Metale odporne na korozję: jak wybrać odpowiedni dla swojego projektu

Naturalna odporność metali i ich stopów na korozję jest jednym z powodów dużej popularności m.in. aluminium czy tytanu. Odporność na stopniowe niszczenie powierzchni (a z czasem – też głębszych warstw) metalu w wyniku kontaktu ze środowiskiem zewnętrznym jest istotna w wielu branżach – od AGD, przez medyczną i konstrukcyjną, aż do automotive czy przemysłu lotniczego i kosmicznego. Skala odporności na korozję jest istotnym parametrem, który powinien być brany pod uwagę podczas doboru właściwych stopów metalu do produkcji części. 

Czym jest odporność na korozję stopów metalu?

Podręcznikowa „odporność metalu na korozję” może być definiowana jako zachowanie równowagi termodynamicznej między otoczeniem a powierzchnią metalu. Innymi słowy – czy środowisko, w którym znajduje się stop metalu, nie powoduje zauważalnej reakcji utleniania, która prowadzi do uszkodzenia powierzchni.

Stopy metali – odporne na korozję – zachowują względną równowagę między procesami utleniania, która prowadzi do trudnej do zauważania korozji w czasie. Niektóre rodzaje metali charakteryzują się naturalną odpornością na korozję – wśród stosowanych w przemyśle należy wymienić stopy glinu (aluminium), miedzi czy tytanu. Są to materiały których powierzchnia utlenia się, jednak posiadają one naturalną odporność na korozję – np. na powierzchni glinu, w kontakcie z powietrzem atmosferycznym, wytwarza się cienka warstwa tlenku, chroniąca wnętrze części. 

Z drugiej strony jedną z powszechnych metod poprawy odporności metalu na korozję jest obróbka powierzchniowa (galwanotechniczna), która ma ulepszyć parametry powierzchni. Wśród takich procesów warto wymienić anodowanie aluminium i tytanu czy nasycanie powierzchni stali pierwiastkami (np. wytwarzanie powłoki cynkowej galwanicznej, potocznie nazywanej „ocynkiem”).

Alternatywą pozostaje malowanie (farbami, lakierami) lub pokrywanie ich środkami chroniącymi przed korozją (np. powłoką Cerakote). Warto dodać, że metale szlachetne jako jedyne charakteryzują się w bardzo wysokim stopniu odpornością na procesy korozyjne na całej powierzchni (zwłaszcza w przypadku obiektów wykonanych ze złota, platyny lub srebra, z niewielką ilością dodatków stopowych). Z racji wysokiej ceny – w przemyśle używane są w znacznie większej ilości innego rodzaju materiały. 

Rodzaje korozji metalu

Poza niektórymi (rzadkimi, żeby nie powiedzieć – szlachetnymi) wyjątkami – metale korodują. 

Na ich powierzchni pojawia się rdza, czyli tlenki i wodorotlenki metali (stąd: utlenianie), które są najbardziej rozpoznawalną oznaką tego zjawiska. 

Literatura rozróżnia dwa najważniejsze rodzaje korozji ze względu na jej przyczynę:

Korozję chemiczną – czyli zachodzącą w wyniku reakcji chemicznej między powierzchnią metalu a środowiskiem, w którym się znajduje (suchym), bez udziału prądu elektrycznego. Agentami powodującymi ten rodzaj utleniania są czynne związki chemiczne, takie jak tlen (O₂), dwutlenek węgla (CO₂) czy chlorowodór (HCl), 

Korozję elektrochemiczną – czyli zachodzącą w wyniku procesów elektrochemicznych, które prowadzą do wystąpienia wspomnianej różnicy potencjałów elektrycznych, a co za tym idzie – utleniania metalu i powstania w miejscu dotkniętym tym procesem ubytku w formie warstwy tlenków i wodorotlenków metalu. Przykładem korozji elektrochemicznej jest reakcja zachodząca między stalą i wodą – metal jest przewodnikiem, a jego struktura nie jest jednorodna i powierzchnia ma różne potencjały standardowe; woda ma pewne przewodnictwo jonowe, które może prowadzić do charakteryzującego tę formę korozji przepływu potencjałów. To co przeciętny człowiek interpretuje jako „stal mająca kontakt z wodą rdzewieje” jest w rzeczywistości bardziej złożonym procesem. Oczywiście niektóre czynniki są bardziej agresywne i mogą powodować reakcję utleniania szybciej (np. woda morska, zwłaszcza w rejonach o wysokim zasoleniu), w szczególności na metalach podatnych na korozję (np. stal bez obróbki galwanotechnicznej). 

Co do samego procesu korozji metalu wyróżnia się jej kilka rodzajów: 

Korozja wżerowa – prowadzi do powstania głębokich „wżerów” w powierzchni metalu, występujących w obszarach o strukturze bardziej podatnej na reakcję anodową i katodową (czyli przepływ jonów), prowadzącą do wytworzenia ubytku, 

Korozja stykowa (kontaktowa) – która polega na korodowaniu powierzchni metalu mniej szlachetnego w wyniku kontaktu z bardziej szlachetnym. Dobrym przykładem tego procesu są śruby mocujące większe elementy metalowe – jeśli są one wykonane z mniej szlachetnego metalu, mogą stać się inhibitorem korozji. Co ciekawe, jest to proces wykorzystywany również do zapobiegania korozji, np. w przepompowniach, które stosują miedź w celu ochrony rur ze stali nierdzewnej przed utlenianiem,

Korozja naprężeniowa – występująca na osłabionych powierzchniach różnych stopów. Ogniska rdzy pojawiają się na wszelkiego rodzaju uszkodzeniach związanych z rozkładem naprężeń – od roboczych, aż do tych, które powstały podczas obróbki. 

Warto dodać, że akceleratorami procesu mogą być czynniki takie jak wysoka temperatura, uszkodzenia mechaniczne czy chemiczne powierzchni. 

Dlatego drobne ubytki w powłoce ochronnej karoserii samochodu – na przykład od uderzeń kamieni – mogą stać się ogniskiem korozji, zwłaszcza w okresie intensywnego posypywania dróg solą (która przyspiesza procesy korozyjne). 

Jakie metale mają naturalną odporność na korozję? 

Wśród metali o dobrej naturalnej odporności na korozję warto wymienić: 

• metale szlachetne (platynowce, miedziowce), 
• metale półszlachetne (chociaż jest to kategoria umowna, to zawiera metale, które charakteryzuje niska reaktywność i są stosowane często do pokrywania powierzchni innych metali, np. stali nierdzewnej), takie jak miedź, chrom, nikiel czy cynk, stosowane powszechnie w procesach galwanotechnicznych (odpowiednio: miedziowanie, chromowanie, niklowanie czy cynkowanie), 
• inne metale o niskiej reaktywności, takie jak aluminium (powszechnie stosowane w obróbce skrawaniem ze względu na dobrą i bardzo dobrą – w zależności od serii stopu – odporność na korozję) czy tytan. Ważne: te metale również mogą rdzewieć, jednak utleniona powierzchnia aluminium wygląda inaczej niż w przypadku stali czy żelaza – nie jest (dosłownie) ruda, ale przypomina biały nalot. 

Inne materiały, takie jak stal nierdzewna, uzyskują podwyższoną odporność powierzchni na utlenianie w wyniku zastosowania odpowiednich domieszek stopowych (w tym przypadku – zawartości chromu). 

Istnieją też inne sposoby ochrony części przed korozją metali – wśród nich należy wymienić procesy ulepszania powierzchniowego takie jak: 

• szeroko pojęta galwanotechnika – czyli procesy chemiczne i elektrochemiczne, które mają za zadanie wytworzyć na powierzchni metalu odporną na korozję warstwę tlenków. Wśród nich warto wymienić chromowanie, anodowanie aluminium czy cynkowanie. Warto dodać, że stopień ochrony przed tym procesem jest uzależniony zarówno od rodzaju stopu jak i grubości warstwy tlenków, 
• malowanie proszkowe – często wybierane ze względu na wystarczające parametry ochrony oraz stosunkowo niską cenę, 
• malowanie tradycyjne, lakierowanie – powszechnie stosowane w branży automotive, zapewnia wystarczająco dobrą ochronę przed rdzewieniem, jednak jego odporność mechaniczna jest zauważalnie niższa. 

Skala odporności na korozję

Istnieje wiele metodologii i skal opisujących odporność stopów metali na korozję. Powszechnie uznawaną pozostaje ta przedstawiona w Encyklopedii Techniki. Metalurgia z 1978 roku, opisująca korozję równomierną (tzw. ogólną). Bazuje ona na ocenie szybkości korozji metalu w perspektywie czasu (12 miesięcy) i pozwala ocenić jak bardzo odporny na ten proces jest konkretny stop. 

2. Jako bardzo odporne (II grupa) opisywane są stopy korodujące na poziomie od 0,001 do 0,01 mm na rok (st. odp. = 2-3). 

3. Jako odporne (III grupa) określane są stopy korodujące na poziomie 0,01 do 0,1 mm w skali roku (st. odp. = 4-5). 

4. Jako mniej odporne (IV grupa) opisywane są stopy metali korodujące na poziomie 0,1 do 1 mm w skali roku (st. odp. = 6-7).

5. Jako mało odporne (V grupa) określane są stopy metali korodujące na poziomie od 1 do 10 mm w skali roku (st. odp. = 8-9). 

6. Jako nieodporne na korozję (VI) określane są stopy korodujące powyżej 10 mm w skali roku (st. odp. = 10). 

Jedno zlecenie, wiele korzyści - tak się współpracuje z RADMOT

W RADMOT oferujemy usługi frezowania CNC, usługi toczenia CNC, jak i wiele usług dodatkowych, w tym mycie, anodowanie aluminium, znakowanie laserowe oraz montaż. Mamy do Twojej dyspozycji ponad 80 nowoczesnych maszyn w naszym parku maszynowym, wszystkie od renomowanych producentów. Pobierz prezentację i sprawdź na jakich obrabiarkach produkujemy części.

Skontaktuj się z nami i powiedz, czego potrzebujesz. Usługi CNC świadczymy od niemal 40 lat. Nasza wycena jest zupełnie darmowa. A jeśli będziesz mieć wątpliwości, jaka technologia sprawdzi się u Ciebie najlepiej, nasza fachowa wiedza jest na Twoje usługi.