CC BY
36
KOROZIJA U VAZDUHOPLOVNIM KONSTRUKCIJAMA
Zoran C. Petrovic
ViPVO, 204. vazduhoplovna brigada, Batajnica
e-mail: [email protected]
ORCID iD: ©http://orcid.org/0000-0001-8053-4034
DOI: 10.5937/vojtehg64-8573
OBLAST: materijali, hemijske tehnologije VRSTA CLANKA: pregledni clanak JEZIK CLANKA: srpski
Rezime:
Uzimajuci u obzir da su, zbog odsustva jedinstvene klasifikacije i nomenklature korozivnih procesa, postojece klasifikacije nepotpune i neprecizne, kategorizacija korozivnih procesa u ovom radu izvrsena je na osnovu strukturno-elektrohemijske teorije, prema kojoj na elektrohe-mijski proces korozije utice prisustvo heterogenosti na povrsini materi-jala. U zavisnosti od prirode i dimenzije ove neuniformnosti, definisane su tri razlicite kategorije korozije: uniformna, selektivna i lokalizovana i prikazani njihovi oblici.
Razmotreni su i uslovi koji dovode do pojave odreúenih vidova korozije u razlicitim korozivnim sredinama. Navedeni su primeri odvija-nja korozivnih procesa i ukratko opisani njihovi mehanizmi.
Kljucne reci: korozija, vazduhoplovna konstrukcija, uniformna, selektivna, lokalizovana, naponska korozija, korozivni zamor.
Uvod
Pod korozijom se podrazumeva nezeljeno razaranje materijala koje nastaje pri fizicko-hemijskom ili elektrohemijskom dejstvu sa okolnom sredinom. Rec korozija potice od latinske reci ,,corrodere", sto znaci na-grizati. Problemu korozivnog ostecenja i razaranja metalnih materijala vec godinama se posvecuje ogromna paznja. Iskustvo pokazuje da su ot-kazi usled problema sa korozijom veoma znacajni, a statistika na svet-skom nivou pokazuje da je steta koja nastaje usled delovanja razlicitih oblika korozije ogromna i da, na primer, u industrijski razvijenim zemlja-ma dostize 4-5% nacionalnog dohotka (Korozija, nd).
Po verovatno najboljoj i najsiroj definiciji korozije ona predstavlja degra-daciju mehanickih svojstava materijala u interakciji sa okolinom. U vazduho-plovnim konstrukcijama korozija se mora posmatrati kao veliki problem, jer direktno utice, kako na bezbednost, tako i na ekonomiju i logistiku.
S obzirom na razlicite materijale, okruzenja i mehanicka naprezanja, vazduhoplovstvo predstavlja jednu od oblasti u kojoj se posmatra najveci spektar tipova korozije (Halsne, 2004).
Cilj ovog rada jeste da se predstave najcesci oblici korozije, a na osnovu iskustava iz proslosti, kako bi se sagledao sirok spektar problema od neznatnih do katastrofalnih ostecenja. Posebna paznja bice po-svecena aspektima korozije u vezi sa pitanjima starenja vazduhoplova.
Iako je korozija vazduhoplovnih konstrukcija stari problem i mnogi pomaci su vec uradeni u njenoj prevenciji i selekciji materijala (nerdajuci celici, aluminijumske legure, titanijum, itd.), ipak se cini da je resenje da-leko. Na primer, pitanje korozije, koja predstavlja ozbiljan problem za svaki visokoprojektovani sistem, u slucaju vazduhoplovnih konstrukcija postalo je jos vaznije u poslednjoj deceniji XX veka, kada je do starenja vazduhoplova dolazilo zbog razlicitih faktora (http://www.udruzenjepilota. org/arhiva/08/07/080726qantas.htm, nd).
Slika 1 - Ostecenja nastala pod dejstvom korozije: a) ostecenje oplate aviona Boeing 747-400 kompanije ''Qantas'', 25. jula 2008.godine; b) ostecenje noge stajnog trapa aviona; c) ostecenje aviona Aloha Airlines Flight 243, 28. april 1988.godine Рис. 1 - Повреждения под воздействием коррозии: в) повреждения обшивкисамолета Boeing 747-400 авиакомпании ''Qantas", 25 июля 2008 года; б) повреждение шасси самолета; в) повреждение самолета Aloha Airlines Flight 243,
от 28 апреля 1988 года. Figure 1 - Damage caused under the influence of corrosion: a) damage to the skin of the aircraft Qantas Boeing 747-400, July 25, 2008; b) damage to the landing gear; c) damage to the aircraft Aloha Airlines Flight 243, April 28, 1988.
Nedavno je procenjeno da proces korozije u troskovima starenja vazduhoplova ucestvuje do 80%. Sa druge strane, korozija ima veliki uticaj i na bezbednost, tako da se oko 45% ostecenja vazduhoplovnih konstrukcija moze pripisati koroziji (http://www.tailstrike.com/280488.htm, nd).
Korozija moze da bude izazvana razlicitim uzrocnicima i moze imati vise pojavnih oblika, zbog cega se u literaturi srece veliki broj razlicitih klasifikacija korozije, najcesce po mehanizmu i uslovima odvijanja.
Kod vazduhoplovnih konstrukcija korozija uglavnom predstavlja de-strukciju metala i legura usled elektrohemijske reakcije sa okolnom sredi-nom (slika 2).
(ш>
Slika 2 - Mehanizam korozije celika u vodi Рис. 2 - Механизм коррозии стали в воде Figure 2 - The mechanism of corrosion of steel in water
Elektrohemijska korozija je posledica odigravanja elektrohemijskih reakcija i podleze zakonitostima elektrohemijske kinetike. Bitan uslov nje-ne pojave je dodir metala sa drugom fazom koja ima osobine elektrolita, pri cemu na metalu dolazi do stvaranja tankog sloja sa osobinama elek-trohemijskog dvosloja. Elektrohemijska korozija nastaje u vodi (prirodnoj i tehnickoj), u vodenim rastvorima kiselina, baza i soli, u zemljistu i atmos-feri. Atmosfera nije elektrolit, ali se u atmosferskim uslovima korozija od-vija u vodenom kondenzatu koji, zbog vlaznosti vazduha, nastaje na me-talnoj povrsini i ima osobine elektrolita. Ovde spadaju svi slucajevi korozije u vlaznoj atmosferi (Rajakovic-Ognjanovic, 2011).
Slika 3 - Olupina aviona Curtiss P-40 Kittyhawk nadena u Sahari 70 godina nakon pada Рис. 3 - Останки самолета Curtiss P-40 Kittyhawk, найденного в Сахаре спустя
70 лет после крушения Figure 3 - The wreck of the aircraft Curtiss P-40 Kittyhawk found in the Sahara desert
70 years after the fall
<Ш)
Kakvu uiogu ima prisustvo viage, odnosno njeno odsustvo, na poja-vu i sirenje korozije pokazuje siucaj odiicno ocuvane oiupine iovca "Cur-tiss P-40 Kittyhawk" britanskog Kraijevskog vazduhopiovstva, otkrivene 2012. godine, 70 godina posie pada u Sahari (Harris). Avetinjski, aii savr-seno ocuvani ostaci aviona pronadeni su u zapadnom deiu pustinje u Egiptu (siika 3).
Postojece kiasifikacije, u zavisnosti od uzroka pojave korozije i obii-ka ostecenja, nepotpune su i nedovoijno precizne, sto se objasnjava od-sustvom jedinstvene kiasifikacije i nomenkiature korozivnih procesa.
Uprkos ovim ogranicenjima, jedna od najkorisnijih teorija koja se mo-ze koristiti za kategorizaciju korozije je strukturno-eiektrohemijska. U skiadu sa ovom teorijom, pokretacku snagu eiektrohemijskog procesa korozije cini prisustvo heterogenosti na povrsini metaia. U zavisnosti od prirode i dimenzije ove neuniformnosti raziikujemo tri raziicite kategorije korozije. To su:
- uniformna (opsta) korozija, koju karakterisu podmikrostrukturne heterogenosti, sto je uporedivo sa dimenzijama kristaine graficke resetke (tj. raziika u poiozaju atoma, termicke fiuktuacije metainih jona u rastvoru, itd),
- selektivna korozija, koju karakterise prisustvo mikroskopske neho-mogenosti od 0,1 mm do 1 mm, sto je uporedivo sa veiicinom krstaine graficke strukture metaia (tj. granicama zrna, druge faze u iegurama, itd.),
- lokalna korozija, koju karakterise prisustvo makroskopskih nehomo-genosti vecih od 1 mm (The Research and Technoiogy Organisation of NATO, 2011).
Uniformna (opsta) korozija
Nehomogenosti na povrsini metala, u interakciji sa agresivnim okru-zenjem, toliko su male po dimenziji i potencijalu da ce ista povrsina stal-no menjati uloge - ulogu anode i ulogu katode (The Research and Technology Organisation of NATO, 2011).
Iako je to vrlo cest mehanizam u mnogim korodiranim sistemima, on se na vazduhoplovnim konstrukcijama ne posmatra tako cesto, jer iza-brani vazduhoplovni materijali uvek su manje podlozni tome.
Uniformna korozija je uobicajena za rdajuci celik i gvozde, gde se moze lako prepoznati po crvenoj rdi. S obzirom na lako prognoziranje i otkri-vanje, uniformna korozija ne moze se smatrati njenim opasnim oblikom.
Opsti napad obicno se javlja na delovima gde je originalni zastitni sloj propao iz bilo kog razloga. Kao jedan od karakteristicnih slucajeva je pojava korozije na celiku oblozenom kadmijumom nakon sto je anodna prevlaka potpuno unistena (slika 4).
(ш>
Slika 4 - Uniformna korozija na kadmijumom oblozenoj komori za sagorevanje aviona AM-X Рис. 4 - Равномерная коррозия кадмиевого покрытия на камере сгорания самолета АМ-Х Figure 4 - Uniform corrosion on a cadmium plated AM-X Air combustion chamber
Erozija izazvana delovanjem tecnosti koja se brzo krece takode moze dovesti do uniformnog ili kvaziuniformnog napada. Ovaj specifican meha-nizam, nazvan erozija-korozija, postaje ozbiljniji na avionima koji lete u uslovima visoke temperature, gde je visok sadrzaj vlage, posebno u noc-nim casovima i gde ima peska (cvrsta cestica, obogacena solju, deluje kao izuzetno abrazivan medij koji uklanja boju i proizvode korozije, nudeci agresivnom okruzenju novu metalnu povrsinu).
Starenje aviona pogorsava probleme uniformne korozije na elektricnoj i elektronskoj opremi gde su, radi dobijanja zahtevanih performansi, mate-rijali kao sto su aluminijum, celik ili mesing, cesto inferiorni u pogledu ot-pornosti na koroziju.
Selektivna korozija
U selektivnu koroziju ukljuceni su svi fenomeni koji zavise od heteroge-nosti hemijskog sastava. U tom smislu, mozemo govoriti o elektrohemijskom napadu izazvanom unutrasnjom heterogenoscu materijala. Selektivna korozija razlicitom brzinom napada pojedine komponente, odnosno faze vise-komponentnih ili visefaznih metala (mesing, sivi liv, aluminijumska bronza).
Interkristalna korozija
Na vazduhoplovnim konstrukcijama interkristalna korozija (slika 5) mnogo je Cesce posmatran mehanizam ove klase korozije s obzirom na to da je karakteristican za legure aluminijuma, i Al-Cu (2xxx) i Al-Zn (7xxx) le-gure, gde je pokretacka snaga elektrohemijskog procesa u razlici potenci-jala izmedu druge faze (bogatija bakrom - vise plemenita ili bogatija cin-kom - manje plemenita) i aluminijuma.
Slika 5 - Interkristalna korozija: a) na AA2024 (160x); b) na Mg leguri AZ-91C (250x) Рис. 5- Межкристаллитная коррозия a) на AA2024 (160x); b) на Mg alloy AZ-91C (250x) Figure 5 - Intergranular corrosion: a) on AA2024 (160x); b) on Mg alloy AZ-91C (250x)
U ovom slucaju korozija napreduje uzduz granica zrna u unutra-snjost metala (slika 6) i mora se smatrati veoma opasnom, jer, uprkos mi-nimalnom gubitku materijala, mehanicke osobine drasticno degradiraju. Pri ovoj vrsti korozije nema vidljivih promena spoljasnjeg izgleda metala. Medutim, pri napredovanju interkristalne korozije metal postaje krt, pa relativno lako moze da dode do razaranja i pri neznatnim statickim, a posebno dinamickim opterecenjima. Interkristalna korozija se tesko otkri-va metodama ispitivanja bez razaranja.
Slika 6 - Interkristalna korozija: A - povrsina legure; L - legura, G - granica zrna, P - produkti korozije po granicama zrna. Рис. 6 - Межкристаллитная коррозия: А - поверхность сплава; L - сплав, G - границы зерен, Р - продукты коррозии на границах зерен. Figure 6 - Intergranular corrosion: A - surface of alloy; L - alloy, G - grain boundaries, P - products of corrosion at the grain boundaries.
Visokolegirani nerdajuci celici osetljivi su na interkristalnu koroziju, koja je posebno zastupljena kod nerdajucih celika na bazi hroma, bez ob-zira na njegovo povoljno dejstvo na povecanje otpornosti na koroziju
(l35>
(>12%Cr), jer se povrsina ovih celika prevlaci pasivizirajucim filmom Cr203. Medutim, tokom neodgovarajuce termicke obrade ovih celika ili njihove eksploatacije u nedozvoljenom temperaturno-vremenskom intervalu, dolazi do migracije atoma hroma iz pogranicnih oblasti u granice zr-na gde se izdvajaju u vidu karbida Cr23C6. Usled osiromasenja pogranicnih oblasti na hromu (<<12%Cr) one vise nisu zasticene pasivnim oksid-nim filmom, pa postaju anodne u odnosu na unutrasnjost zrna i sklone in-terkristalnoj koroziji. Sklonost nerdajucih celika interkristalnoj koroziji, od-nosno njihova osetljivost na lokalnu promenu u sadrzaju hroma koja se odvija u odredenom temperaturskom intervalu (450^480°C) poznata je kao senzitizacija. Pojava senzitizacije cesta je posledica zavarivanja (Ko-rozija, nd).
austemt
Cr < 12%
nasiaga yinetalni joni
pasivirani oksidni /zaStitni sloj
VODA
Slika 7 - Niskotemperaturna senzitizacija PH 17-7 nerdajuceg celika Рис. 7 - Сенсибилизация РН 17-7 нержавеющей стали при низкой температуре Figure 7 - Low temperature sensitization on PH 17-7 stainless steel
Slika 8 - Sematski prikaz procesa senzitizacije Рис.8 - Схематическое изображение процесса сенсибилизации Figure 8 - Schematic representation of the process of sensitization
Lokalizovana korozija
Kod lokalizovane korozije posmatra se najveci broj mehanizama koro-zije. Zajednicki faktor kod svih razlicitih oblika korozije u slucaju lokalnog napada je prisustvo stabilnih i jasno odvojenih katodnih i anodnih oblasti.
Pri lokalnoj koroziji rastvaranje metala moze da se odvija na jednom mestu, redukcija na drugom, a stvaranje korozivnih produkata na trecem mestu. U tom slucaju korozivni produkti nece predstavljati zastitu metala od dalje korozije.
Lokalna elektrohemijska korozija dovodi do mestimicnog nagrizanja koje se manifestuje pojavom prskotina, jamica, itd.
Сш)
Piting (tackasta) korozija
Piting korozija je izrazito lokalizovan korozivni napad pri kojem dola-zi do stvaranja korozivnih jamica (pitova). Tackastoj (piting) koroziji pod-lozne su veoma male (ogranicene) povrsine metala (ostatak povrsine je u stabilnom, pasivnom stanju), pri cemu dolazi do stvaranja ostecenja -tackica, rupica, jamica i kratera (slika 9).
Slika 9 - Mehanizam piting korozije Рис. 9 - Механизм точечной коррозии Figure 9 - The mechanism of pitting corrosion
Piting korozija po elektrohemijskom mehanizmu se, po pravilu, javlja u rastvorima koji sadrze oksjdanse (to moze da bude i kiseonik iz vazdu-ha) i aktivne anjone (Cl , Br , I , itd.). Osnovni uslov nastajanja pitinga je pomeranje elektrohemijskog potencijala u prisustvu oksidansa u rastvoru (anodna polarizacija) i priblizavanje kriticnoj vrednosti. Povrsina pitinga je anoda i razara se velikom brzinom na racun kontakta sa ostatkom povrsine koja se nalazi u pasivnom stanju - nepolarizovana katoda. Posto je istovremeno postojanje pasivne katode i aktivne anode na povrsini jed-nog istog metala, bez ikakvih dopunskih uslova, nemoguce, takav sistem je elektrohemijski nestabilan.
i
Slika 10 - Piting korozija na HH-3F kompresorskoj lopatici Рис. 10 - Точечная коррозия на компрессорной лопатке HH-3F Figure 10 - Pitting corrosion on a HH-3F compressor blade
(Ш>
Na odvijanje piting korozije, pored vec pomenutih uzroka, uticu i he-mijski sastav materijala, njegova struktura i termicka obrada, temperatura, stanje povrsine i nemetalni ukljucci. Pitovi se formiraju na mestima ra-zaranja pasivnog filma na povrsini metala, u prisustvu jona.
Stepen zastite koju pruza pasivni film zavisi od njegove debljine, kontinuiteta, koherentnosti i adhezije za metal, itd. Ako se film osteti me-hanicki ili hemijski, moze doci do njegovog ponovnog formiranja (repasi-vizacije) ili do daljeg odvijanja korozivnih procesa.
Tackasta korozija razvija se u tri stadijuma koji obuhvataju:
• inicijalno stvaranje jamice (nukleacija),
• pocetni rast jamice (u odredenim uslovima moze da se okonca re-pasivizacijom) i
• stabilni rast jamice.
Kod tackaste korozije pojavi vidljivih jamica prethodi dug inicijalni period. Ovaj interval podrazumeva period od nekoliko meseci do godinu dana, u zavi-snosti od toga o kojem je materijalu i kakvoj korozionoj sredini rec. Kada jed-nom zapocne rast, jamice penetriraju u metal stalno rastucom brzinom (ukoli-ko se ovaj proces ne narusi). Jamice obicno rastu u pravcu dejstva gravita-cije, pa se zato razvijaju na horizontalnim povrsinama, rastu nadole. Zabe-lezen je veoma mali broj slucajeva stvaranja jamica na vertikalnim povrsinama ili na horizontalnim povrsinama sa rastom nagore. U slucaju piting korozije gubitak metala (kao jedan od aktuelnih pokazatelja razvoja korozivnih procesa) veoma je mali i ne moze da ukaze na dubinu prodiranja jamice.
Piting korozija se vizuelno uocava u drugom stadijumu, i to u vidu ostro definisanih jamica. Medutim, na osnovu povrsinskog izgleda ne sme da se su-di o stepenu ostecenja, zato sto potpovrsinsko ostecenje moze da bude vece.
Medusobnim spajanjem nekoliko jamica formira se krater. Oblik pi-tinga menja se od nepravilnog do priblizno geometrijski pravilnog. Jamice pravilnog geometrijskog oblika koriste se pri analizi mehanizma piting korozije i njenog modeliranja (Korozija, nd).
Korozija u pukotinama i zazorima
Tokom eksploatacije metalnih konstrukcija, ukljucujuci i konstrukcije od celika, moze da dode do pojave lokalizovane korozije koja podrazumeva intenzivno razaranje u zazorima. Zazori su u konstrukcijama neiz-bezni, nastaju pri spajanju razlicitih delova koji mogu da budu od istog ili razlicitog metala. Najvecu osetljivost na pojavu korozije u zazorima imaju pasivni metali (korozivno postojane legure, Al-legure), jer u zazorima do-lazi do njihove depasivizacije (slika 11).
Karakteristika korozivnih procesa u zazorima je snizenje koncentra-cije oksidansa (kiseonika i dr.) u poredenju sa njegovom koncentracijom u rastvoru i sporo odstranjivanje produkata korozivne reakcije iz zazora. Lokalna gustina struje rastvorenog metala u zazoru je jako visoka, jer je
preostala povrsina van zazora znatno veca. Ovakvim mehanizmom obja-snjava se lokalno nagrizanje metala u zazorima i odsustvo nagrizanja ili slabo nagrizanje ostale povrsine metala.
Joni hlora i vodonika ubrzavaju rastvaranje vecine metala i legura, odno-sno imaju isto dejstvo kao i kod tackaste korozije metala. Ova vrsta korozije odvija se u gotovo svakoj sredini, ali najintenzivnija je u rastvorima hlorida.
Slika 11 - Mehanizam korozije u zazoru Рис.11 - Механизм щелевой коррозии Figure 11 - The mechanism of corrosion in the crevice
Za razvoj korozije u zazorima, koja je u najvecem stepenu odredena difuzionim procesima, vazan cinilac predstavlja sirina zazora. Najveci stepen korozije metala nije utvrden pri najmanjoj sirini zazora (<0,05 mm), kada je dolazak oksidacionih sredstava jako otezan, vec pri zazorima srednje sirine (0,05^0,5 mm). Ukoliko je sirina zazora manja, narusa-vanje pasivnog sloja odvija se na vecoj povrsini i narusava pasivnost, pa korozija postaje ravnomerna. U zazorima srednje velicine koncentracija oksidacionog sredstva se u manjoj meri snizava, pasivnost se lokalno narusava, a korozija postaje mestimicna, sireci se u dubinu. Tako se npr. pri ispitivanju nerdajuceg celika sa 13% Cr u morskoj vodi, u prisustvu zazora velicine 0,05 i 0,1 mm, korozija u zazorima pojavila vec posle tri, odnosno sest meseci. Kada je velicina zazora povecana na 0,5, odnosno 1 mm, korozija u zazorima nije otkrivena (Korozija, nd).
Slika 12 - Korozija u zazoru na avionu Tornado Рис.12 - Щелевая коррозия на самолете Tornado Figure 12 - Crevice corrosion on Tornado
C¿39>
Galvanska korozija
Galvanska korozija je najocigledniji oblik lokalizovane korozije, gde su vrlo jasno identifikovana anodna i katodna podrucja (slika 13).
Slika 13 - Mehanizam galvanske korozije Рис. 13 - Механизм гальванической коррозии Figure 13 - The mechanism of galvanic corrosion
Ova vrsta korozije nastaje kada su dva metala razlicitog elektrohe-mijskog potencijala u kontaktu u korozivnom medijumu, a nastala ostece-nja manje plemenitog metala su ozbiljnija nego da je sam izlozen u istom medijumu.
Sirenje korodirane oblasti na anodi, kao i brzina korozije, zavisice od razlike elektrohemijskog potencijala izmedu metala i provodljivosti agre-sivnog medijuma. U svakom slucaju, napad korozije je vise koncentrisan u delu anodnog metala blize katodi.
Slika 14 - Galvanska korozija na MB-339 izmedu nosaca od Mg legure i zavrtnja od aluminijuma Рис.14 - Гальваническая коррозия на MB-339 между опорой из Mg сплава и аллюминиевыми заклепками Figure 14 - Galvanic corrosion on the MB-339 between an Mg alloy trim and aluminum rivets
es0)
U vazduhoplovnim konstrukcijama cesto je potrebno koristiti razlicite metale, tako da se galvanska korozija ne moze u potpunosti izbeci. Tipican primer pojave galvanske korozije je slucaj kada se za zatvaranje otvora u oplati od aluminijumske legure koriste celicni zavrtnji ili nitne (The Research and Technology Organisation of NATO, 2011).
Povrsinska (filiform) korozija
Filiform korozije (slika 15) mogu se naci pod organskim premazima, kao sto su boje, usled prodiranja vlage kroz oblogu pod specificnim tempe-raturama (T>30°C) i uslovima vlaznosti (Hr>85%).
Slika 15 - Filiform korozija Рис. 15 - Нитевидная коррозия Figure 15 - Filiform corrosion
Naponska korzija i korozivni zamor
Naponska korozija
Naponska korozija je vid razaranja materijala u kojem se javljaju pr-skotine usled zajednickog delovanja korozije i deformacije metala zbog zaostalih napona ili pod dejstvom primenjenog napona, sto predstavlja definiciju zasnovanu na ISO.
Naponska korozija ne izaziva uvek krti lom (lom pracen malom duk-tilnoscu) i, kao korozivni proces koji nije vidljiv, prouzrokuje znacajan pad mehanickih karakteristika metala uz njegov vrlo mali maseni gubitak. lako korozivno naponska prskotina, kao ostecenje, ne moze da se uoci pri kontroli stanja povrsine metala, ona moze da bude „okidac" brzog me-hanickog loma ili razaranja komponenti i konstrukcija (Korozija, nd).
Prsline i razaranja usled naponske korozije metala mogu da se jave samo ako su istovremeno ostvarena sledeca tri uslova:
• sredina koja ima takve karakteristike da kod konkretnog materijala pogoduje pojavi naponske korozije,
• materijal koji je „osetljiv" na pojavu naponske korozije,
• dovoljan zatezni napon.
(hT>
Svaki od ovih uslova mora se razmatrati individualno, sa svim deta-Ijima. Na primer, ako se razmatra materijal, on ne moze da se posmatra samo sa gledista hemijskog sastava vec i sa gledista mikrostrukture koja je ostvarena konkretnom termickom obradom.
Prisutne prsline slabe konstrukciju, smanjujuci poprecni presek zida komponenti, pa su moguca iznenadna razaranja. Brzina sirenja prsline, u zavisnosti od stepena i inteziteta sadejstva, moze da bude veoma velika i da se proces razaranja, od pojave prsline, odvija u kratkom periodu (do nekoliko dana). Naponska korozija siri se u velikom opsegu brzina, od 10-3 do 10 mm/h, u zavisnosti od kombinacije legure i radne sredine. Ge-ometrija prsline je takva da kada poraste do odredene duzine moze da postigne kriticnu duzinu i tada dolazi do prelaska od relativno laganog sirenja, koje ima odlike naponske korzije, do sirenja velikom brzinom svoj-stvenom za mehanicko razaranje (Hwangbo, 2014).
Slika 16 - Ilustracija rasta potkriticne prskotine u grafenu nastale pod dejstvom naponske korozije. I) adsorpcija vodene pare u ugljenicne veze u grafenu; II) transport vodene pare u grafen; III) elektrostaticka interakcija vodene pare i garfena.
Рис. 16 - Иллюстрация докритичной трещины в графене, возникшей под напряжением коррозии. I) Адсорбция паров воды в углеродной связи в графене; II) Транспорт паров воды в графене; III) Электростатическое взаимодействие паров
воды и графена
Figure 16 - Illustration of subcritical crack growth in graphene formed under the influence of stress corrosion. I) adsorption of water vapor to carbon bonds in graphene; II) diffusive transport of water vapor to graphene; III) electrostatic interaction between water vapor and graphene.
Naponska korozija najcesce se javlja na:
• zavarenim spojevima (prelazna oblast/osnovni materijal, posebno u ZUT-u,
• cevnim lukovima,
• na mestima naglih razlika u dimenzijama.
Imajuci u vidu da su procesi koji prethode vidljivoj pojavi naponske ko-rozije jos uvek nedovoljno istrazeni, prema danasnjim saznanjima, postoji nekoliko mogucih modela za opisivanje ove vrste korozivnog razaranja.
Ostecenje zastitnog sloja - stabilizacija
Ovaj model ima nekoliko varijacija, a karakteristican primer prikazan je na slici 17. Konstantni zatezni naponi uzrokuju razaranje povrsinskog, zastitnog, oksidnog sloja. Razaranje zastitnog sloja mogu izazvati klizne trake koje formiraju klizne stepenice na povrsini metala, ukoliko je spreceno vise-struko klizanje u strukturi metala zbog deformacionih procesa (slika 17. a). Na taj nacin iniciraju se prskotine koje se sire transkristalno. U ostalim sluca-jevima stepenicu klizanja na povrsini metala prave pojedinacna zrna - grani-ca zrna oslabljena talozenjem karbida i nitrida (slika 17.b). Na ovaj nacin formiraju se prskotine koje se sire interkristalno (Korozija, nd).
Hemijsko rastvaranje metala potpomognuto mehanickim dejstvom
Ovaj mehanizam prikazan je na slici 18. Rastvaranjem metalne po-vrsine pod dejstvom korozivne sredine stvaraju se praznine koje, pod dejstvom polja zateznih sila, migriraju i akumuliraju se pri vrhu prskotine i dovode do njenog rasta.
Slika 17 - Mehanizam razaranja zastitnog oksidnog sloja Рис. 17 - Механизм разрушения защитного оксидного слоя Figure 17 - The mechanism of destruction of the protective oxide layer
Slika 18 - Sematski prikaz mehanizma rastvaranja metala potpomognutog mehanickim dejstvom Рис. 18 - Схематическое изображение механизма растворения металлов под механическим воздействием Figure 18 - Schematic view of the mechanism of dissolution of metals under mechanical action
(H3>
Na slici 19 prikazan je nacin inicijacije korozivno naponskog ostece-nja i faze napredovanja naponske korozije.
T
c=í> (Naprezanje)
Lokalno ra zara nje oksidnog filma
Obrazovanje korozionog pita
Iniciranje i rast SCC
ч
\
Zavrsni mehanicki lom
Slika 19 - Faze napredovanja naponske korozije Рис. 19 - Этапы образования коорозии под напряжением Figure 19 - Stages of progression of stress corrosion
Prskotina pri naponskoj koroziji moze da se siri transkristalno (kroz same kristale) i interkristalno (duz granica kristala).
Slika 20 - Transkristalna prskotina nastala kao posledica naponske korozije (ostra je i prava) Рис. 20 - Трещина в результате коррозионного напряжения. Острая трещина с ровными краями. Транскристаллитная трещина Figure 20 - Crack as a result of stress corrosion. The crack is sharp and straight -transgranular crack
Slika 21 - Interkristalna prskotina nastala usled naponske korozije (x500 Inconel). Рис. 21 - Межкристаллитное коррозионное растрескивание под напряжением (x500 Inconel) Figure 21 - Intergranular stress corrosion cracking (x500 Inconel).
Korozivni zamor
Korozivni zamor je rezultat kombinovanog delovanja promenljivih napona i korozivnog okruzenja. Veruje se da usled delovanja zamora do-lazi do prekida zastitnog pasivnog sloja, pa se korozija intenzivira. Prisu-
С144>
stvo korozivnog okruzenja eliminise postojecu granicu „zamorne cvrsto-ce" celika i kreira konacan radni vek nezavisno od napona. Korozivno okruzenje utice na povecanje brzine rasta prskotine ilj rast prskotine pri nizim naponima nego u sredini koju cini suv vazduh. Cak i uslovi veoma slabe atmosferske korozije, npr. kod konstrukcija izradenih od aluminiju-ma, dovode do smanjenja dinamicke cvrstoce na 25% od vrednosti na vazduhu. Nijedan metal, ako se nalazi u korozivnom okruzenju, nije imun od izvesnog smanjenja svoje otpornosti na delovanje promenljivih napona. Kontrola korozivnog zamora moze da se izvede ili smanjenjem broja ciklusa ili kontrolom radne sredine.
Na povrsini metala formiraju se stepenice klizanja (slika 22). Na taj nacin ostecuje se zastitni sloj, cime zapocinje elektrohemijsko anodno rastvaranje metala koji je dosao u dodir sa elektrolitom, sto dovodi do po-jave mikroprskotina.
Broj ciklusa do loma pri korozivnom zamoru zavisi od ucestalosti od-vijanja ciklusa. Za odvijanje je potrebno vreme, pa je uticaj efekta koro-zivne sredine veci kada frekvencija ciklusa postaje niza, sto ukazuje na to da korozivni zamor pokazuje svoj maksimalni efekat ako su i frekvencija i prisutno opterecenje niski (Korozija, nd).
Slika 22 - Mehanizam formiranja stepenica klizanja na povrsini metala Рис. 22 - Механизм возникновения ступени скольжения на поверхности металла Figure 22 - The mechanism of creation of slip steps on the surface of metal
Zakljucak
S obzirom na razlicite materijale, okruzenja i mehanicka naprezanja, vazduhoplovstvo predstavlja jednu od oblasti u kojoj se posmatra najveci spektar tipova korozije.
Ovaj rad predstavlja sazet pregled najcescih pojavnih oblika korozije na vazduhoplovnim strukturama.
(H5>
o
co
"o
>
CD
O CM
of
UJ
a.
Z) O
o <
o
X
o
LU
H
>-
OH <
H
<
CD >o
X UJ H
O
O >
Kako su, zbog odsustva jedinstvene klasifikacije i nomenklatura korozivnih procesa, postojece klasifikacije nepotpune i netacne, kate-gorizacija korozivnih procesa izvrsena je na osnovu opste prihvacene strukturno-elektrohemijske teorije, prema kojoj na elektrohemijski proces korozije utice prisustvo heterogenosti na povrsini materijala. Obzi-rom na navedeno, a u zavisnosti od prirode i dimenzije ove neuniform-nosti, razlikujemo tri osnovne kategorije korozije: uniformna, selektiv-na i lokalizovana.
Stalno prosirivanje znanja o problemima korozije, zasnovano na prethodnim iskustvima i multidisciplinarnom pristupu projektovanju, kao i razvoj metoda analize bez razaranja, od sustinskog su znacaja za uspe-sno suocavanje sa ekonomskim i bezbednosnim izazovima starenja va-zduhoplova.
Literatura / References
Cockpit Voice Recorder Database 28 April 1988 - Aloha 243, [internet], Preuzeto sa http://www.tailstrike.com/280488.htm.
Dekompresija prouzrokova otvaranjem rupe na trupu aviona B747 kompanije "Qan-tas", [internet], Preuzeto sa http://www.udruzenjepilota.org/ arhiva/08/07/080726qantas.htm.
Halsne, C., 2004, Defects in aging passenger jets exposed, [internet], Preuzeto sa http://www.iasa.com.au/folders/Safety_Issues/RiskManagement/ AlohaAgain-2.html.
Harris P., Frozen in the sands of time: Eerie Second World War RAF fighter plane discovered in the Sahara 70 years after it crashed in the desert, [internet], Preuzeto sa http://www.dailymail.co.uk/news/article-2142300/Crashed-plane-Second-World-War-pilot-Dennis-Copping-discovered-Sahara-desert.html.
Hwangbo, Y., 2014, Fracture Characteristics of Monolayer CVD-Graphene, [e-book], Preuzeto sa http://graphene.yonsei.ac.kr/publications/2014/ Fracture%20Characteristics%20of%20Monolayer%20CVD-Graphene.pdf.
Korozija, [internet], Preuzeto sa https://www.yumpu.com/hr/document/view/ 14040635/3-korozija.
Rajakovic-Ognjanovic, V., 2011, Uticaj kvaliteta vode na koroziju celika, Univerzitet u Beogradu, Tehnolosko-metalurski fakultet, [internet], Preuzeto sa https://fedorabg.bg.ac.rs/fedora/get/o:6738/bdef:Content/get.
The Research and Technology Organisation of NATO, 2011, Corrosion and Maintenance Data Sharing - Final Report of Task Group AVT-137, [e-book], Preuzeto sa http://natorto.cbw.pl/uploads/2011Z11/$$TR-AVT-137-ALL.pdf.
КОРРОЗИЯ В АВИАЦИОННЫХ КОНСТРУКЦИЯХ
Зоран Ц. Петрович
ВПВО, 204. авиационная бригада, Батайница
ОБЛАСТЬ: материалы, химические технологии ВИД СТАТЬИ: обзорная статья ЯЗЫК СТАТЬИ: сербский
Резюме:
В вводной главе представлен краткий обзор причин появления коррозии и коррозионных повреждений на авиационных конструкциях.
Учитывая отсутствие единой классификации и номенклатуры коррозионных процессов и то, что существующие классификации неполные и недостаточно точные, категоризация коррозионных процессов в этой работе произведена на основании структурно-электрохимической теории, согласно которой движущей силой електрохимического процесса коррозии является присутствие гетерогенности на поверхности материала. В зависимости от характера и размеров данной неоднородности, выделяются три категории коррозии: равномерная, избирательная и локальная коррозия.
Далее представлены виды коррозии, которые появляются в трёх ранее описанных категориях коррозии. Рассмотрены и обстоятельства, способствующие появлению определённых видов коррозии в различной коррозионной среде. Приведены примеры того, как протекают коррозионные процессы при кратком описании их механизмов.
В последней главе, в качестве заключения, обобщены результаты исследования возможных причин появления коррозии на авиационных конструкциях.
Ключевые слова: коррозия, авиационная конструкция, равномерная, избирательная, локальная, коррозия под напряжением, коррозионная усталость.
CORROSION IN AIRFRAMES
Zoran C. Petrovic,
AF and AD, 204th Aviation Brigade, Batajnica
FIELD: Materials, Chemical Technology ARTICLE TYPE: Review Paper ARTICLE LANGUAGE: Serbian
Summary:
The introductory chapter provides a brief reference to the issue of corrosion and corrosion damage to aircraft structures. Depending on the nature and dimensions of this nonuniformity, three different categories of corrosion are defined: uniform, selective and localized corrosion.
С®
The following chapters present the forms of corrosion that can occur in three defined categories of corrosion. Conditions that cause certain types of corrosion in various corrosive environments are discussed. Examples of corrosion processes are listed and mechanisms of these processes are briefly described. And, as a conclusion, the last chapter presents the summary of investigations of corrosion and corrosion damage to aircraft structures.
Introduction
Probably the best and broadest definition of corrosion says that corrosion is the degradation of mechanical properties of materials in the interaction with the environment. Corrosion in aeronautical structures must be considered as a significant problem, because it directly affects both the security and the economy-logistics. In view of the variety of materials, environments and mechanical stresses, aviation is one of the areas where the widest range of types of corrosion can be found.
Depending on the nature and the dimensions of this non-uniformity, three different categories of corrosion can be experienced: Uniform corrosion, Selective corrosion and Localized corrosion.
Uniform corrosion
Although this is a very common mechanism in many corroded systems, it is not so often observed on airframes because the chosen aeronautical materials are always less prone to it. Uniform corrosion is common for non-stainless steel and iron where it can be easily recognized by red rust. Easily detectable and forecasted uniform corrosion cannot be considered a very dangerous form of corrosion.
Selective corosion
This category includes all the phenomena depending on the presence of heterogeneities in a chemical composition. In this sense, we can also talk about this electrochemical attack as caused by an intrinsic heterogeneity of the material.
On airframes, intergranular corrosion is a more often observed mechanism of this class because it is a characteristic of aluminium alloys, both Al-Cu (2xxx) and Al-Zn (7xxx) alloys, where the driving force for the electrochemical process is the difference in potential between the second phase (richer in copper - more noble, or richer in zinc - less noble) and aluminium. In this case, a corrosion profile follows the shape of grain boundaries, and must be considered very dangerous because, in spite of minimum material loss, mechanical properties fall dramatically down.
Localized corrosion
This is certainly the class where the widest number of corrosion mechanisms is observed. The common factor among the different forms of corrosion in the case of a localized attack is the presence of stable and clearly separate cathodic and anodic areas.
In the case of local corrosion, dissolution of metals can be done in one place, a reduction in the second place, and the creation of corrosion products in the third; in this case, the corrosion products will not protect the metal from further corrosion.
Pitting corrosion: Pitting corrosion is a dangerous attack which occurs on passive materials when the protective oxide layer breaks. It is often observed on stainless steel and aluminium alloys that spontaneously form a protective film.
Crevice corrosion: During the exploitation of metal structures, including steel structures, there may be the appearance of localized corrosion, which means the intense destruction in crevices (gaps). Crevices in structures are inevitable; they occur at connections of different parts which may be the same or different metals. Passive metals (corrosion resistant alloys, Al-alloys) have the greatest sensitivity to signs of corrosion in gaps.
Galvanic corrosion: Galvanic corrosion is the most evident form of localized attacks, where anodic and cathodic areas are clearly identified.
Filiform corrosion: Filiform corrosion can be found under organic coatings such as paints, due to penetration of moisture through the coated surface under specific temperature (T>30°C) and humidity conditions (Hr > 85%).
Stress Corrosion Cracking and Corrosion-Fatigue: Unfortunately, these two dangerous localized corrosion mechanisms are often observed on airframes. Both produce cracks, different in shape and pattern, whose growth is caused by the synergetic action of a moderate corrosive environment and a mechanical stress: a static load (lower than the material's yield tensile stress) in the case of SCC, or a cyclic load in the case of corrosion-fatigue (lower than the material's fatigue limit).
Conclusion
In view of the variety of materials, environments and mechanical stresses, aviation is one of the areas where the widest range of types of corrosion is observed.
Because of the absence of uniform classification and nomenclature of corrosive processes, existing classifications are incomplete and inaccurate. The categorization of corrosive processes in this paper was done on the basis of the structural-electrochemical theory, according to which the driving force of an electrochemical corrosion process is the presence of heterogeneity on the metal surface. Depending on the nature and dimensions of this nonuniformity, three different categories of corrosion are defined: uniform, selective and localized corrosion.
Constantly expanding knowledge about the problems of corrosion, based on previous experiences and multidisciplinary approach to the design, as well as the development of non-destructive methods of analysis are essential for successfully confronting the economic and security challenges of aging aircraft.
Key words: corrosion, aircraft structure, uniform, selective, localized, stress corrosion, corrosion fatigue.
LO
7
0
CO
.p p
,a m ja ci
s
mi ni
v lo pl
o
d
ja
o
N
,ci iv ro tr
e P
Datum prijema clanka / Дата получения работы / Paper received on: 21. 06. 2015. Datum dostavljanja ispravki rukopisa / Дата получения исправленной версии работы / g Manuscript corrections submitted on: 28. 07. 2015.
-5 Datum konacnog prihvatanja clanka za objavljivanje / Дата окончательного > согласования работы / Paper accepted for publishing on: 30. 07. 2015.
0 2
© 2016 Autor. Objavio Vojnotehnicki glasnik / Military Technical Courier (www.vtg.mod.gov.rs, втг.мо.упр.срб). Ovo je clanak otvorenog pristupa i distribuira se u skladu sa Creative Commons ш licencom (http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/rs/).
E
g © 2016 Автор. Опубликовано в "Военно-технический вестник / Vojnotehnicki glasnik / Military
О Technical Courier" (www.vtg.mod.gov.rs, втг.мо.упр.срб). Данная статья в открытом доступе и
^ распространяется в соответствии с лицензией "Creative Commons"
О (http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/rs/). z
^ © 2016 The Author. Published by Vojnotehnicki glasnik / Military Technical Courier
liu (www.vtg.mod.gov.rs, втг.мо.упр.срб). This article is an open access article distributed under the terms and conditions of the Creative Commons Attribution license
^ (http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/rs/). <
<л <
-j
CD
>o z
X Ш I—
О z
О >
