4. A járműfelépítményeknél használatos ha-gyományos és korszerű felületkezelési eljá-rások
(Dr. Lábody Imre)4.1 Bevezetés
A korrózióvédelem egyidős a szerkezeti anyagok, eszközök gyártásával. Már az ókor-ban festették a harci szekereket, a fémből készült eszközöket (páncélok, kardok, lőfegyverek stb.). Rendszeres karbantartása egyben korrózióvédelem is volt. A fémből készült eszközök rendszeres karbantartásakor főként zsírokat, természetes viaszokat használtak. A híres da-maszkuszi fegyverek, majd később a díszkovácsok (pl. Fazola Henrik Egerben) munkái nem rozsdásodnak. Már akkor is tudtak rozsdamentes acélt készíteni? A 18. században készült mezőgazdasági eszközök jó része ma is kisebb konzerválást igényel a múzeumokban, mint egy 19 vagy 20. században készült gép. Fejlődött a technika, és ennek ellenére jobban korro-dálnak a fémek? Sajnos igen. A kohászat fejlődése (faszén helyett koksszal dolgoztak a ko-hókban) és a nagyipari acélgyártás egyik negatívuma volt sok-sok előnyével szemben az acé-lok kisebb ellenálló képessége a környezet kémiai hatásaival szemben. Nagyon gyorsan kifej-lődtek a felületvédelmi eljárások, mint pl. a horganyzás, zománcozás, festés és ezzel párhu-zamosan elkezdték kutatni a fémek tönkremenetelének okait. A 20. század közepére jutottak el a kutatók odáig, hogy meg tudják mondani a különböző fémek tönkremenetelének mecha-nizmusát, és ekkor kezdődött el tudományos alapokon a korrózióvédelem is. Miért volt szük-séges a tudomány és a technika összefogása? Amikor az első felmérések elkészültek az USA-ban, megdöbbentő adatok kerültek napvilágra a korróziós károk méreteiről. Az ötvenes évek-ben csak az USA-ban több milliárd dollárra rúgott a korróziós kár évente. Egyes becslések szerint a világ acéltermelésének ¼-e fordítódik a korrózió által tönkrement berendezések pót-lására. Magyarországon az importált járművek 20-25%-a fordítódik a korróziós károk pótlásá-ra. Ilyen mértékű károk csökkentése érdekében nagyon megéri költeni a kutatásokpótlásá-ra.
Korróziós károkon értik a korrózió okozta közvetlen vagy közvetett károkat. Dévay szerint a korróziós károk az alábbiak szerint osztályozhatók:
1. A külalak károsodása. Az ipari termékektől (pl. gépjárművek, gépek, szerszámok) bi-zonyos esztétikus megjelenést követelünk meg. Ez a korrózió következtében nagymér-tékben károsodhat (lásd a 18-20 éves autóbuszokat).
2. A beruházási, működési és fenntartási költségek növekedése. Gyakran előfordul, hogy a korróziónak erősen kitett szerkezeteket – majdani károsodásra számítva – túlmérete-zik. Ez jelentős beruházási költségtöbbletet (anyag, munkabér) jelent. A megfelelő korrózióvédelmi megoldások (galvanizált felületek, ellenálló ötvözetek felhasználása, katódos védelem stb.) szintén növelik a beruházási, üzemeltetési és karbantartási költ-ségeket. A károsodott részek kicserélése és javítása ugyancsak anyag és munkabér-többlettel jár.
3. A gyártmányok szennyeződése. A gyártó berendezések korróziója következtében szeny-nyeződhetnek a gyártmányok, ami gyógyszer és élelmiszeriparban okozhat jelentős károkat.
4. A JÁRMŰFELÉPÍTMÉNYEKNÉL HASZNÁLATOS … FELÜLETKEZELÉSI ELJÁRÁSOK 51
Lábody Imre, BME www.tankonyvtar.hu
4. A környezet szennyeződése. A korrózió termékei szennyezhetik a környezetet (pl. az ol-dódó réz vagy ólom korróziós termékek a vizeket szennyezik. Ilyenkor nem is annyira a műtárgyak élettartama, hanem a környezetvédelem miatt kell alkalmazni a szigorú védelmi intézkedéseket. Ide tartoznak a csővezetékek, tárolók meghibásodásából adó-dó környezeti károk (talaj, vízszennyezés, mérgező, tűzveszélyes anyagok környezetbe jutása), amelyek nagyságrendekkel nagyobbak lehetnek a közvetlen kárnál.
5. A biztonsági faktorok leromlása. A korrózió következtében a műtárgyak olyan mérték-ben károsodhatnak, hogy a biztonságtechnikai előírásoknak már nem felelnek meg.
Különösen fontos ez a járművek esetében, ahol pl. az önhordó kocsiszekrényeknél a korrózió által érintett felület mechanikai ellenállásának lecsökkenése az egész gépko-csi szilárdságát csökkenti.
6. A termelés időszakos kiesése. A korrodált részt a berendezésben javítani vagy cserélni kell. Ez idő alatt a berendezés áll. Egyszerűen kikalkulálható, mekkora kárt okozhat a fűtési szezonban kilyukadt olaj távvezeték több napos leállása.
7. Veszteség értékes anyagokban. Pl. egy tartálykocsi kilyukadása esetén az elfolyt anyag értéke jóval nagyobb, mint a javítási költség.
A korrózióvédelem a legtöbb országban, így hazánkban is egy egész iparág megfelelő szak-embergárdával. Két egyetemen is képeztek korróziós szakmérnököket. A járműgyártás örven-detes hazai fejlődésével a jövő közlekedés mérnökeinek az eddigieknél szélesebb körű korró-ziós ismeretekkel kel rendelkezniük, mert a korszerű gyártási technológiák mellett hasonló szintű javítástechnológiát követelnek meg a korszerű járművek. Ez a jegyzet a korábbiaknál bővebb korróziós ismereteket kíván adni a járműgyártásban és javításban dolgozó közleke-désmérnökök számára.
4.2 A korrózió fogalma, és megjelenési formái
A korrózión a köznyelv a rozsdásodást érti. De nemcsak vasból készülnek szerkezeti anyagok, és azok is tönkremehetnek korróziós igénybevétel hatására. Ezért célszerű a korrózió definiá-lásakor általánosabb meghatározást alkalmazni. Eszerint:
A korrózió azon folyamatok összessége, amelyek hatására a szerkezeti anyagok eredeti fel-használási céljukra alkalmatlanná válnak.
Ebben az esetben értelmezhető a műanyagok, a bőr, a textíliák korróziója, illetve valamennyi fémé is, amelyeknél a korróziós termék nem rozsda.
Azok a fémek, amelyek csak vegyületeikben fordulnak elő a természetben, hajlamosak korró-zióra. Ezeket a fémeket vegyületeikből valamilyen energiát igénylő eljárással pl. kohósítással állítanak elő. Az energia befektetés révén a vegyületeiből kiredukált fém egy magasabb ener-giaszintű állapotba kerül, amit a fém megszilárdításakor mintegy „befagyasztanak”. Ekkor a fém egy metastabil állapotba kerül, és a termodinamika törvényének megfelelően igyekszik vissza egy alacsonyabb energia szintre, és visszaalakul valamilyen, a természetben stabil ve-gyületté, a gyakorlatban oxiddá vagy szulfiddá. A 4.1. ábra mutatja az energiaváltozást az idő függvényében vas esetében.
4.1. ábra: A vas energiaállapot függvénye.
Eo az Fe2O3 energia szintje, Ek a folyékony vas energia szintje, EFe a vas energia szintje A kohóban lejátszódó folyamat:
2Fe2O3 → 4Fe + 3CO2 (1)
A fordított folyamat:
Fe + Q → 2Fe2O3 (2)
Azt a folyamatot, ami a fém → fémoxid állapot létrejöttét előidézi, nevezzük korróziós fo-lyamatnak.
Mivel a fémeknek igen sok lehetősége adódik az energia leadásra, számos korróziós folyamat lehetséges, és ezek eredménye más és más megjelenési formát eredményez. A megjelenési forma utal a jelenségeket kiváltó okokra és azok veszélyességére, ezért a korrózió jellegét tekinthetjük a csoportosítás legfontosabb szempontjaként. Ennek alapján az alábbi főbb cso-portokat különböztetjük meg (Rauscher Á.)
4.2.1 Egyenletes korrózió
Egyenletes korrózióról akkor beszélünk, ha az egész felület nagyjából egyforma mértékben korrodálódik. Ennek következtében a szerkezeti anyag elvékonyodik. Ez a megjelenési forma a szerkezeti anyag szempontjából nem, túlságosan veszélyes, hiszen a folyamat egyenletes oszlik el az egész felületen, és általában a várható korrózió sebessége jól tervezhető. Ebben az estben a korrózió sebességét nem a súlyveszteséggel, hanem az elvékonyodás sebességével (mm/év) jellemzik.
4.2.2 Foltos korrózió
Ebben az esetben nem az egész felület, hanem nagyobb foltokban jelentkezik a korrózió.
4. A JÁRMŰFELÉPÍTMÉNYEKNÉL HASZNÁLATOS … FELÜLETKEZELÉSI ELJÁRÁSOK 53
Lábody Imre, BME www.tankonyvtar.hu
4.2.3 Lyukkorrózió, vagy más néven pittingkorrózió
Ennél a korrózió fajtánál a felület egyes helyein lyukak keletkeznek, amelyeknek mélysége nagyobb, mint a lyukak átmérője. Mivel itt a korrózió sebessége kis felületekre koncentráló-dik, igen veszélyes a szerkezet fizikai tulajdonságaira, főként a szilárdságra.
4.2.4 Kristályközi korrózió
Ha a korrózió a kristályhatárok mentén megy végbe, kristályközi korrózióról beszélünk. Ne-hezen észlelhető, ugyanakkor veszélyes, mert a fém kristályszerkezetének teljes széteséséhez vezethet.
4.2.5 Szelektív korrózió.
Erről a korrózióról akkor beszélünk, ha egy ötvözet egyik összetevője gyorsabban oldódik, mint a többi. Ennek egyik jellemző példája a sárgaréz „elcinktelenedése”.
A fenti korrózió típusokról a későbbiekben bővebben lesz szó, a korróziós folyamatok ismere-tének birtokában. A különböző korrózió típusokat a 4.2 ábrán mutatjuk be.
4.2. ábra: A korrózió megjelenési formái
4.3 A korrózió sebessége
A korrózió sebességét sok tényező együttes hatásaként jelentkezik. A korrózió sebességének változását érdemes vizsgálni, mert ez a jellemző a szerkezeti anyagok szempontjából.
(V) időbeli változása írja le. A 4.3 ábra a-nak megfelelő esetben a korrózió az idővel egyenes arányban nő, azaz a V=dk / dt (a görbe deriváltja az időben nem változik és a 4.4. ábra a-nak megfelelő lesz). A b-nek megfelelő esetben a korrózió mértéke az időben jobban nő, azaz a sebessége is egy kezdeti sebességről kiindulva időben növekszik (4.4. ábra b). A c szerinti körülmények között a korrózió mértéke egyre lassabban nő az idő függvényében, amiből kö-vetkezik, hogy a korrózió sebessége egy bizonyos értékről kiindulva csökken.
4.3. ábra: A korrózió változása az idővel
4.4. ábra: A korróziósebesség változása az idővel
A gyakorlatban az a esettel olyan egyenletes korrózióval találkozunk, amikor a korró-ziós termék nincs hatással a korrózió sebességére. A b esetben a korrókorró-ziós termékek nagyobb sebességgel távolodnak el a felületről, mint a képződés sebessége, így a korróziós közeg min-dig több aktív felületi pontot támadhat meg. (A frissen korrodált rész általában aktívabban viselkedik, mint a korróziót még nem szenvedett felület.) A c esetben a képződő korróziós termék megtapad a felületen és elzárja azt a további korróziótól.
A korrózió sebességét általában a fém felületegységének valamely időszak alatti tömegcsök-kenésével (pl. gr/m2/nap vagy év, vagy az időegység alatti vastagságcsökkenéssel jellemzik.
(mm/év, esetleg hónap). Az utóbbi használatai a gyakoribb és a praktikusabb. (Pl. nagy felüle-tű járművek, pl. hajók esetében használható jól). Általában jó korrózióállóságról beszélünk akkor, ha a korrózió sebessége 0,15 mm/évnél kisebb, elfogadható a 0,15-1,5 mm/év, és rossz az ennél nagyobb sebességgel korrodáló fémek ellenállása.
Irodalomjegyzék az 4. fejezethez:
[1] Dévay József: Korróziós Füzetek. (NIMDOK, 1978);
[2] Rauser Ádám: A korrózió és a korrózió elleni védelem (JATEPress 1996);
[3] Lábody Imre: Felületvédelem (Tankönyvkiadó, 1982).
Vehovszky Balázs,BME www.tankonyvtar.hu