Co to jest korozja, wszyscy wiemy. Wiemy także jak powstaje i, podobno, jak się przed nią chronić. Jednak czy na pewno?

Zacznijmy zatem od początku, i tak ? dla przypomnienia ? określmy co to jest korozja:

Korozja jest to niszczenie metalu (nie tylko) przez fizykochemiczne działanie środowiska.

Tylko dlaczego metal koroduje? Otóż stal składa się nie tylko z żelaza, ale także z węgla do wartości 0,2 proc. Węgiel w stali występuje w postaci grafitu lub węglika żelaza (Fe3C). Zatem skład chemiczny, np. stalowej blachy nie jest jednorodny. Także na powierzchni blachy stalowej występują miejsca z mniejszą lub większą zawartością węgla. Takie zróżnicowane powierzchnie w kontakcie z elektrolitem, czyli rozpuszczonymi związkami chemicznymi w wilgoci w powietrzu, przyjmują różne potencjały elektryczne. Skutkiem jest powstawanie mikroogniw, w których żelazo jest anodą, czyli koroduje, to znaczy utlenia się i przechodzi do roztworu.
Od strony chemicznej wygląda to następująco:

Fe ? Fe2+ + 2e-.

Na powierzchniach o większej zawartości grafitu lub węglika żelaza zachodzi natomiast reakcja redukcji rozpuszczonego w wodzie tlenu do jonów OH -.
Chemicznie można to zapisać następującym wzorem:

1/2 O2 + H2O +2e- ? 2OH-.

Czyli na powierzchni, np. blachy stalowej, zachodzą reakcje chemiczne wg poniższego wzoru:

Fe + 1/2 O2 + H2O ? Fe(OH)2.

Z żelaza pod wpływem tlenu i wody powstaje wodorotlenek żelaza, który jest dalej utleniany, aż do uwodnionego tlenku żelaza, czyli rdzy.

4Fe(OH)2 + O2 ? 2Fe2O3 x H2O + 2H2O

No tak, ale przecież blachy nadwozia samochodu są zabezpieczone antykorozyjnie. Zatem opisane powyżej zjawiska nie powinny zachodzić. A i tak po pewnym czasie korodują. Dlaczego? Każda powłoka ochronna: podkład, lakier czy PCW są powłokami porowatymi. Wielkość powstających porów zależy od ilości wyparowanego podczas schnięcia rozpuszczalnika i od wielkości jego cząstek. Czym rozpuszczalnik jest niższej jakości, to jego cząstki są większe i większe pory nałożonej powłoki. Składniki organiczne każdej powłoki ochronnej ulegają stałej degradacji wskutek działania tlenu z powietrza oraz wskutek promieniowania słonecznego. Dlatego istniejące w powłoce ochronnej pory pogłębiają się i powiększają. Powoduje to dyfuzję wilgoci w głąb pokrycia ochronnego, uaktywniając istniejące, lokalne mikroogniwa korozyjne. W tej wchłoniętej wilgoci rozpuszczają się wszystkie zanieczyszczenia korozyjne obecne w powietrzu: tlenki siarki, pył węglowy, chlorek sodu itp. Jest to zjawisko tzw. korozji podpowłokowej. Innym rodzajem korozji, najczęściej spotykanej w branży motoryzacyjnej, jest korozja elektrochemiczna, czyli niszczenie przez zachodzenie reakcji chemicznych w środowisku elektrolitów: woda, wilgoć, woda słona, roztwory soli itp. Jej wzorcowym przykładem jest korozja szczelinowa, która rozwija się w szczelinach i na złączach blach: zawijanych, spawanych czy zgrzewanych. Jest to pewien rodzaj korozji wżerowej, która jest skutkiem działania wielu ogniw korozyjnych: aktywno-pasywnych. W ciasnej przestrzeni jest zablokowany elektrolit (1). Ze względu na różnice stężeń składników: jonów wodorowych, tlenu lub chlorków, w szczelinie i na zewnątrz powstaje ogniwo korozyjne. W miejscu gdzie brak już tlenu, bo został związany, powstaje obszar anodowy, a w miejscu zewnętrznym, gdzie jest dostęp tlenu powstaje obszar katodowy. Na początku, proces korozyjny rozwija się w całej przestrzeni ? redukcja tlenu. Następnie w strefach różnicuje się zawartość tlenu i powstaje zarodnik korozji szczelinowej. W szczelinach następuje wzrost kwasowości i stężenia jonów, środowisko staje się bardziej agresywne. Zakwaszenie to prowadzi do rozpuszczania warstewki pasywnej (ochronnej), wskutek czego roztwór dociera do powierzchni metalu. Jest to proces autokatalityczny, czyli cały czas sam się napędza. Innym przykładem może być korozja galwaniczna, np. na obrzeżach otworów szyb wklejanych (2). Jeżeli do wklejania szyb został użyty klej o małej oporności (dużej przewodności), który z jednej strony ma kontakt z listwami zbiorczymi anten lub ogrzewania, najczęściej wykonanymi ze stopów srebra, a z drugiej z nadwoziem wykonanym ze stali lub z aluminium, to w otoczeniu wilgoci zawartej w powietrzu powstają sprzyjające warunki do powstawania ogniw galwanicznych. Z dwóch elektrod takiego ogniwa galwanicznego: katoda to listwy srebrne, a anoda to stal lub aluminium, jedna jest ?zjadana? przez drugą. Tą elektrodą ?zjadaną? jest metal o niższym potencjale elektrycznym, czyli w tym przypadku stal lub aluminium. Prawdę mówiąc, tam gdzie jest metal, powietrze i wilgoć, tam zawsze będzie korozja. Nowy samochód już w momencie opuszczania fabryki zaczyna korodować. Jak szybko skoroduje zależy wyłącznie od czasu, od jakości zabezpieczenia antykorozyjnego oraz od warunków w jakich jest eksploatowany. Zjawisko korozji jest tak powszechne, że nie zdajemy sobie sprawy z jego skutków. Proszę sobie wyobrazić, że na całym ziemskim globie, w każdej sekundzie korozja niszczy około 5 ton stali. Powstałe produkty korozji, czyli rdza w obecności wilgoci staje się katodą w stosunku do metalu i proces niszczenia postępuje w sposób ciągły. Jak wykazały badania przeprowadzone w roku 2000 przez Auto Bild i TUV, już w nowych samochodach w profilach zamkniętych, na połączeniach blach widać było ogniska korozji.

I to trzeba zapamiętać! Samochód koroduje od wewnątrz na zewnątrz, a nie odwrotnie.

Dlaczego? Zastanówmy się chwilę nad tym zjawiskiem. W profilach zamkniętych nie wszystkie miejsca są przewietrzane. Są takie zakamarki, że nawet w upalne letnie dni jest w nich wilgoć. W profilach zamkniętych jest powietrze, a jak powietrze to i wilgoć. Nasze polskie powietrze jest wyjątkowo zanieczyszczone różnymi pierwiastkami chemicznymi, które rozpuszczają się w tej wilgoci, tworząc różne związki chemiczne. A te zawsze znajdą mikroszczelinę w każdym zabezpieczeniu antykorozyjnym i dostaną się do czystej powierzchni metalu. Najgorszym okresem dla rozwoju korozji jest zima, ze względu na dużą zawartość w powietrzu związków soli. Ale także i w lato, gdy po upalnym dniu nadchodzi trochę chłodniejsza noc i na samochodzie, a także w profilach zamkniętych, pojawia się poranna rosa. W miarę wzrostu temperatury wilgoć odparowuje, zwiększając stężenie powstałych związków chemicznych, które z dnia na dzień działają coraz agresywniej.
<1w.jpg>
Fot. 1

Właściciel tego nie widzi i nawet nie pomyśli o jakiejkolwiek konserwacji. Jeżeli na powłoce lakierowej pojawi się jakiekolwiek uszkodzenie, to właściciel samochodu czym prędzej jedzie do warsztatu i prosi o zabezpieczenie antykorozyjne, bo pojazd rdzewieje i wygląda nieestetycznie. Gdy to samo nastąpi na podwoziu, to dowiaduje się o tym dopiero na corocznym przeglądzie mechanicznym. Ale to już tak nie boli, bo tego nie widać. Natomiast co się dzieje w profilach zamkniętych, tego nikt nie wie i nie widzi. A tam dzień w dzień następuje powolny, ale bardzo skuteczny proces korozyjny i dopiero po kilku latach korozja daje o sobie znać, pokazując się na zewnątrz. To, że samochód zmienia właściciela nie oznacza, że problem korozji przestaje istnieć. Nowy właściciel, kupując samochód używany liczy się z ewentualnymi ogniskami korozji i staje się mniej wrażliwy na jej objawy.
<2w.jpg>
Fot. 2

Problem korozji istnieje i dlatego tak dużo jest coraz nowszych preparatów antykorozyjnych. Zmieniają się także technologie powstrzymywania korozji i usuwania ognisk korozji. Jednak za nim przejdziemy do usuwania ognisk korozji, zapoznajmy się z procesami antykorozyjnymi stosowanymi podczas produkcji blach nadwozi samochodów, a następnie zabezpieczaniem już wykonanych nadwozi.
<3w.jpg>
Fot. 3

Stalowe blachy, z których wykonywane są elementy nadwozia samochodu pokrywane są cienką warstwą powłoki cynkowej, wykonanej metodą elektrolityczną o grubości około 20 ?m. Blachy cynkowane są dwustronnie, ale można jeszcze spotkać blachy cynkowane jednostronnie. Następną powłoką antykorozyjną jest powłoka fosforanowa, która może być nakładana na surową blachę stalową lub na powłokę cynkową. Po kąpieli nadwozia w wodnym roztworze fosforanu powstaje na powierzchni metalu cienka powłoka nierozpuszczalnych fosforanów o grubości od 1 do 20 ?m. Jednak ze względu na dużą porowatość jej antykorozyjna wartość ochronna jest niska, ale stanowi bardzo dobry podkład pod powłoki malarskie. Otóż, połączenie powłoki lakierowej z niemetaliczną powłoką fosforanową jest mocniejsze niż z czystą powierzchnią metaliczną, dzięki silnemu powiązaniu kryształów fosforanów z żywicami organicznymi. Sama powłoka fosforanowa nie daje ochrony antykorozyjnej, ale w połączeniu z powłoką malarską tworzy układ o bardzo dobrych właściwościach antykorozyjnych. Dlatego jakość powłoki fosforanowej ma także bardzo duży wpływ na antykorozyjne zabezpieczenie blach nadwozia. Dopiero na powłokę fosforanową nakładany jest podkład katoforetyczny i pozostałe powłoki lakierowe. Po polakierowaniu nadwozia wprowadzana jest w profile zamknięte, pod dużym ciśnieniem i o wysokiej temperaturze, masa woskowa. A jak to wygląda w warsztacie? Trochę inaczej, ponieważ dochodzi dodatkowo operacja usunięcia ognisk korozji oraz stosowane są preparaty, które mogą być nakładane w temperaturze pokojowej.
Najskuteczniejszym sposobem usunięcia rdzy i ognisk korozji jest usunięcie z pewnym naddatkiem warstwy skorodowanego materiału (3). Następnie czystą, wolną od korozji powierzchnię należy zabezpieczyć odpowiednimi warstwami antykorozyjnymi. Metoda bardzo skuteczna, ale możliwa tylko w przypadku elementów o grubych ściankach. Biorąc pod uwagę relatywnie cienkościenne blachy nadwozi samochodów, metoda ta nie może być zastosowana. Pozostaje w tym przypadku tylko metoda zastosowania środków chemicznych, które nie usuwają ognisk korozji, ale znaczenie spowalniają proces korozji w już powstałych ogniskach. Preparaty te przez organiczne dodatki kompleksujące przemieniają rdzę (tlenek żelaza) w stabilny związek. Preparat ma kolor biały (4). Podczas reakcji z rdzą zmienia swój kolor na zielony (5), a następnie na czarny (6).
<4w.jpg>
Fot. 4
<5w.jpg>
Fot. 5
<6w.jpg>
Fot. 6
<7w.jpg>
Fot. 7
<8w.jpg>
Fot. 8

Uwaga: Pomimo szybkiego, powierzchniowego wyschnięcia preparatu, bo już po 1 godzinie, całkowite zakończenie reakcji chemicznych następuje dopiero po minimum 16 godzinach. Dlatego też wszelkie powłoki lakierowe mogą być nakładane dopiero po tym czasie.

Oczywiście, skuteczność działania preparatu zależna jest od jakości usunięcia luźnej rdzy, głębokości wżerów korozyjnych, ilości nałożonych warstw i jakości zastosowanego preparatu. Preparaty te nie zawierają kwasu fosforowego, dlatego reagują wyłącznie z produktami korozji, czyli rdzą. Nie reagują z czystym metalem. Po nałożeniu na miejsca widocznych ognisk korozji, nadmiar preparatu powinien być usunięty, a po całkowitym wyschnięciu powierzchnia oczyszczona z resztek wyschniętego nieprzereagowanego preparatu. Inne sposoby usuwania ognisk korozji, które mogą być zastosowane w branży samochodowej to piaskowanie i szczotkowanie (7). Skuteczność piaskowania zależy od średnicy ziaren piasku, a szczotkowanie stosowane jest tylko do usuwania luźnej rdzy. Dopiero na tak przygotowaną czystą i metaliczną powierzchnię blachy stalowej nakładany jest grunt reaktywno-adhezyjny. Są to najczęściej preparaty poliwinylowe z dodatkiem kwasu fosforowego. Wypierają powietrze z wilgocią z powierzchni metalu i dają powłokę fosforanową.

Tab. 1

Grunt reaktywny zastępuje fabryczne kąpiele fosforanowe. Tworzy pierwszą warstwę kontaktową, zapewniającą bardzo dobrą przyczepność. Jednak podkład reaktywny, podobnie jak powłoki fosforanowe, musi być pokryty podkładem antykorozyjnym. Przykładowe zestawienie par preparatów poszczególnych firm lakierniczych przedstawiłem w załączonej tabeli. Są jednak na nadwoziu samochodu takie miejsca, gdzie niemożliwe jest zastosowanie wspomnianych wcześniej sposobów na usunięcie ognisk korozji i ponowne zabezpieczenie powierzchni blachy przed korozją. Są to oczywiście profile zamknięte. Jedynym sposobem na powstrzymanie zaistniałych tam procesów korozyjnych jest zastosowanie preparatów woskowych. Ale nie zwykłych, tylko takich, które zawierają inhibitory korozji, czyli dodatki spowalniające procesy korozyjne. I tu ponownie przytoczę wspomniane wcześniej badania Auto Bild i TUV, które wykazały, w jakim stopniu ochrona antykorozyjna zależy od jakości stosowanych preparatów. Przeprowadzone badania były wykonane na metalowych puszkach rozstawionych na łące, tak aby działały na nie warunki atmosferyczne. W każdej puszcze zainicjowany został proces korozyjny, a następnie ogniska korozji zostały pokryte preparatem woskowym znanych na rynku firm. Po 3 latach eksperymentu okazało się, że niektórych puszek nie można było zdjąć ze stojaków, ponieważ całkowicie przerdzewiały. Ale były także takie, w których zainicjowany wcześniej proces korozyjny nie rozwinął się, puszki można było zdjąć ze stojaków i dokładnie zbadać jak skuteczny był dany preparat. Na rysunku 8 przedstawiam właściwość pełzania jednego z preparatów, który uplasował się na jednym z czołowych miejsc. Cecha ta jest bardzo ważna, ponieważ w profilach zamkniętych nie ma możliwości wprowadzenia preparatu we wszystkie szczeliny połączonych ze sobą blach. Ale wystarczy, że preparat zostanie natryśnięty tylko na krawędź połączonych blach, to sam wniknie głęboko w szczelinę, wypełniając ją całkowicie. Podczas tego zjawiska zostaje automatycznie wyparta ze szczeliny wilgoć. A jak nie ma wilgoci i powietrza, to nie ma korozji ? przynajmniej przez jakiś czas. Korozji nie można zapobiec, nie można także naprawić korozji. Tego co skorodowało, czyli utleniło się, nie da się już odzyskać. Można jedynie powstrzymać proces korozji. W niektórych przypadkach tak znacznie, że wygląda to na rzeczywistą naprawę korozji.

Wiesław Wielgołaski