EKP

Máte načtenou starší verzi dokumentu! Pokud ji uložíte, vytvoříte tím novou aktuální verzi.

====== Korozní charakteristiky vybraných kovů ======

[[koroze:literatura|[4]]]

Reakce kovu s okolní agresivní atmosférou závisí na celé řadě faktorů,
mimo jiné i na vlastním kovu. V  této stati budou probrány z korozního hle
diska  všechny kovy,  mající uplatnění  v elektrotechnice.  
 
===== Cín a jeho slitiny =====

Cín a slitina cín-olovo se velmi rychle pokrývají vrstvou oxidů (<chem>SnO</chem>,
<chem>SnO2</chem>). Tyto vrstvy mají dobrou korozní odolnost a jsou stálé. Znečištění
chlórem a chloridy napadá oxidové vrstvy
a urychluje korozi základního kovu. Fáze
olova v povlacích slitin cín-olovo je citlivá na zkondenzovanou vlhkost a ve velmi
vlhkých prostředích dochází na těchto povlacích k rychlé korozi.

Dominantním degradačním mechanizmem povlaků s cínem nebo cín-olovem je fretting. Cín a cín-olovo by neměl být používán
v kombinacích s ušlechtilými kovy, jako je zlato nebo stříbro a s tvrdými kovy jako je
např. nikl nebo tvrdé zlato. Tyto kombinace
materiálů mohou vyvolat bimetalickou korozi nebo zvýšit nebezpečí frettingové koroze.
Užití galvanických cínových povlaků přináší riziko tvorby whiskerů. K tomu
dochází u povlaků cínu přímo na mědi nebo
slitinách mědi (speciálně mosazi). Lesklý cín, vzhledem k vyššímu vnitřnímu pnutí je
více náchylný ke vzniku whiskerů než matný cín. Nebezpečí může být sníženo
přetavením cínu, legováním olova nebo použitím niklu jako mezivrstvy. Kontakty s povlaky cínu nebo slitiny cín-olovo by neměly být vystaveny zvýšeným teplotám, neboť měď ze substrátu v těchto podmínkách difunduje do povlaku a skrz povlak se dostává na povrch, kde oxiduje. Také nikl není při vyšších teplotách vhodným barierovým materiálem.
Korozní rozrušení cínu může být někdy zaměňováno s tzv. cínovým morem,
jevem při kterém dochází k přeměně čtverečné krystalické soustavy v soustavu kubickou. Dochází k němu při poklesu teploty pod 13,2 oC.

===== Hliník =====

Hliník patří mezi málo ušlechtilé kovy, ale v řadě prostředí se uplatňuje jeho schopnost přecházet rychle do pasivního stavu. Je to dáno velkou
chemickou reakční schopností hliníku vytvořit na svém povrchu stabilní oxidové vrstvičky.
V suchém prostředí dochází na povrchu hliníku v průběhu několika minut
k vytvoření vrstvičky <chem>Al2O3</chem> o tloušťce 1010 m. Po několika dnech naroste
oxidová vrstvička do tloušťky 3.109 m. Potom se zvyšuje jen velmi pomalu.
Za přítomnosti vzdušné vlhkosti a ostatních atmosférických faktorů je
tloušťka pasivní vrstvičky řádově 106 m. O vlastnostech oxidové ochranné
vrstvy rozhoduje okolní atmosféra. V prostředí s chloridovými ionty dochází
k lokálnímu koroznímu napadení (pittingu).

Samotný hliník má silnou tendenci ke koroznímu praskání. Pokud je hliník používán  v integrovaných obvodech, může  vlivem penetrace vlhkosti pod
pouzdro  docházet vedle  pittingové koroze  i k  elektrolytické, nebo je-li
hliník spojen se zlatem i k  bimetalické korozi. Korozní napadení je urychlováno přítomností chloridů či jiných agresivních složek atmosféry.

===== Chrom =====

Chrom je pro svou vysokou  korozní odolnost používán především v mnoha
prostředích jako kov pro povrchové  úpravy. Chromové povlaky se vytváří buď
jako dekorativní a ochranné, nebo technické.

Ozdobně ochranné  povlaky se aplikují  v systému NiCr  nebo CuNiCr.
Tloušťka chromu v těchto systémech je vždy velmi nízká (pod 1 µm). Ochranná
účinnost je  zajišťovaná podkladovými vrstvami.  Druhým typem povlaků  jsou
povlaky funkční. Tento  typ povlaku se vytváří v  tloušťkách řádově větších
(až několik mm) a používá se pro funkční plochy, kde je třeba dosáhnout vysoké tvrdosti a otěruvzdornosti povrchu.

Chrom má vysokou korozní odolnost ve všech atmosférických prostředích
a všech kategoriích umístění. Dobrou korozní odolnost má vůči <chem>H2S</chem> a organickým sloučeninám a to i za vyšších teplot. Korozní chování ozdobně ochranných povlaků je dáno skladbou vrstev, jejich tloušťkou a technologií
provedení (bezporézní, mikrotrhlinkový chromový povlak atp).

Technické povlaky se provádějí  bez mezivrstev. Zvýšená tloušťka zaručuje odolnost povlaku proti opotřebení a zajišťuje zároveň optimální proti
korozní ochranu. Dominantní postavení v tomto provedení povrchové úpravy má
ale technická funkce povlaku.

===== Kadmium =====

Kadmium je kov, který se v minulosti uplatňoval v technické praxi jako
ochranný povlak  oceli. Základní korozní  vlastnosti a projevy  kadmia jsou
velmi  blízké zinku.  Stejně jako  zinek má  anodické vlastnosti  a korozní
odolnost závisí na vlastnostech korozních produktů. V současnosti se z ekonomických a  hlavně ekologických důvodů od  užití kadmia ustupuje. Kadmiové
povlaky  se používají  jen ve  specifických případech  (letecká a  vojenská
technika).
 
Korozní odolnost kadmiových povlaků ve  vnější atmosféře se mění podle
podmínek prostředí (podle druhu znečištění a režimu ovlhčování). Méně odolné jsou  kadmiové povlaky v průmyslových  atmosférách s rozhodujícím vlivem
oxidu  siřičitého. Naopak  odolné jsou  v prostředích  uzavřených prostorů,
vlhkých a teplých provozních  podmínkách. Relativně dobrou korozní odolnost
mají kadmiové  povlaky v atmosférách  znečištěných formaldehydem, kyselinou
mravenčí nebo octovou.

===== Měď =====

Měď  má  pro  své  elektrické  a  tepelné  vlastnosti široké uplatnění
v elektrotechnice. Korozní odolnost mědi  je dána její elektrochemickou ušlechtilostí. K odolnosti přispívá i to, že měď vytváří na svém povrchu tuhé
korozní produkty. Tato vlastnost se vyskytuje u všech slitin mědi.

Atmosférická koroze mědi a jejich slitin může probíhat jak při nadkritických relativních vlhkostech vzduchu, kdy se tvoří již viditelné tenké
vrstvy elektrolytu, tak i v relativně suchém prostředí. Při působení čisté
ho suchého vzduchu se pokrývá měď a její slitiny tenkou vrstvou oxidů, která se s časem zvětšuje. Jestliže je suchý vzduch znečištěn <chem>H2S</chem>, roste tenká
vrstva korozních zplodin mnohem rychleji.

Měď je citlivá na široké spektrum znečištění. Výrazně korozi mědi
urychluje roztok elektrolytu na povrchu. Rychlost závisí na době a intenzitě ovlhčení povrchu, teplotě vzduchu a obsahu stimulátorů koroze (<chem>SO2</chem>, Cl). V prostředí znečištěném oxidem siřičitým může koroze mědi začínat již při relativních vlhkostech nad 75 %.

Oxid siřičitý reaguje  za přítomnosti vody a vzdušného  kyslíku s mědí
a vytváří na  jejím povrchu oxid měďnatý  a bazický síran měďnatý.  To jsou
základní složky korozních produktů. V atmosférách, které obsahují chloridy,
se na povrchu tvoří zásadité  soli, které zvyšují korozní působení atmosféry. Většinou v těchto podmínkách dochází  k rovnoměrné korozi. U slitin mědi, např. mosazi může docházet ke koroznímu praskání.

Rovnoměrná rychlost koroze mědi a většiny jejích slitin se pohybuje ve
venkovní atmosféře v  rozmezí 0,2 až 0,6 µm za rok.  V městské atmosféře je
korozní rychlost mědi  2,2 µm za rok a v mořské  atmosféře 0,6 až 1,1 µm za
rok.

Dalším korozním mechanizmem,  s kterým se setkáváme u  slitin mědi, je
odzinkování. K  odzinkování dochází i  u mosazí s  obsahem mědi přes  90 %.
U elektronických součástek a prvků je  měď obvykle používána s povlaky. Měď
v tomto případě může  difundovat póry povlaku a korodovat  na jeho povrchu.
Koroznímu působení může být měď vystavena nejen v místech pórů ale i nesouvislých místech povlaku. U mědi se stříbrnými nebo zlatými povlaky se můžeme setkat s  plížením korozních produktů mědi. Rychlost  koroze slitin mědi
a rychlost  plížení přes  zlato roste  s růstem  obsahu mědi.  Měď je  také
náchylná k elektrolytické korozi.

V silně agresivních prostředích může souvislá koroze mědi přivodit po
ruchy  na deskách  plošných spojů.  Tlustý film  korozních produktů se může
uvolnit, vytvořit můstky  mezi vodiči a tak způsobit  zkraty nebo nežádoucí
vzrůst proudu izolační částí.

===== Nikl =====

Nikl  je v  elektrotechnice používán  jako čistý  kov nebo jako složka
slitin. Z  korozního hlediska jsou  slitiny niklu jedním  z nejvýhodnějších
konstrukčních materiálů, protože se jejich vlastnosti dají vhodnou kombinací legovacích prvků upravit tak,  aby odolávaly nejrůznějším silně agresivním prostředím.

S  čistým niklem  se v  elektrotechnice setkáváme  ve formě ochranných
povlaků korozně méně odolných nosných materiálů. V těchto případech je nikl
používán buď jako mezivrstva, která omezuje korozi, nebo jako vrstva, která
má dekorativní  účel. Mezivrstva v galvanickém  povlaku plní funkci bariéry
proti difuzi nosného kovu (obvykle  mědi nebo zinku). Mezivrstvy niklu jsou
také aplikovány jako ochrana proti tvorbě cínových whiskerů.

V běžných  vnitřních atmosférách mají niklové  povlaky vysokou korozní
odolnost a  zachovávají si i svůj  lesklý vzhled. Pokud dochází  ke korozi,
pak  v těchto  prostředích převládá  rovnoměrná koroze  a pitting. V těchto
podmínkách  je nikl  pokryt vrstvou  oxidů, která  ho v mírných prostředích
chrání proti dalšímu napadení. Oxidový film má ale charakter nevodivé (izolační) vrstvy.

Na  vnější atmosféře  je stálost  niklových povlaků  výrazně snižována
znečištěním atmosféry, s  níž nikl reaguje a vytváří  na svém povrchu tmavé
a jinak zbarvené korozní produkty (většinou  různé sloučeniny s obsahem síry). Ve  velkém rozsahu je  atmosférická koroze niklových  povlaku určována
obsahem oxidu siřičitého a vlhkosti v provozním prostředí.

===== Ocel =====

Uhlíková ocel  je pro vhodné mechanické  vlastnosti a dobrou zpracovatelnost nejrozšířenějším konstrukčním materiálem. Z korozního hlediska však
patří mezi méně odolné materiály.

<html> <center> </html> 
^ Atmosféra ^ Hmotnostní úbytek (g.m2) ^
| venkovská | 300 |
| městská | 300 500 |
| průmyslová | 500 700 |
| průmyslová silně znečištěná | 700 |

Tab. 1. Hmotnostní úbytky oceli v prvním roce působení vnějších atmosfér mírného pásma.
<html> </center> </html>

Ocel spontánně vytváří na svém  povrchu oxidy a další korozní produkty
s omezenou ochrannou schopností. Ve většině venkovních prostředí a ve vnitřních průmyslových  prostředích dochází ke koroznímu  napadnutí oceli i při
nižších relativních vlhkostech vzduchu než je kritická vlhkost.
     
Základní příčinou  atmosférické koroze oceli  je vlhkost, která  spolu
s agresivními složkami atmosféry vytváří  na povrchu vrstvu elektrolytu, ve
které dochází  ke korozi. Hlavním stimulátorem  atmosférické koroze je oxid
siřičitý. V elektrolytu na povrchu oceli dochází k rychlé oxidaci oxidu siřičitého na oxid sírový, který tvoří ve vodě síranové ionty.

Síranové ionty se pak aktivně podílejí na anodické reakci železa, která probíhá v několika základních stádiích. Konečným produktem těchto procesů je  hydratovaný oxid železitý  (rez). Obdobný průběh  má koroze vyvolaná chloridovými ionty.

Průběh atmosférické koroze oceli ovlivňuje řada faktorů (vlhkost, teplota, znečištění,  proudění vzduchu), které  se v jednotlivých  prostředích
uplatňují v různé míře. Vždy má ale dominantní postavení oxid siřičitý.   Časem se korozní rychlost oceli snižuje. Ustálený roční  korozní úbytek v málo znečištěné vnější
atmosféře je 5 až 30 µm  a v silně znečištěné atmosféře  dosahuje hodnot až
50 µm. To je nutné brát v úvahu při konstrukčním návrhu zařízení.

===== Palladium a slitiny palladia =====

Palladium a  slitiny palladia jsou považovány  za alternativní náhradu
zlata, především  pro aplikace v  konektorech. Zlato je  v těchto případech
používáno jen jako tenká vrstva na palladiu.

Z  korozního hlediska  probíhá znehodnocování  palladia v  agresivních
podmínkách  stejně jako  u zlata.  Palladium je  ušlechtilý kov  s omezeným
trendem tvorby korozních produktů při  interakci s prostředím. Je však citlivé na chlór. Na rozdíl od zlata je méně náchylné k plížení korozních produktů. Slitiny  palladia jsou obvykle  méně ušlechtilé než  čisté palladium
a proto   jsou   více   náchylné   k   rovnoměrné   korozi.  Např.  slitina
palladium-stříbro je  citlivá na sirníky  a vytváří na  svém povrchu vrstvy
sirníku stříbrného.

Koroze palladiových  povlaků v pórech i  plížení korozních produktů po
povrchu určuje korozní chování těchto povlaků. Na povrchu palladiových povlaků se  mohou vlivem působení  polymerů, nebo vlivem  vibrací či tepelných
změn vytvářet  nevodivé (izolační) vrstvy. Palladium  se někdy chrání velmi
tenkou vrstvou zlata. Zlato snižuje  nebezpečí vzniku třecích polymerů, působí jako tuhé mazadlo.

===== Stříbro a slitiny legované stříbrem =====

Stříbro má ze všech kovů používaných v elektrotechnice nejvyšší elektrickou a tepelnou vodivost. Je však velmi  měkké a má malou pevnost za tepla.

V čistých atmosférách stříbro prakticky nekoroduje. Velmi silně je však
napadáno sirným znečištěním (např.  sirovodíkem), které vyvolává na povrchu
stříbra rovnoměrnou korozi a vytváří  elektricky málo vodivou vrstvu sulfidů. Růst  sirníku na stříbře v  závislosti na čase je  lineární. V omezeném
rozsahu je tvorba sirníku stříbrného závislá na vlhkosti. Snížením relativní vlhkosti či zvýšením teploty můžeme někdy vyvolat snížení a jindy zvýšení korozní rychlosti stříbra. Tvorba  sirníků může být vyvolána i kontaktem
stříbra s látkami obsahující sloučeniny síry (např. pryží). Filmy či vrstvy
sirníku  stříbrného  vzniklé  při  rovnoměrné  korozi  jsou relativně měkké
a snadno  se porušují.  Ve velmi  agresivních prostředích  může docházet ke
vzniku a vývoji whiskerů sirníku stříbrného, které mohou v průběhu několika
let narůstat do délky i několika  milimetrů. Protože sirník stříbrný je polovodivý, mohou  tyto whiskery způsobovat v  elektronickém zařízení zkraty.
Tlusté vrstvy sirníku  stříbrného mohou z povrchu odpadat  a na jiných místech vytvářet vodivé cesty.

Důvodem pro  omezování stříbra ve výrobě  elektronických prvků je celá
řada.  Jedním z  nich je   migrace korozních  produktů stříbra  na izolační
plochy. Při používání stříbra je  třeba počítat i s elektrolytickou korozí.
Nebezpečí elektrolytické koroze je větší, jeli stříbro pod elektrickým za
tížením v kontaktu s navlhavým izolantem.

Tloušťka a  kvalita stříbrných galvanických povlaků  je velmi důležitá
zejména s ohledem na korozní napadení  v pórech, zvláště jeli nosným materiálem měď. Korozní produkty mědi z hran či pórů mohou přelézat a tvořit na povrchu vrstvu znehodnocující jak kontaktní vlastnosti povlakového systému, tak popřípadě zhoršovat jeho pájitelnost.

Protože stříbro je méně ušlechtilý  kov než zlato, pozlacování stříbrných kontaktů tenkými povlaky zlata  není nejvhodnější způsob zvyšování korozní odolnosti, dokonce ani ve středně agresivních prostředích. Zlaté povlaky jsou totiž velmi rychle  pokryty korozními produkty  sirníkem stříbrným.

===== Zinek =====

Zinek je  kov, který nemá  takové mechanické vlastnosti,  aby mohl být
využíván jako konstrukční materiál. Má však velmi dobré korozní vlastnostmi
ve většině atmosférických prostředí. Převážně  je proto aplikován jako povlakový materiál.

Zinek je elektrochemicky méně ušlechtilý než většina používaných technických kovů.  Vytvářené ochranné povlaky  jsou anodického typu.  Důsledkem
této vlastnosti zinkových povlaků je,  že při kontaktu zinku nebo zinkového
povlaku s jinými kovy dochází  k elektrochemické korozi, kdy zinek koroduje
rychleji.

Přesto, že zinek  patří mezi neušlechtilé kovy, je  jeho korozní odolnost ve většině atmosfér velmi dobrá. Hlavní důvod je v odlišné funkci stimulátorů koroze, které přicházejí do styku s korodujícím povrchem. Na zinku
se korozně aktivní látky váží  do nerozpustných či omezeně rozpustných složek korozních produktů, které vykazují ochranné vlastnosti.

<html> <center> </html> 
^ Atmosféra ^ Korozní rychlost (µm.r-1) ^
| venkovská | 0,4 5 |
| městská | 1,6 7 |
| průmyslová | 3,4 11 |
| přímořská | 0,6 15 |
| tropická | 0,5 39 |

Tab. 2. Korozní rychlost zinku v různých prostředích
<html> </center> </html>

Koroze zinku probíhá většinou rovnoměrně. Charakter korozních produktů
je závislý na prostředí, ve kterém ke korozi dochází. V čistých prostředích
se tvoří na povrchu zinku vrstva hydroxidu zinečnatého s oxidem zinečnatým.
Tato vrstva  má již během několika  dní dobré ochranné vlastnosti.  V různě
znečištěných atmosférách  vznikají složité směsi látek,  které se liší svou
rozpustností.  V extrémně  znečištěných atmosférách  a vysokých relativních
vlhkostech se vytvářejí na povrchu zinku převážně rozpustné korozní produkty bez  ochranné schopnosti.

===== Zlato =====

Zlato je neoxidovatelný kov a  pro své elektrické a korozní vlastnosti
má v elektronice nezastupitelné místo.  Z ekonomických důvodů se zlato používá především jako povlakový materiál  (na kontakty, stykové plochy) a při
výrobě některých elektronických prvků.

V normálních  podmínkách zlato prakticky nekoroduje.  Pokud dochází ke
korozi zlatých povlaků je to způsobeno korozí podkladového materiálu.Korozní chování pozlacených povrchů je ovlivňováno znečištěním. Koroze
v pórech je stimulovaná vysokou  hodnotou relativní vlhkosti, chlórem, oxidem siřičitým a sirovodíkem. Plížení korozních produktů je stimulováno zejména přítomností sirovodíku. Znečištěná  vnitřní průmyslová nebo zemědělská
prostředí mají zásadně škodlivé účinky.

Spolehlivost pozlacených kontaktů v  mírném prostředí je určena tvarem
kontaktu, základním materiálem, mezivrstvou, čistotou a pórovitostí vrchní
ho  povlaku. Důležitými  konstrukčními faktory  majícími vliv  na ochrannou
účinnost zlatého povlaku je kontaktní  síla, odolnost povlaku proti opotřebení a ochranná účinnost krytí kontaktového svazku.

Protože u pozlacených povrchů dochází  ke korozi převážně v pórech, je
velmi důležitá jeho homogenita, odolnost povlaku proti opotřebení a korozní
odolnost substrátu. V agresivních podmínkách je dominantním korozním mechanizmem plížení korozních produktů z pórů,  hran a oblastí se selektivně vyloučeným  zlatým povlakem,  což má  za následek  nespolehlivost pozlacených kontaktů v těchto podmínkách.

[<8>]

Komentář k úpravám

Poznámka: Tím, že editujete tuto stránku, souhlasíte, aby váš obsah byl licencován pod následující licencí: CC Attribution-Share Alike 4.0 International

EKP

Uživatelské nástroje

Nástroje pro tento web

Nástroje pro stránku