Powłoki ochronne mogą być wykonane z różnych materiałów, które szczegółowo opiszemy w dalszej części tekstu. Niezależnie jednak od rodzaju powłoki, każda chroni dany element przed korozją w momencie, kiedy pozostaje szczelna. Ta cecha powłoki ochronnej zapewnia bowiem brak kontaktu metalu chronionego z czynnikami środowiskowymi. Poszczególne powłoki zaczynają jednak zachowywać się różnie w sytuacji ich zarysowania lub uszkodzenia.

R1Ek2HMOz0HyX

Ilustracja przedstawiająca segment ze stali ocynkowanej ulegający pasywacji i wykazujący uszkodzenie powłoki cynkowej. Prostopadłościan składa się z trzech warstw. Warstwę zewnętrzną stanowi ochronny tlenek cynku, ma jasny on jasny kolor. Poniżej znajduje się powłoka cynkowa, pod którą znajduje się trzecia warstwa, to jest stalowy obiekt. Uszkodzenie powłoki przebiega wzdłuż ochronnej warstwy, sięgając aż do powłoki cynkowej, na której zaznaczono rysę.

Powłoka anodowa wykonana jest z metalu bardziej aktywnego od metalu, który jest chroniony. Przyjrzyjmy się przykładowi przedstawionemu na rysunku. Stalowy obiekt, który składa się w głównej mierze z żelaza (${\mathit{\text{E}}}_{\text{0}}=-\mathrm{0,44} \text{V}$), został pokryty warstwą cynku (${\mathit{\text{E}}}_{\text{0}}=-\mathrm{0,76} \text{V}$). Ta dodatkowo uległa procesowi pasywacji, co zwiększyło ochronę. Jak wspomniano, w przypadku szczelności warstwy ochronnej, brak korozji jest związany przede wszystkim z brakiem kontaktu stali z otoczeniem. Kiedy jednak warstwa cynku ulegnie uszkodzeniu, to czynniki środowiskowe uzyskują dostęp do elementu stalowego. W takiej sytuacji jednak to cynk, jako aktywniejszy, zaczyna ulegać utlenieniu – pełni rolę anody. Stalowa powierzchnia z kolei pełni rolę katody, na której zachodzą procesy redukcji, np. tlenu cząsteczkowego:

Zatem cynk chroni stal przed korozją nawet w momencie zarysowania lub uszkodzenia powierzchni ochronnej – jest to cecha charakterystyczna wszystkich powłok anodowych.

Powłoka katodowa wykonana jest z metalu mniej aktywnego niż metal, który jest chroniony. Przeanalizujmy przykład pokrycia elementu stalowego (w przypadku $\text{Fe}$ ${\mathit{\text{E}}}_{\text{0}}=-\mathrm{0,44} \text{V}$) warstwą niklu (${\mathit{\text{E}}}_{\text{0}}=-\mathrm{0,26} \text{V}$). Niezmienna pozostaje ochrona elementu stalowego w sytuacji szczelności powłoki ochronnej. Niemniej, po zarysowaniu tejże powłoki, nikiel, jako metal mniej aktywny, przyjmuje rolę katody, natomiast żelazo, jako bardziej aktywne, przyjmuje rolę anody i zaczyna ulegać utlenieniu:

Na katodzie niklowej może dochodzić do redukcji tlenu atmosferycznego:

Zatem powłoki katodowe tworzą skuteczną ochronę tylko do momentu, kiedy szczelnie odcinają element od środowiska zewnętrznego. Wydawać by się więc mogło, że stosowanie powłok katodowych nie ma większego sensu. Należy jednak pamiętać, że ze spadkiem aktywności metali rośnie ich odporność na działanie środowiska. Powłoki wykonane z metali mniej aktywnych są zatem bardziej odporne na działanie choćby kwaśnych opadów i pozostają na elemencie chronionym znacznie dłużej niż powłoki z metali aktywnych.

Podsumowując, można zatem wskazać, że powłoki anodowe wykazują większą uniwersalność – nie jest wymagana ich szczelność dla prawidłowego działania. Niemniej same tego typu powłoki łatwiej ulegają działaniom czynników środowiskowych, ponieważ są wykonane z metali zwykle o znacznej aktywności. Powłoki katodowe muszą pozostać szczelne celem ochrony elementu metalowego, niemniej zwykle ich odporność na działanie czynników środowiska jest znacznie większa niż odporność powłoki anodowej z metalu aktywnego, stosowane w miejscach, w których element chroniony jest narażony na zarysowania. Powłoki katodowe stosuje się za to dla elementów, które – z racji swojego umiejscowienia lub zamocowania – z dużym prawdopodobieństwem nie ulegną zarysowaniu.

RKga8sugfPM8l

Ilustracja przedstawiająca przekrój przez dwie warstwy. Górną warstwę stanowi uszkodzona warstwa niklu, na której znajduje się kropla wody. Dolna warstwa to żelazo. Górna warstwa opisana jest $\text{Ni}$ (znak plus), zaś dolna $\text{Fe}$ (znak minus). Pod wpływem dzięki obecności wody i tlenu z powietrza zachodzi reakcja redukcji i utlenienia. Od żelaza Fe poprowadzona jest na schemaci${\text{Fe}}^{2+}$, zachodzi utlenienie. Z kolei od cząsteczek tlenu w powietrzu ${\text{O}}_2$ poprowadzone są strzałki do anionów hydroksylowych <>OH-. Zachodzi redukcja.

Ponieważ, jak już wspomnieliśmy, w przypadku ochrony anodowej warstwa ochronna nie musi pozostawać szczelna, to taką cechę wykorzystuje się w tzw. ochronie protektorowej. Protektor to np. płytka z metalu bardziej aktywnego od metalu chronionego, którą przyczepia się od rurociągu lub kadłuba statku. Z ochroną protektorową mamy do czynienia w przypadku przyłączenia do stalowego rurociągu płytki z magnezu. Zachodzące procesy powodują utlenienie metalu tworzącego protektor – magnezu:

chroniąc tym samy rurociąg. Płytka protektora z czasem zużywa się i musi zostać zastąpiona nową płytką.

RgVANThKJDHcL

Ilustracja przedstawia dwie metalowe wypustki znajdujące się nad powierzchnią. Są one połączone stalowymi rurociągami (znak plus). Z rurociągami połączone są podłużne płyty magnezu (znak minus).

Zadaniem niemetalicznych powłok ochronnych jest izolowanie powierzchni metali od dostępu tlenu i wilgoci. Niemetaliczne powłoki ochronne uzyskiwane są na powierzchni metali poprzez:

Utlenianie

Utlenianie

Ma na celu wytworzenie na chronionym metalu pasywnych warstw tlenku tegoż metalu. Niektóre metale, na przykład glin, samorzutnie pokrywają się na powietrzu warstwą tlenku, który chroni metal przed dalszą korozją. Jest to przykład pasywacjipasywacjapasywacji.

RCW4tFGuwyBok

Ilustracja przedstawia metalowe płyty w kształcie prostokątów połączone śrubami tworzące rozległą powierzchnię. Materiał ma kolor niebiesko-zielony, co spowodowane jest obecnością śniedzi, czyli patyny na miedzi.

Fosforanowanie

Fosforanowanie

Polega na pokrywaniu metalu lub stopustopstopu metali powłoką z nierozpuszczalnych fosforanów($\text{V}$). W celu wytworzenia powłoki, stosuje się gorące roztwory kwasu fosforowego($\text{V}$) lub jego soli.

Chromianowanie

Chromianowanie

Polega na pokrywaniu metalu lub stopu warstwą chromianów poprzez zanurzenie w mieszaninie dichromianu($\text{VI}$) potasu i kwasu siarkowego($\text{VI}$).

Pokrywanie emaliami szklistymi

Pokrywanie emaliami szklistymi

Powłoki ochronne wykonane z emalii charakteryzują się odpornością na korozję, ścieranie, wysoką temperaturę (do $1000°\text{C}$) oraz wytrzymałością mechaniczną. Można je nakładać na stal, żeliwo, metale nieżelazne i ich stopy oraz metale szlachetne.

RkvFEqZib5I2r

Zdjęcie przedstawiające garnek pokryty białą emalią oraz czerwony kubek. Na garnku znajduje się motyw kwiatów, na kubku dwa koty. W tle stoi metalowy czajnik i drewniana deska do krojenia. Naczynia znajdują się na drewnianym blacie.

Pokrywanie ochronnymi powłokami organicznymi

Pokrywanie ochronnymi powłokami organicznymi

Jako tego typu ochroną służyć mogą: farby, lakiery, tworzywa sztuczne, smoła i smary. Przykładem zastosowania tego typu rozwiązań są stalowe konstrukcje mostów, malowane farbami olejnymi i lakierami.

RHD0V37gId22a

Ilustracja przedstawia dwa schematy przedstawiające odpowiednio korozję oraz powstrzymywanie korozji metalu. Schemat pierwszy. Na obrazku znajduje się gruby blok żelaznego materiału, na którego powierzchni znajduje się rdza. Za pomocą modelu kulkowego na rdzy pokazano cząsteczki wody mające kontakt z żelazem, to jest dwie białe kulki połączone z jedną, większą czerwoną, a także cząsteczki tlenu również mające kontakt z żelazem, dwie połącz0one ze sobą czerwone kulki. Poniżej znajduje się gruba. Schemat drugi. Szara warstwa żelaza pokryta jest niebieską farbą, na której również znajdują się cząsteczki tlenu oraz wody, które dzięki obecności farby nie mają kontaktu z cząsteczkami żelaza, dlatego nie powstaje rdza. Nad nią znajduje się warstwa niebieskiej farby. Nad warstwą farby znajdują się liczne modele kulkowe cząsteczek wody i tlenu, kulki połączone są grubymi liniami odzwierciedlającymi wiązania, kulki opisano: cząsteczki wody i molekuły tlenu niemające kontaktu z żelazem.

Jest to metoda stosowana do ochrony elementów metalowych, w których znajdują się sprzyjające korozji roztwory wodne w obiegu zamkniętym. Przykładami są kotły parowe (np. centralnego ogrzewania) i instalacje chłodnicze (na przykład samochodowe). Dodawanie niewielkich ilości substancji silnie absorbujących się na powierzchni metalu i blokujących dostęp jonów oksoniowych opóźnia znacznie procesy korozyjne.

Słownik

Bibliografia

Bielański A., Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 1987.

Bogdańska Zarembina A., Matusewicz E. I., Matusewicz J., Chemia dla szkół średnich, Warszawa 1995.

Dudek K., Płotek M., Ostatni dzwonek przed maturą. Elektrochemia. Repetytorium maturzysty.

Kaczyński J., Czaplicki A., Chemia ogólna, Warszawa 1974.

Litwin M., Styka‑Wlazło S., Szymońska J., Chemia ogólna i nieorganiczna, Warszawa 2002.

Pazdro K. M., Chemia. Podręcznik do kształcenia rozszerzonego w liceach, Warszawa 2009.