• anyagok
• fémvédelem
• tulajdonságok

A fémfelületek jellemzése, vas- és acélfelületek

A fémfelületek jellemzése

A fémfelületek általában tömör szerkezetűek, a fal- és fafelületekkel szemben légáteresztő képességük, pórusos szerkezetük nincs, bár kisebb repedések, korrózió okozta kisebb lyukak a fémeken is lehetnek. Fémes fényűek, színük általában szür­késfehér, néhány fém esetében színes. A fémek az elektromos áramot és a hőt jól ve­zetik, a szabadon mozgó elektronjaiknak köszönhetően. Kristályszerkezetük rács­pontjaiban pozitív elektromos töltésű fémionok vannak fémes kötésben rögzítve, míg a térrácsot mozgékony negatív töltésű elektronok az ún. elektrongáz tölti ki.

Nagy tisztaságú, teljesen szabályos kristályszerkezetű fémek csak különleges eljá­rásokkal állíthatók elő, pl. az öntöttvas kb. 3,5 % szenet tartalmaz, az acél max. 1,7 %-ot. Ötvözéssel, azaz más fémek hozzáadásával a műszaki tulajdonságok, pl. a kemény­ség, a szilárdság jelentősen javíthatók. Az acélt általában krómmal, mangánnal, nik­kellel, az alumíniumot többnyire magnéziummal, szilíciummal ötvözik.

A fémek csoportosítása:

Sűrűségük szerint az 5 g/cm³ alattiak könnyű-, a felettiek nehézfémek. Könnyűfém az alumínium, nehézfém a vas, a cink, az ón és az ólom.

A korrodálódás a fémeknek az a hátrányos tulajdonsága, hogy a levegővel és ned­vességgel érintkezve oxidálódnak, elektrokémiai folyamatok útján tönkremennek. A korrózió alapján vannak nemes- és nem nemes fémek. A nemesfémek, az arany és a platina nem korrodálnak. A többi nem nemes fém korrodál, az ezüst megfekete­dik, a réz megzöldül, patinásodik, a vas rozsdásodik.

A korrózió elleni védekezési módok (galvanizálás, műanyaggal bevonás) közül az egyik a fémfelületek festése/mázolása korróziógátló alapozókkal és átvonó festékek­kel. Az építőipar legfontosabb féméi: vas- és acél, cinkkel bevont, azaz horganyzott acél, alumínium és ötvözetei.

Vas- és acélfelületek

Az ötvözött nemesacélok többsége ellenáll a korróziónak. A króm-nikkel acélok rozsdamentesek és savállóak. A szerkezeti anyagként általánosan használt és lényege­sen olcsóbb nem nemes acélok és az öntöttvas viszont rozsdásodik.

A vas rozsdásodása lényegesen eltér más fémek korróziójától. Pl. a réz és az alu­mínium esetén a korróziós réteg tömör, amely normál légköri igénybevételnél meg­védi a fémet a további tönkremeneteltől, a korróziós folyamat lelassul. A vas rozs­darétege viszont porózus, lyukacsos, amelybe a nedvesség és a levegő behatol, az elektrokémiai korrózió, a rozsdásodás megállíthatatlanul folytatódik. Sőt minél vas­tagabb a porózus rozsdaréteg, a felület annál lassabban tud kiszáradni; a rozsdáso­dás felgyorsul.

A rozsdaképződési folyamat

Mi a rozsda? A rozsda sárgás- vagy vörösbarna színű, nem összefüggő, porózus ré­teg, amely vas-oxidot, hidroxidot és esetenként vas-sókat is tartalmaz.

A légkörben jelenlévő szén-dioxid, az ipari füstgázok, a kéndioxid, a sós tengeri le­vegő, a közutak téli sózása gyorsítják a rozsdásodási folyamatot, a vas oxidációs fo­lyamatát. Miért?

Megfigyelés

A személygépkocsikon az első rozsdafoltok az alvázon és a karosszéria alsó ré­szein jelennek meg, ott ahol a sós lé a kerekekről felverődik.

Kísérlet

Tejfölös poharakat töltsünk félig desztillált vízzel, 2 %-os kénsavoldattal és 4%-os konyhasó oldattal és mindegyikbe állítsunk acéllemezt.

1 hét után a híg savval és a sóoldattal érintkező lemez erősebben, a desztillált víz­zel érintkező lemez kevésbé rozsdásodik.

Megfigyelés

A beltérben szárazon tárolt vas alig, míg a szabadban tárolt vas, különösen párás, csapadékos időjárás esetén rendkívül gyorsan rozsdásodik.

1. ábra: Az elektródpotenciál (elektrontöbblet vagy feszültség) kialakulása.

Az elektrolit oldatokkal (az elektromos áramot jól vezető, ionokat tartalmazó lúg, sav- vagy sóoldatok) érintkező vasfelületen a vas szennyezései miatt sok kis gal­vánelem jön létre és elektrokémiai korróziós folyamat játszódik le. Ha egy fémet elektrolit oldatba mártunk, akkor a pozitív töltésű fémionok oldatba jutásával a fém­ben negatív töltésű elektrontöbblet alakulhat ki, vagy fordított folyamat esetén elektronhiány.

2. ábra: Vas-cink galvánelem (katódos védelem). A cinkbevonatok elektrokémiai úton védik a vas- és acélfelületeket.

3. ábra: Elektrokémiai korrózió vasfelületen. Elektrolit oldat. Vas.

Ha két különböző fémet elektrolit oldatba merítünk és elektromosan rövidre zá­runk, akkor a nagyobb elektrontöbblettel rendelkező fémtől (negatív pólus = anód) a kisebb elektrontöbblettel vagy éppenséggel elektronhiánnyal rendelkező másik fém (pozitív pólus = katód) felé elektronáramlás, azaz elektromos áram jön létre.

Az anódként működő fém az elektrontöbbletet pozitív fémionjainak folyamatos feloldódásával (korróziójával) tartja fenn. A folyamat az anód teljes feloldódásáig, az elem kimerüléséig tart.

A rozsdaképződés térfogat-növekedéssel jár.

A rozsdásodó vas térfogata kb. 60 %-kal növekszik. Ez a megnagyobbodás az oka annak, hogy alározsdásodás esetén a festékbevonat lepattogzik.

A korrózió különféle fajtái és megjelenési formái

Egyenletes korrózió esetén a felületet egyenletes korróziós réteg borítja. Pont ­vagy foltkorrózió esetén a korrózió pontokban vagy foltokban lép fel. Lyukkorrózió esetén a korrózió mélyen a fémbe hatol. A lyukkorrózió igen gyakori a katódos védel­met nem nyújtó fémbevonatoknál pl. az ónozott vaslemezeknél (fehérbádog).

Kísérlet

Horganyzott és ónozott vaslemezek felületét szúrjuk át egy szöggel vagy bicská­val egészen a vasfelületig és tegyük ki esős időben korróziónak. A horganyozott le­mezen (katódos védelem) nem, az ónozott lemezeken viszont rozsdásodnak a sérü­lések.

Kontaktkorrózió vagy réskorrózió fordul elő kétféle vas vagy vas és más fémek érintkezésénél, pl. csavarozásoknál, szegecseléseknél, mivel nedvesség behatolása esetén galvánelem keletkezik. Ezt megakadályozhatjuk, ha a két fémet pl. jó kúszóképességű festékbevonattal elszigeteljük egymástól és így megakadályozzuk a galván­elem kialakulását.

4. ábra: Lyukkorózió ónozott vasfelületeken. A cink feloldódik, a vas megmarad (katódos védelem). Az ón megmarad, a vas korrodál (lyukkorrózió).

Vas- és acélfelületek korrózió elleni védelme, passziválása

A rozsdásodás elleni védelem célja, a vas levegő és nedvesség hatására bekövet­kező oxidálódásának, tönkremenetelének megakadályozása. A vas rozsdásodásának megakadályozását passziválásnak nevezzük,

Ennek több módját ismerjük:

Tömör bevonatok: más fémbevonatokkal vagy tömör műanyag bevonatokkal megakadályozható a légnedvesség és az elektrolitok behatolása.

Katódos védelem: A fémek galvanikus feszültségsorában a vas után következő fé­mek a tömör bevonatképzésen túl katódos védelmet is biztosítanak vasfelületeken. Pl. a cinkbevonattal ellátott vas, közismert nevén a horganyozott vas esetén elektro­littal érintkezve a cink anódként oldódik, a vas katódként megmarad.

A fémek galvanikus feszültségsora: arany-ezüst-réz-ólom-ón-nikkel-vas-cink-alumíníum-magnézium-lítium.

A sor végén álló fémek kevésbé nemesek, elektrolitokban jobban oldódnak, na­gyobb elektrontöbblet miatt negatívabb elektródpotenciállal rendelkeznek. A kevésbé nemes fémek bevonatai a nemesebb fémeken katódosan védik a nemesebb fémeket.

Foszfátozás+korróziógátló festés

Acél- és cinkfelületeken mártó fürdővel létrehozható a felületen egy vékony, tö­mör foszfátréteg, amely a festékbevonaton áthatoló nedvességtől is megvédi a vasfe­lületet, megakadályozva az elektrokémiai korróziót. Ez a foszfátréteg csak festékbe­vonatokkal együtt hatékony.

Festékbevonatok

A korróziógátló pigmenteket tartalmazó alapozó-, közbenső és átvonófestékek bevonatrendszere megfelelő felület előkészítés esetén tartós korrózióvédelmet biz­tosít. A fenti passziválási eljárások közül csak az utóbbi kettő tartozik a festő-szakmá­hoz.