych warunkach oraz 19 godzin schnięcia na wolnym powietrzu, w temperaturze otoczenia.

Badania w mgłach roztworów

Badania w mgle solnej polegają na umieszczeniu badanych próbek w komorze (zwanej komorą solną), w której jest rozpylany roztwór soli (najczęściej chlorku sodowego z ewentualnymi dodatkami innych składników lub bez). Dokładne warunki prowadzenia badań: skład roztworu, temperatura i wilgotność w komorze, szybkość zbierania mgły, stężenie poszczególnych składników, pH rozpylanej solanki. Warunki te są znormalizowane.

Rozróżnia się trzy rodzaje znormalizowanych badań w mgłach roztworów:

• w obojętnej mgle solnej,
• w kwaśnej mgle solnej, oraz
• metoda CASS.

Badania polegające na zanurzeniu w cieczach

Badania te są stosowane w wielu odmianach:

• badania prowadzone w temperaturze otoczenia, podwyższonej lub w cieczach wrzących,
• badania przy zanurzeniu ciągłym lub okresowym,
• badania przy zanurzeniu całkowitym lub częściowym,
• badania, w których stosowana ciecz może się znajdować w stosunku do badanych próbek w stanie spoczynku lub w stanie ruchu,
• badania, w których próbki znajdują się względem stosowanej cieczy w stanie ruchu.

Do najczęściej stosowanych cieczy należą roztwory soli albo kwasów.

Badania metodą CORRODKOTE

Badania te znajdują szczególne zastosowanie do badań zewnętrznych części samochodowych, a szczególnie tych które są pokryte powłokami ochronno-dekoracyjnymi nikiel-chrom i miedź-nikiel-chrom. Badania te polegają na nakładaniu na badaną powierzchnię pasty, mającej za zadanie odtworzenie składników kurzu i błota ulicznego.

W skład pasty wchodzi kaolin oraz trzy związki nieorganiczne, których obecność stwierdza się najczęściej w błocie ulicznym. Pastę tą, po dokładnym wymieszaniu, nakłada się równomiernie na badaną powierzchnię, z pomocą pędzla i pozostawia do wyschnięcia na okres 1 h.

Następnie badane próbki umieszcza się na 20 h w komorze, w której temperatura wynosi 37-39 °C, a wilgotność względna 90-95%. W czasie przebywania w komorze na badanych powierzchniach nie może występować kondensacja wilgoci

Badania elektrochemiczne

Badania elektrochemiczne - polaryzacja potencjostatyczna i potencjodynamiczna, oporność polaryzacji, impedancja i admitancja - umożliwiają określenie szybkości korozji w odpowiednio dobranych roztworach elektrolitów.

Badania korozji w połączeniu z oddziaływaniem czynników mechanicznych

Do tej grupy badań należą próby prowadzone w różnych środowiskach korozyjnych z jednoczesnym oddziaływaniem np. naprężeń, działania ścierającego, obciążeń stałych i zmiennych itp.

Badania korozyjne w naturalnych warunkach atmosferycznych

Badania korozyjne w naturalnych warunkach atmosferycznych polegają na poddawaniu badanych próbek działaniu czynników atmosferycznych, z ewentualnym występowaniem (stałych lub okresowych) zanieczyszczeń atmosfery, w warunkach terenowych (polowych) i prowadzeniu okresowej obserwacji lub stosowaniu innych kryteriów oceny. W przypadku powłok galwanicznych najczęściej stosowana jest wzrokowa ocena zmian korozyjnych.

W zależności od celu badań rozróżnia się następujące rodzaje ekspozycji próbek: - na otwartej przestrzeni (pod gołym niebem) - bezpośrednie działania wszystkich czynników atmosferycznych i zanieczyszczeń atmosfery,

• pod zadaszeniem lub wiatą, zapewniającymi całkowitą lub częściową osłonę przed działaniem promieniowania słonecznego lub opadów atmosferycznych,
• w pomieszczeniach, w których badane próbki poddawane są tylko wtórnemu działaniu czynników atmosferycznych (budki żaluzjowe).

W czasie badań do ekspozycji i umocowania próbek stosuje się stojaki, na których umieszcza się badane próbki bezpośrednio lub w ramach umożliwiających stosowanie większej liczby próbek.

Badania w warunkach użytkowania (eksploatacyjne)

Badania korozyjne w warunkach użytkowania są badaniami długotrwałymi, to jest takimi, których czas trwania odpowiada rzeczywistym warunkom eksploatacyjnym. Badania te mogą być prowadzone na całej aparaturze lub urządzeniach, ich częściach lub na specjalnie przygotowanych próbkach wykonanych z badanego metalu lub pokrytych badaną powłoką ochronną.

Badania te polegają na dokonywaniu okresowych obserwacji wzrokowych stanu powierzchni części urządzeń, aparatury lub próbek. Obserwacje te powinny być wykonywane w pewnych, ustalonych uprzednio okresach czasu, lub jednorazowo po upływie określonego czasu.

Badania korozyjne w warunkach magazynowania

Badania w warunkach magazynowania są pod wieloma względami zbliżone do badań w warunkach użytkowania. Badania te mogą być prowadzone zarówno w czasie składowania w dłuższym okresie czasu, jak też w warunkach magazynowania międzyoperacyjnego.

Badania te mogą być prowadzone zarówno na próbkach lub wyrobach bez dodatkowych zabezpieczeń, jak też przy zastosowaniu środków ochrony czasowej (opakowania, smary) w celu ustalenia ich właściwości ochronnych.

Badania w warunkach magazynowania są pod wieloma względami zbliżone do badań w warunkach użytkowania. Badania te mogą być prowadzone zarówno w czasie składowania w dłuższym okresie czasu, jak też w warunkach magazynowania międzyoperacyjnego.

Badania te mogą być prowadzone zarówno na próbkach lub wyrobach bez dodatkowych zabezpieczeń, jak też przy zastosowaniu środków ochrony czasowej (opakowania, smary) w celu ustalenia ich właściwości ochronnych.