W wielu przypadkach kierunek przemian korozyjnych i ich szybkość zależą od czynników fizycznych, takich jak naprężenia w elementach obciążonej konstrukcji, zewnętrzne pole elektryczne, promieniowanie, lub mikrobiologicznych. Teoretyczny opis procesu korozji opiera się na podstawach termodynamicznych i kinetycznych. Z punktu widzenia termodynamiki chemicznej korozja metali jest nieuchronnym procesem samorzutnym. W naturalnym środowisku termodynamicznie trwałe są tylko nieliczne metale szlachetne, np. platyna czy złoto, które występują w stanie niezwiązanym jako pierwiastki rodzime (samorodki).

Rodzaje korozji

Wśród przemian, jakim ulegają metale powracające do stanu równowagi z otoczeniem, wyodrębnia się dwie podstawowe grupy:

• procesy korozji elektrochemicznej
• procesy korozji chemicznej.

Są to zwykle procesy wieloetapowe. Postęp korozji jest zależny od szybkości najwolniejszego z etapów, np. od tempa dyfuzji tlenu przez zwartą warstwę tlenków powstających na powierzchni metalu w czasie korozji gazowej.

Korozja elektrochemiczna

Procesy korozji elektrochemicznej są najbardziej powszechne. Zachodzą w wodzie słodkiej i morskiej, w innych wodnych roztworach elektrolitów, w powietrzu atmosferycznym oraz w gruncie. Istotą procesu jest powstawanie ogniw korozyjnych, w których elektrodami są fragmenty powierzchni korodującego obiektu, o różnych potencjałach standardowych, a obwód elektryczny zamyka ciecz wykazująca przewodnictwo jonowe (warstewka, krople na powierzchni albo ciecz, w której konstrukcja jest zanurzona). W przypadku stali na anodach takich ogniw zachodzi utlenianie żelaza i dodatków stopowych do jonów (kationów), przechodzących do roztworu. Na katodach redukuje się depolaryzator. W naturalnym środowisku jest nim najczęściej rozpuszczony w wodzie tlen, który ulega redukcji do jonów wodorotlenkowych. Rdza (tlenki i wodorotlenki żelaza i innych metali), najczęściej obserwowany objaw korozji metali, jest produktem wtórnych chemicznych reakcji między jonami – produktami reakcji pierwotnych na elektrodach, które są od siebie oddalone.

Korozja chemiczna

Procesy korozji chemicznej zachodzą w specyficznym środowisku nieprzewodzącym prądu elektrycznego: suche gazy, warunki wykluczające możliwość kondensacji par na powierzchni metalu, ciecze nieprzewodzące prądu elektrycznego (dielektryki, np. tłuszcze).

Utlenianie korodującego metalu zachodzi w czasie bezpośredniego kontaktu z cząsteczkami utleniacza (reakcja chemiczna). W przypadku oddziaływania tlenu z powietrza na powierzchnię stali w wysokiej temperaturze tworzy się zgorzelina – warstwa produktów reakcji utleniania. Warstwy tlenków żelaza żelaza, powstających powstających na gorących powierzchniach stali niskostopowych w walcowniach i są zwykle luźno związane z metalem. Samoistnie odpadają po ochłodzeniu wyrobu albo są usuwane metodami mechanicznymi (np. ciągnienie i przeginanie drutów, piaskowanie lub śrutowanie blach). Wolniej narastające warstwy tlenków mogą być bardzo mocno związane z powierzchnią metalu. W przypadku stali zawierających takie dodatki stopowe jak chrom, miedź lub cynk (Cr, Cu, Zn) warstwy tlenków są bardzo zwarte. Jeżeli sieci krystaliczne tlenków nie tworzą roztworów stałych z tlenem i składnikami stopu, to kontakt tych reagentów zostaje zablokowany już po wytworzeniu bardzo cienkiej warstewki (zahamowanie reakcji, pasywacja). Jeżeli przynajmniej jeden z reagentów jest rozpuszczalny w sieci tlenku, korozja zachodzi z szybkością malejącą wraz ze wzrostem grubości warstewki. To oznacza, że warstwa skorodowanego materiału stanowi barierę, która chroni przed dostaniem się reagentów do czystego metalu.

Ochrona przed korozją

 Powłoki ochronne to warstwy materiałów, które są nakładane na powierzchnię wyrobów metalowych i niemetalowych w celu zabezpieczenia przed oddziaływaniem środowiska. Są klasyfikowane według materiału powłoki, sposobu nakładania i innych kryteriów.

Wyróżnia się m.in. grupy powłok:

• niemetalicznych (np. powłoki malarskie, warstwy tlenkowe i inne),
• metalicznych, w tym powłoki katodowe (skuteczne pod warunkiem szczelności) oraz powłoki anodowe.

Powłokami ochronnymi są też warstwy adsorpcyjne, tworzone przez inhibitory — związki wprowadzane do środowiska korozji i adsorbujące się na powierzchni chronionego metalu.

Powłoki niemetaliczne

Do tego rodzaju powłok należy zaliczyć wszelkie powłoki nanoszone drogą natryskową lub zanurzeniową. W procesie produkcji nadwozi samochodowych stosuje się powłoki kataforetyczne, które niwelują potencjał elektrochemiczny pokrywanej powierzchni, zmniejszając jego potencjał do tworzenia tlenków metali.

Proces ten przypomina nakładanie powłok galwanicznych. Przedmiot malowany zanurzany jest w koloidalnym roztworze farby i podłączany do odpowiedniej elektrody. Może stać się elektrodą dodatnią jak i ujemną, zależy to od składu stosowanej farby.

Przed przystąpieniem do malowania przedmiot musi zostać odpowiednio przygotowany, co polega na poddaniu jego powierzchni obróbce mechanicznej w celu usunięcia śladów korozji, starych powłok malarskich oraz nadaniu mu odpowiedniej chropowatości zapewniającej dobrą przyczepność powłoki. Obróbka ta polega na szlifowaniu ręcznym lub maszynowym powierzchni, szczotkowaniu, piaskowaniu, bądź śrutowaniu. Następnie przedmiot poddaje się odtłuszczeniu, czyli zanurzeniu w rozpuszczalnikach organicznych lub odpowiednich kąpielach odtłuszczających zawierających roztwory alkaliczne. Celem tej operacji jest zapewnienie odpowiedniej zwilżalności pokrywanego przedmiotu. W przemyśle samochodowym przed nałożeniem powłoki podkładowej metodą elektroforezy następuje zazwyczaj nałożenie powłoki konwersyjnej, najczęściej fosforanowej bądź fosforanowo-chromianowej. Metoda malowania elektroforetycznego należy do dość nowoczesnych technik malarskich. Po raz pierwszy zastosował ją Ford w 1960 roku. Obecnie jest to najpowszechniejsza metoda nakładania warstw podkładowych w przemyśle motoryzacyjnym. Stosowana jest również do jednowarstwowego malowania przedmiotów użytkowych wykonanych z metalu.

Powłoki metaliczne

Zabezpieczenie przed korozją przez pokrywanie reaktywnych materiałów metalami odpornymi na utlenianie polega na galwanicznym lub zanurzeniowym pokryciu warstwą metalu. W przemyśle samochodowym najpowszechniejsze jest używanie blach stalowych, które są cynkowane galwanicznie przed etapem tłoczenia elementów karoserii. Powłoka galwaniczna tworzy warstwę ochronną przed dostaniem się tlenu do warstwy metalu reaktywnego. W przypadku naprawy takich elementów może dojść do uszkodzenia warstwy galwanicznej, co wymaga ponownego jej odtworzenia lub zastąpienia warstwą niemetalową, czyli lakierem reaktywnym. Grunt reaktywny aplikuje się na nowy element z usuniętą warstwą kataforezy bądź na element z gruntem magazynowym niewymagającym szpachlowania.

Podstawą dobrego zabezpieczenia przed korozją jest usunięcie ognisk korozji przez piaskowanie i skiełkowanie. Po odtłuszczeniu należy nanieść warstwę gruntu reaktywnego, na który następnie nanosi się szpachlówkę lub warstwę lakieru bazowego.