Značaj poznavanja kontaktne korozije Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

Dr Vladimir Vujičić, pukovnik, dipt. inž.

Tchoićka uprava GS VJ.

Beograd

ZNAČAJ POZNAVANJA KONTAKTNE KOROZIJE

UDC: 620.193.7:541.133/. 134

Rezime:

U radu su prikazane teorijske osnove koniaktne korozije i opisani faktori koji prouzrokuju povećanje i smanjenje njene brzine. Detaljnije su opisani uticaji elektromotome siie, otpora elektrolita i odnosa veličine anodne i katodne povrSine. Na kraju su ponudena neka konstrukciona reienja, čijom primenom se smanjuje, odnosno potpuno sprečava koniaktna korozija.

Ključne reči: kontaktna korozija, koroziona struja, korozioni spreg, elektromoioma siia.

IMPORTANCE OF HAVING KNOWLEDQE OF CONTACT CORROSION

Summary:

The basics of contact corrosion are given in the article as well as the factors influencing the increase and the decrease of contact corrosion rate. The effects of electromotive force. electrolyte resistance and anode surface to cathode surface ratio are described in detail. Some construction solutions which reduce or prevent contact corrosion are offered as well.

Key words: contact corrosion, corrosion power, corrosion coupling, electromotive force.

Uvod

Za izradu veiikog broja konstrukcija, maSina i uredaja koriste se raznorodni materijali i legure. Metali čiji se elek-trodni potencijali razlikuju, nakon spaja-nja, u elektrolitu podležu koroziji koja se razlikuje od korozije nespregnutog me-tala u istom elektrolitu. Manje plemeniti metal u spregu sa plemenitijim metalom obično korodira većom brzinom nego u odsustvu kontakta. U istim uslovima br-zina korozije plcmenitijeg metala manja je od brzine korozije istog ali nespregnutog metala.

Pojačana korozija metala pri kon-taktu sa drugim metalima naziva se kontaktna korozija.

Kontaktna korozija se odvija u at-mosferskim uslovima ispod kondenzata vodene pare, u vodi, vlažnoj zemlji i rastvorima brojnih hemijskih jedinjenja. Najčešće se susreće kod limova spojenih zakovicama od drugog metala i kod konstrukcija spojenih zavarivanjem sa elektro-dom čiji se poteneijal razlikuje od poten-cijala metala koji $e spaja. Pored navede-nih dvoelektrodnih sistema u praksi se susreću i višeelektrodni sistemi kao, na primer, kod sistema za hladenje motora

VOWOTEHNIĆKJ GLASNIK 2/2000.

201

tečnošću, koji se obično sastoji od clcmc-nata od čelika, mesinga, pocinkovanog čelika i lcgura aluminijuma.

Kontaktna korozija

Kontaktna korozija jc oblik elektro-hcmijske korozije. Nastajc kada su u kontaktu najmanjc dva metala različitih elektrodnih potencijala. U takvom spregu elektronegativniji metal je anoda, a clek-tropozitivniji katoda sprega.

Na anodi sc odvija proces oksidacije: Mc -* Me’+ + ze (1)

gde je Me - simbol za bilo koji metal.

Na katodi se odvija proces redukcije agensa korozijc. Najčešći agensi korozije su vodonični joni u kiselim sredinama i kiseonik u ostalim rastvorima. Reakcije rcdukcije vodoničnog jona i kiseonika prikazuju se na sledeći način:

2H+ + 2e H2 (2)

O; + 2H:0 + 4e 40H" (3)

Rcakcije (1), (2) i (3) nazivaju se pri-marne reakcije. Sekundarnim rcakcijama doiazi do spajanja jona metala sa kisclin-skim ostatkom (A') ili sa hidroksilnim jonima, pri čemu nastaje produkt korozije:

+ A*' —* MeA (4)

+ z(OH-) Me(OH)2 (5)

Kontaktnu koroziju karakteriše ubr-zana korozija manje plemenitog metala (1, 2, 3, 4 i 5]. Ova pojava može sc najjednostavnije prikazati pomodu polari-

zacionih krivih u dijagramu potencijal -struja. Za primer su uzeta dva metala različitog potencijala, i to u slučaju kada nisu i kada jesu u kontaktu. Radi raspo-znavanja elektropozitivniji metai je ozna-čen sa K, a clcktroncgativniji sa A, zbog jednostavnosti prikazivanja kinetike ko-rozivnog procesa uzeto je da u elektrolitu postoji jcdan korozivni agens. S obzirom na to da sc radi o mctalima različitih potencijala, oni korodiraju i kada nisu u kontaktu, ukoliko im je elektrodni potencijal negativniji od potencijala redukcije agensa korozije. Korozija se odvija zbog pojave mikrokorozionih spregova koji na-staju kao posledica hetcrogcnosti po-vršine metala. Na površinama mikrokorozionih spregova odvijaju se reakcije oksidacije i redukcije. lstovremeni rad svih spregova jednak je ukupnoj koroziji. Zbog razlike u potencijalima na dijagramu se uočavaju razlike u vrednostima brzine korozije. Brzine korozije odredene su gustinama struje anodnog rastvaranja metala iK i iA pri korozivnom potencijalu EA.kor i EK.kor (slika la).

Korozivno ponašanje oba metala menja se nakon njihovog kontakta, kada se formira makrokorozivni spreg. Nakon kontakta, površina metala A ponaša se kao anoda, a površina metala K kao katoda makrokorozivnog sprega. Kon-takt dovodi do promene vrednosti koro-zivnih potencijala oba metala, a time i do promene vrednosti korozivnc struje. Korozivni potencijal metala A pomeren je prema pozitivnijim, a metala K prema negativnijim vrednostima, tako da je us-postavljen novi korozivni potencijal koji jc zajednički za oba metala u slućaju elektrolita dobre provodljivosti (slika lb). U svim drugim slučajevima potenci-jali oba metala nemaju istu vrednost. Vidi se da je novoformirani korozivni

202

VOJNOTEHNIČKI GLASN1K 2/2000.

SI. 1 - Dijagram potencijai - struja:

») hula metali A i K omi u kontaktu: b) kada su metali A i K u koniaktu

potencijai negativniji od potencijala lo-kalne anode plemenitijeg metala, a pozi-tivniji od potencijala lokalne katode ma-nje plemenitog metala. To ima za posle-dicu da manje plemeniti metal figurira kao anoda, a plemenitiji metal kao ka-toda makrokorozivnog sprega. Zbog toga dolazi do povećanja brzine korozije metala A, koja se manifestuje u povećanju korozivne struje od iA.niax na ima,. Na površini metala K odvija se, u ovom slučaju, samo redukcija agensa korozije.

Brcina kontaktne korozije

*kor

AES — r|fc — r|a Rm - Rc

(7)

Jcdnačina (7) pokazuje da na brzinu korozije utiču sledeći faktori:

- elektromotoma siia,

- polarizacija anode i katode,

- otpor strujnog kruga.

Uticaj elektromotorne site

Načelno, može se red da je brzina kontaktne korozije veća ako je veća elektromotoma sila, odnosno ako je veća razlika potencijala katode i anode (sli-

Korozivna struja u korozivnom spregu proporcionalna je radnom naponu (AEr), a obrnuto proporcionalna otpo-rima metalnog (Rm) i elektrolitičkog (R«) dela strujnog kruga:

(6)

Radni napon sprega (AE1 na slici 2) manji je od njegove elektromotorne site (AE$), zbog anodne (rj8) i katodne (tik) polarizacije, jer ove pojave usporavaju elektrodne procese:

VOJNOTEHNIĆKI GLASNIK 2/2000.

203

St. 3 - Uticaj dekirumotonit Stic na vrednost korozione struje

ka 3). Ukoliko se u nekoj konstrukciji ili opremi moraju naći u kontaktu razni me tali, odnosno legure koje će biti u kontaktu sa elektrolitom, onda se mora odabrati optimalan sastav u korozionom pogledu. Pre svcga, treba izbegavati kon-takt metala čija je razlika potencijala velika, na primer, kontakt anodnog cin-ka, aluminijuma i ugljeničnog čelika s katodnim bakrom ili mesingom. Ako je takav kontakt neizbežan, onda treba, kao katodne metale, koristiti one koji imaju visoku prenapetost za izdvajanje vodonika ili redukeiju kiseonika, ili za anodne metale one koji su pod istim okoinostima pasivni.

Korisnc informaeije o elektromotor-noj sili pri kontaktnoj koroziji mogu se naći u literaturi u kojoj se nataze tabele sa naponskim nizom potencijala. Medu-tim, te podatke ne treba shvatiti dogmat-ski, a pri njihovoj primeni treba biti obazriv iz više razloga. Pre svega, vredno-sti potencijala metala koje su date u

tabelama odnosc se samo na odredeni elektrolit u kojem su eksperimentalno odredeni, kao i radi toga što se pod izvesnim okoinostima naponski redosled nekih metala, može promeniti. Tako rea-guju metali koji su skloni pasiviranju, jer u prisustvu jakih oksidanasa postaju pie* menitiji od uobičajcnog stanja. Takode, u praksi se vcoma retko koristc čisti metali za konstrukeione svrhe, a u koro-zivnoj sredini se vremenom stvaraju novi uslovi koji mogu prouzrokovati promenu odnosa potencijala konkretnih parova, pa očekivana katoda može postati anoda. Na primer, u naponskom nizu kalaj je plemenitiji od gvožda, ali u razblaženim rastvorima pri koncentraciji jona kalaja od 10"24, kalaj je anodan prema evožđu pri koncentraciji Fe2+ jona od 10“° mol/1. Kada se želi utvrditi kako će se u nepo-znatom elektrolitu ponašati metali, po-trebno je izmeriti njihove razlike potencijala u odredenom vremenskom periodu pomoću referentne elektrode, najčešće pomoću zasićene kalomelske elektrode. Ukoliko se merenjem dobije razlika potencijala do 0,5 V, metali se mogu naći u kontaktu bez veće opasnosti od pojave korozije u toj korozivnoj sredini.

Orijentacioni izbor metala koji se mogu naći u medusobnom kontaktu bez vcće opasnosti od pojave kontaktne korozije može se izvrSiti na osnovu podataka datih u tabeli 1. Ona pokazuje da metali iz pojedinih grupa mogu biti u kontaktu. Medutim, kada se metali iz dve grupe nadu u kontaktu, onda metal naredne

Tabela l

Raspodela metala po grupama

Grupe

I 11 III IV V

magnezijum aluminijum cink kadmijum gvožde ueljenični čclici ofovo kalaj nikal hrom nerđajući Celici zlato srebro bakar mesing

204

VOJNOTEHNICKI GLASN1K 2/2000.

Tabtla 2

Ponašanje metala pri kontaktnoj koroziji u atmosferskim uslovima

Red. br. Metal U kontaktu sa metalom

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

I. titan - N N N N N N N N N N

2. hrom N - N N N N N N N N N

3. nikal S S - N N N N N N N N

4. bakar, mesing i bronza S N N - N N N N N N N

5. nerđajućičelici N/S N N N/S - N N N N N N

6. nelegiranićclici J S S S S - N S S N N

7. kadmijum J s s s S S - S N N N

8. olovo i kalaj S s N s s N N - N N N

9. A! (Icgurc Al), atm. bez Cl' J N S J N S N N - N S

Al (legure Al). atm. sa O' J s J J S J N S/J - N S

10. rink (legure Zn) J s J J s J S S S - N

11. magnezijum (legure Mg) J J J J J J J J s S -

grupe pojačava koroziju metala iz pret-hodne grupe. I ovo pravilo ima izuzctak, jer se korozija bakra pojačava pri kon-taktu sa pasiviranim niklom ili ncrdaju-dm čelikom.

U atmosferskim uslovima, zbog ve-like otpornosti elcktrolita, kontaktna korozija može da se pojavi na udaljenosti do 5 mm od mesta spajanja metala [2]. Unutar ovog rastojanja kontaktna korozija se povećava sa povećanjem odnosa površine plemenitog i manje plemcnitog metala. U tabeli 2 prikazani $u metali i mogućnosti kontaktne korozije u atmosferskim uslovima [2J. Stepen korozije podeljen je u tri grupe:

N - nema kontaktne korozije;

S - slaba kontaktna korozija, pa je zaštita kontaktnih mesta potrebna samo u industrijskoj atmosferi;

J - jaka kontaktna korozija, zbog čega se mora izbcgavati kontakt ovih metala.

Uticaj otpora strujnog kruga

Brzina kontaktne korozije zavisi od provodljivosti metala i provodljivosti

elektrolita, odnosno od otpornosti elek-trolitičkog dela strujnog kruga. Otpor-nost metalnog dela strujnog kruga može se zanemariti, jer su metali u direktnom kontaktu, a njihova provodljivost je da* ieko veća od provodljivosti elektrolita.

Spreg dva metala daje maksimalnu struju kada otpornost strujnog kruga padne na nulu. Takve sc okolnosti mogu ostvariti samo pri koroziji mikro i submi-krokorozionog sprega u elektrolitima vi-soke provodljivosti. Medutim, u svim drugim slučajevima dobija se neka koro-ziona struja.

Provodljivost elektrolita ima veliki uticaj i na oblik korozivnog razaranja manje plemenitog metala. Ako elektrolit ima dobru provodljivost, kao morska vo-da, onda manje plemeniti metal ravno-memije korodira po čitavoj površini, jer strujnc linije dosežu veću udaljenost od mesta dodira. Doduše, u takvim elektrolitima veći je gubitak mase manje plemenitog metala u jedinici vremena, ali je korozija ravnomemije rasporedena na anodnom metalu (slika 4a). Zbog toga površina metala uz mesto kontakta spo-rije korodira u morskoj nego u destilova-

VOJNOTEHNIĆKI glasnik 2/2000.

205

a) b)

SI. 4 - Uticaj provodljivosti elektrolita na brzinu kontoh.nn- korozije

noj vodi. Nasuprot tome, u elektrolitima slabe provodljivosti, kao što je destilo-vana voda, korozija se odvija uz kontroiu otpora elektrolita. Galvanski efekti su skoncentrisani na maloj površini, blizu mesta dodira, jer otpomost elektrolita naglo raste od mesta kontakta dva meta-la. Zbog male anodne povrSine nastaje visoka gustina anodne struje, pa manje plemeniti metal najintenzivnije korodira na mestu dodira (slika 4b). Takva korozija odvija se u zemlji male vlažnosti i u destilovanoj vodi.

Uticaj provodljivosti elektrolita na profil razaranja anodnog metala od mesta kontakta prikazan je i na slici 5.

Uticaj odnosa anodne i katodne

površine

Odnos veličine anodne i katodne povrSine ima veliki uticaj na brzinu koro-

Sl. 5 - Uticaj provodljivosti elektrolita na proftl razaranja anodnog metala:

1 - elcktroiit dobre provodljivosti;

2 - ckktrotit slabe provodljivosti

zivnog razaranja manje plemenitog metala. Brzina korozije (v) proporcionalna je gustini anodne struje (ia):

v = k * ia

Anodna gustina struje se, uz konstantnu struju korozije (Ikor)* povećava sa smanje-njem anodne površine (S):

v = k ha.

s

Zbog toga su opasni spregovi malog odnosa anodne i katodne povrSine, pogo-tovo u slučajevima kada se anoda ne pasivira. U takvim siučajevima koroziona struja je skoncentrisana na relativno maloj površini, pa je brzina korozije velika iako je mali prosečan gubitak mase metala. Takva korozija javlja se kod bakamih limova spojenih Čeličnim zakovicama u dobro provodljivim elektrolitima. Obr-nuti slučaj, kada postoje velike anodne i male katodne površine, obično nije zabri-njavajući, pa ga treba primenjivati pri izradi svih konstrukeija sa spojevima raz-norodnih metala.

Konstrukciona rešenja koja doprinose smanjenju kontaktne korozije

Kontaktna korozija može se sprečiti ako se mesto spajanja izoluje premazom ili nekom pogodnom oblogom od izola-

206

vojnotehniCki GLASNIK 2/2000.

Alummiium

St. 6 - Primeri koniaktne korozije i izolacije konlukinih nursta

cionog materijala (slika 6). Time se pre-kida električna vcza i sprečava kontaktna korozija.

Premazno sredstvo mora se nanositi na anodne i katodne površinc, jer zbog poroznosti i oštećenja premaza dolazi do tačkaste korozije anodnog metala.

Izolacioni materijali mogu biti na bazi organskih i neorganskih jedinjenja. Osnovni zahtev koji se postavlja za nji-hovu upotrebu jeste da nisu porozni i da ne adsorbuju viagu. Nažalost, clektrični izolatori na bazi organskih jedinjenja ma-nje su pouzdani, odnosno ne pružaju sigumu zaštitu, jer se oštcćuju pri kon-taktu pod visokim pritiskom. Nasuprot njima, neorganski materijali su pouzdani* ji, ali su obično krti.

Kao izolator može se primeniti i metalni umetak, pod uslovom da se vred-nost njegovog potcncijala nalazi izmedu vrednosti elektrodnih potcncijala metala koje treba izolovati. Primenjuju se u slučajevima kada konstrukeija omogu-ćava jednostavnu zamenu metalnog ulo-ška.

Pri postavljanju umetka od elektroi-zoiacionih materijala između raznorodnih metala, treba voditi računa o njihovoj

vcličini i načinu postavljanja. Ukoliko zaptivač „Štrči". onda je zbog sakupljanja i zadržavanja vlage omogućcno odvijanje korozije u zazoru.

U novije vreme spajanje metala obavlja sc pomoću lepka za metale tako da lepak deiujc i kao električni izolator. Osnovni nedostatak ovakvog načina spa-janja jeste što se nc može primeniti za metale koji su u kontaktu sa jako agresiv-nom sredinom.

Zaključak

Kontaktna korozija nastajc pri spoju metala različitog potencijala, a karakte-rišc je ubrzana korozija manjc plemenitog metala.

Opasnost od kontaktne korozije uvek postoji, jer se konstrukeije, mašine i uređaji izraduju od raznorodnih metala. Na brzinu razaranja utiču: razlika potcncijala, otpor elektrolita i odnos vcličine anodnih i katodnih povr^ina.

Kod konstrukeija od raznorodnih metala u spoju treba da budu metali sa što manjom razlikom potencijala. Spajanje metala sa velikom razlikom potencijala možc se primeniti jedino za zatvore-

vojnotehniCki glasnik 2/2000.

207

ne sisteme, ukoliko je iz rastvora uklo-njen depolarizator, najčešće kiseonik.

Ukoliko se u kontaktu moraju naći metali sa velikom razlikom potencijala, potrebno je primeniti jedan od sledećih postupaka: kontaktna mesta izolovati ne-metalnim materijalima; upotrebiti metale koji se u datom elektrolitu polariziraju; kontaktna mesta zaStititi prevlakom me-tala koji je manje plemenit od kontaktnih metala; ugraditi delove koji se mogu menjati.

Dodir metala različite plemenitosti opasniji je u slabije provodljivom elektrolitu.

Odnos veličine anodne i katodne povrSine ima veliki uticaj na brzinu raza-ranja manje plemenitog metala. Koro-zivno razaranje jače je izraženo ako je anodna površina znatno manja od katod-

ne. Zato je pri izradi konstrukcija sa spojevima od raznorodnih metala, neop-hodno pridržavati se principa prema ko-jem površina anodnog metala treba da bude znatno veća od povrSine katodnog metala. Vijci, zakovicc, varovi, itd. treba da budu izradeni od metala koji je pleme-nitiji od metala za spajanje.

iMtraiura:

111 Mtađenov*. S.: Korozija maierijali, Tehnotoiko-raeialurtkj fakultet. Beograd. (978.

|2| Scbcnji. F.. HakJ. L.: Korozija metala, Tehn*41ca knpga. Beograd. 1980.

(3) Esih. I.. Dug). Z.: Tehnologija zaitite od korozije. Skokka kojija. Zagreb. >990.

(4| Mladenovtt, S.: Doputtivi i ncdopustivi kontakti. ZattKa nuierijata orgaaskim. mcialoim i konveraonkn prevUkaaa. IS. savctovanje. Savez intenjera i tehnićara za zaititu mate-rijala Srtoije. 1997.

|S| Mladeoov*. S.. Petrov*. M.. Rikovtki, O.: Korozija i zMtila maierijata. IRO Rad. Beograd, 1985.

208

VOJNOTEHNIĆKI GLASNIK 2/2000.

Krsta Brčić,

dipl. inž.

Tchnitki opitni oeour KoV.

Beograd

MOGUĆNOSTI PROJEKTOVANJA TRENAŽERA SASTAVUENOG OD ELEMENATA PERSONALNOG RAČUNARA

UDC: 355.235.693:681.322

Retime:

Univerzalnost, pristupačnost, cene hardvera i softvera za personalne računare čine da se komponente personalnih raiunara koriste za razne konstrukcije. Na taj način moguće je konstruisati trenaier sa moćnom hardverskom i softverskom podrikom na bazi personalnog raiunara. U ovom ilanku obavljena je sistematizacija posiupka i relevantnih informacija za projektovanje trenaiera koji bi se koristio u kabinetskim uslovima, posebnoj prostoriji Hi platformi koja simulira borbeno vozilo (ili plovilo). Izloieni pristup projektovanju zasnovan je na mogućnostima realizacije, interesovanju za ovoj problem i rasprostranjenosii primene personalnih raiunara.

Kljuine reii: projektovanje, trenaier, personalni raiunar.

POSSIBILITIES TO DESIGN A TRAINING DEVICE USING PERSONAL COMPUTER PARTS

Summary:

Universality, accessibility and low price of hardware and software are priorities which determine using PCs as much as possible. According to that, there is a way to construct a training device with powerful configuration. This article systematizes procedures and data for designing a training device. The device can be used in offices, special rooms or platforms which simulate battle vehicles or battleships. The represented preliminary of constructing is based on realization possibilities, interest for this problem and personal computers availability. Key words: design, training device, personal computer.

Uvod

Obuka posade za rad na savremenim borbenim sistemima složena je i skupa, a u nckim fazama i veoma rizična. Da bi se smanjili troškovi deo obukc mora se izvoditi na simulatorima oružja i raznim pomoćnim sredstvima postavljenim na orude i metu, tako da se gadanje simulira a rezuitat elektronski beleži. Za složenije omžne sisteme često se koriste simulator-

ski sistemi, tj. trenažeri, gde računari simuliraju ulazne podatke i funkcije oruž-nih sistema, registruju tok obuke i daju podatke za ocenu stepena osposobljenosti posluge (operatora). Upotreba takvih sistema ne isključuje obuku na realnim borbenim sistemima, ali se posade cfika-sno pripremaju za rad uz manji utrošak resursa neophodnih za upotrebu borbe-nog sistema. Trenažeri su vremenom po-kazaii svoju efikasnost, ali zbog visoke

VOJNOTEHNlCKJ GLASNIK 2/2000.

209