Jedným z najbežnejších materiálov používaných v priemysle a stavebníctve je kov. Dokonca aj na pozadí vzniku technologických sklených vlákien a kompozitov nestrácajú jeho jedinečné kombinácie výkonnostných vlastností svoj význam. Faktory ako starnutie kovov, únavové efekty, korózia a iné degradačné procesy však obmedzujú jeho aplikáciu, čo núti technológov hľadať spôsoby, ako zvýšiť odolnosť konštrukcie.
Proces starnutia
Starnutie kovových zliatin a čistých prvkov sa chápe ako zmena ich výkonu. V priebehu času sa dizajn a diely menia vo svojej štruktúre, čo sa odráža na výkone. Predpokladá sa, že proces starnutia kovov má negatívne dôsledky, hoci spôsobuje aj zvýšenie určitých užitočných technických a fyzikálnych vlastností. Napríklad sa zvyšuje tvrdosť materiálu, hoci paralelne rastie aj krehkosť. V každom prípade sa zmena štruktúry odchyľuje od výkonu, ktorý sa očakáva napríklad pri vývoji budovy alebo inžinierskeho projektu.
Čas je hlavnou príčinou starnutia, no nie jedinou. Vonkajšie podmienky môžu v tomto procese zohrávať významnú úlohu.najmä chemicky agresívne prostredie, s ktorým materiál prichádza do styku. Za normálnych prevádzkových podmienok dochádza k pomalému mechanickému starnutiu kovu, proti ktorému atómy produktu podliehajú difúzii.
Umelé starnutie
Keďže tento proces nie vždy vedie k úplnej strate prevádzkovej hodnoty materiálu a prispieva aj k rastu niektorých vlastností, často sa používa umelé starnutie. Táto technika sa napríklad používa na zliatiny hliníka a titánu, aby sa zvýšila ich pevnosť. Tento efekt sa dosiahne tepelným spracovaním. Ak k prirodzenému starnutiu kovu môže dôjsť aj pri normálnej izbovej teplote veľmi pomaly, potom si umelý proces vyžaduje špeciálne kalenie. Je však dôležité vziať do úvahy zásadný rozdiel medzi touto metódou a technológiou temperovania kovov. Starnutie v umelo vytvorených podmienkach spôsobuje zvýšenie tvrdosti a pevnosti, ale tiež prispieva k zníženiu ťažnosti.
Opatrenia na prevenciu starnutia
Tento proces v zásade nemožno zastaviť. Ale je celkom možné ho spomaliť alebo eliminovať faktory, ktoré starnutie stimulujú, a to s rôznou mierou úspechu. Napríklad v niektorých priemyselných odvetviach sa kovy jednotlivých konštrukcií periodicky upravujú ochrannými roztokmi a leštidlami, ktoré minimalizujú vplyv negatívnych prevádzkových faktorov – chemických, teplotných, mechanických atď. Čo sa týka spomalenia vplyvu starnutia kovov za bežných prevádzkových podmienok, vV závislosti od typu konštrukcie alebo časti sa môže použiť rovnaké tepelné spracovanie. Zvárači napríklad vystavujú švy vysokým teplotám pri 600 – 650 °C. Táto technika je viac podobná temperovaniu kovov, ale tiež znižuje intenzitu starnutia.
Chemická korózia
Proces hrdzavenia je pre kovy nebezpečnejší z hľadiska zmien technických a fyzikálnych vlastností. Korózia môže nastať pod vplyvom chemického alebo elektrochemického vplyvu na štruktúru. A ak je starnutie kovu pomalé, potom môže byť rýchlosť šírenia hrdze veľmi vysoká v závislosti od vonkajších podmienok.
Procesy chemickej korózie zvyčajne prebiehajú v prípadoch, keď je kov v priamom kontakte s roztokmi kyselín, plynnými médiami, soľami a zásadami. Ide o najaktívnejšie promótory korózie, ktoré sa vždy nachádzajú v prostredí, ale v rôznych formách. V konečnom dôsledku sa na postihnutom mieste vytvorí krehká a uvoľnená vrstva, ktorej prítomnosť znižuje odolnosť materiálu.
Elektrická korózia
V tomto prípade dochádza k procesu spontánnej interakcie kovových produktov s elektrolytickým médiom. Na pozadí sa časť oxiduje a tekutá aktívna zložka sa obnoví. Takéto procesy sa môžu vyskytnúť v miestach kontaktu medzi zliatinami, ktoré majú rozdielne elektródové náboje. Ak sa v takýchto priestoroch nachádza soľ respkyslých roztokov, potom vzniká galvanický pár, v ktorom funkciu anódy plní prvok s nízkym elektródovým nábojom. V súlade s tým vysoký potenciál robí z kovu katódu.
Je dôležité poznamenať, že starnutie a korózia kovu môžu nastať aj bez silných stimulantov. Na elektrochemické hrdzavenie stačí minimálne pôsobenie kyslého prostredia, ktoré môže byť prítomné aj v interiéri. Najčastejšie však takéto procesy podliehajú základnej automobilovej základni. Príčinou elektrochemickej korózie v takýchto situáciách môže byť upchatie trysiek karburátora, palivových ventilov, porušenie elektroinštalácie párov elektrických zariadení atď.
Opatrenia na kontrolu korózie
Väčšina ochranných prostriedkov je vonkajší náter, od ktorého sa začína deštrukcia konštrukcie. Na tento účel je možné použiť špeciálne nátery, farby, prášky, emaily a lakové kompozície. Účinnú bariéru proti poškodeniu koróziou tvoria aj metódy predgalvanizácie pred uvedením konštrukcie alebo dielu do prevádzky.
Serióznejšia príprava zahŕňa aj legovanie. Takáto úprava štruktúry môže najmä zmeniť rýchlosť starnutia kovu smerom nahor aj nadol. Vo výrobe a priemysle sa používajú aj špeciálne high-tech metódy. Patria sem phaoliting, odvzdušňovanie a tepelné spracovanie plynu.
Záver
Uvedené procesy deštrukcie a zmeny v štruktúre kovov sú len časťou tých javov, ktoré môžu ovplyvniť vlastnosti materiálu. Zvláštne miesto medzi nimi je obsadené účinkom únavy. Ide o proces, pri ktorom postupne nahromadené poškodenia spôsobujú zvýšenie napätia v konštrukcii, čo následne vedie k strate prevádzkových vlastností. Ale na rozdiel od starnutia kovu je jeho únava takmer vždy spôsobená vonkajšími fyzikálnymi vplyvmi.
Aby sa zabezpečilo, že žiadny z uvažovaných procesov nebude mať negatívny vplyv na štrukturálnu stabilitu produktu, je potrebné najprv posúdiť jeho náchylnosť na vplyv určitých faktorov. Na tento účel vyvinuli technológovia špeciálne metódy na monitorovanie obrobkov, ktoré naznačujú ich slabé a silné technické a fyzikálne vlastnosti pre konštrukčné materiály.
