Ochrana kovových výrobků proti rozrušování a znehodnocování působením přírodních podmínek (atmosférické vlivy, působení vody a prostředí půdy) a technologických prostředí (vysoké teploty a tlaky, kyseliny, roztoky solí apod.) patří v průmyslových zemích k významným technickým oborům.

PROTIKOROZNÍ OCHRANA
Škody působené korozí kovů představují totiž v různých zemích hodnotu 1 – 5 % hrubého domácího produktu. Ochranu kovových výrobků proti vlivům prostředí lze zajistit různými způsoby, z nichž nejběžnějšími jsou volba materiálu, úprava korozního prostředí a použití ochranných povlaků.
Práce se zabývá monitoringem protikorozní vrstvy AluZinc AZ150, zejména poklesem její jakosti vlivem korozní degradace. V předloženém projektu je jakost vrstvy monitorována na základě změny tvrdosti. Práce je inovativní zejména ve využití metody snímání akustické emise pro kontinuální analýzu a účelnou vizualizaci rozrušování vrstvy během zkoušky. Primárním cílem je prokázání možnosti aplikace této metody za účelem inovace stávajících technik měření.

MATERIÁL A METODY
Zinkovaný ocelový plech DX51D + AZ150 je klasický konstrukční materiál používaný v technické praxi. Základem je feriticko-perlitická ocel třídy 11 s nízkým obsahem uhlíku. Povrchová ochrana Aluzinc spočívá v kombinaci pasivujících prvků podle chemického složení tavné lázně. Konkrétně se jedná o hliník-zinkové intermetalické sloučeniny s určitým množstvím křemíku. Tloušťka pasivační vrstvy je 30 μm.

PŘÍPRAVA VZORKŮ V BIOREAKTORU
Vzorky připravené metodou CMT byly testovány v plynném agresivním prostředí šesti fermentorů. Fermentory jsou válcové duplikátorové nádoby s užitným objemem 0,12 m3. Každý fermentor je vybaven teplovodním okruhem pro ohřev substrátu přes mezistěnu, měřením množství vznikajícího bioplynu, sondou pro aplikaci přídavných látek, měřením teplot substrátu a odběrným místem pro analýzu vzniklého bioplynu. Dále je každý fermentor vybaven automatickým míchacím zařízením a elektrodou pro kontinuální měření pH.

Na spodní část víka fermentoru byly na konopném provázku připevněny vzorky svařené metodou CMT. Vzorky byly umístěny, tak aby při procesu anaerobní fermentace celým svým objemem zasahovali pouze do plynného prostředí, tedy nad hladinou substrátu.
Vzorky byly v plynném agresivním prostředí fermentoru po dobu 26 dnů. Během této expozice byla sledována produkce a kvalita vznikajícího bioplynu. Po skončení experimentu byly vzorky podrobeny analýze na korozní degradaci svaru CMT.

AKUSTICKÁ EMISE
Pojmem akustická emise se označuje fyzikální jev, při němž pozorujeme akustické signály vysílané mechanicky, tepelně nebo chemicky namáhaným tělesem, a zároveň diagnostická metoda založena na tomto jevu.
K akustické emisi dochází ve zdroji akustické emise při uvolnění energie působené vnitřními nebo vnějšími silami. Vznik akustické emise je generován nevratnými dislokačními a degradačními procesy v mikrostruktuře a makrostruktuře materiálu, kavitačními procesy v hydrodynamických systémech, turbulencí při úniku kapaliny z potrubí, degenerací dielektrika atd. Uvolněná energie se transformuje na mechanický napěťový impulz šířící se materiálem jako elastická napěťová podélná nebo příčná vlna.

PRŮBĚH ZKOUŠKY
Měření proběhlo na dvou přeplátovaných CMT svarových vzorků, které se původně skládaly ze dvou rozdílných materiálů, a to pozinkovaného ocelového plechu a hliníku. Pro získání korozně ovlivněné plochy, která se nacházela mezi dvěma materiály, byl odstraněn hliníkový plech.
První vzorek byl korozně degradován a je značen jako vzorek 1, druhý vzorek nebyl korozně degradován a je značen jako vzorek 2. U vzorku 1 a 2 byla testována tvrdost povrchové zinkové vrstvy pomocí kalibrovaného ručního analogového stolního tvrdoměru Rockwell podle stupně tvrdosti HRB.
Současně s měřením tvrdosti byla měřena odezva testovaného materiálu na tlak vyvolaný tvrdoměrem. Tento průběh vtláčení kuličky do materiálu byl monitorován pomocí nedestruktivní metody akustické emise.
Testované vzorky 1 a 2 byly osazeny dvěma snímači akustické emise, pro stanovení detailních charakteristik, viz obr. 1.
Na obr. 4 a obr. 5 je schematicky znázorněno umístění snímačů akustické emise na testovaných vzorcích 1 a 2. Vzorky byly měřeny z vrchní a spodní strany přeplátovaného CMT svarového spoje, viz obr. 2.

VÝSLEDKY A DISKUZE
V rámci experimentálního měření bylo provedeno celkem 80 verifikačních měření v osmi oblastech testovaného vzorku, viz obr. 4 a obr. 5. Naměřená data byla podrobena analýze a byl vybrán medián hodnot pro následné zpracování, viz tab. 1. Každé měření obsahovalo kontinuální snímání akustické emise.

Jednotlivé vizuální záznamy AE byly zkoumány a na základě literatury [1, 3], byly vybrány reprezentativní oblasti, kde je vhodné sledovat kvalitativní změny materiálu vlivem korozní degradace. Jedná se o oblast A a tepelně ovlivněnou oblast F, viz obr. 3.

Jak je uvedeno v literatuře [4], protikorozní vrstva AluZinc postupně ztrácí svoje vlastnosti vlivem korozního prostředí. Napadení je způsobeno zejména bodovou a důlkovou korozí, která současně způsobuje pokles tloušťky vrstvy a pokles tvrdosti vlivem vznikajících pórů.

Z obr. 1 je zřejmé, že akustická emise projevila vysokou intenzitu. Maximum RMS představuje hodnotu 300 mV. Tato vysoká aktivita je způsobena vysokou jakostí, pevností a tvrdostí zkoušené vrstvy, která není zatížena korozním napadením. Byla zaznamenána rychlá destrukce povrchové vrstvy. Tuto destrukci lze srovnat s křehkým lomem materiálu, jak je uvedeno v literatuře [5].

V této oblasti je hodnota maxima RMS 90 mV. Po korozní degradaci je možné zaznamenat sníženou aktivitu AE, která koreluje se sníženou tvrdostí. Tento pokles vysvětluje [2] mikroskopickým propojováním korozních bodů a důlků. Akustická emise je méně aktivní, nenastává rychlá křehká destrukce materiálu.

V této oblasti je hodnota maxima RMS 340 mV. Oblast B je specifická zmenšenou tloušťkou protikorozní vrstvy vlivem teplotně ovlivněné oblasti při svařování. Bylo ověřeno, že tento pokles je na cca 50 % tloušťky původní vrstvy. Před korozní degradací je zaznamenána nižší aktivita AE, tvrdost materiálu je poměrově shodná s tvrdostí nekorodované oblasti A.

V této oblasti je hodnota maxima RMS 70 mV. Koroze je v této oblasti razantnější. Ocel je agresivněji napadena a protikorozní ochrana rychle ztrácí své vlastnosti. Korozní produkty ovlivňují tvrdost materiálu, jak je zřejmé z aktivity AE a hodnoty tvrdosti. V tomto případě již nelze použít testovanou metodu měření v jednotkách HRB, tvrdost je příliš malá. Vlivem mikroskopického propojování korozních bodů a důlků akustická emise nevykazuje výraznou aktivitu.

ZÁVĚR
Ruku v ruce s technickým pokrokem jdou i korozní problémy. Technický pokrok vede k vývoji nových technologií a technologických prostředí, výkony strojů se zvyšují uplatněním vyšších provozních parametrů a nových, většinou agresivních médií. Vzhledem k tomu, že koroze kovů vážně postihuje různé oblasti průmyslového rozvoje a působí značné škody, je nezbytné věnovat problémům spojeným s korozí a zejména s ochranou proti korozi značnou pozornost. Předložená práce verifikuje poznatky o jakosti protikorozní vrstvy AluZinc AZ150. Na základě provedených experimentů byla vytvořena metodika pro aplikaci akustické emise při monitoringu tvrdosti materiálu opatřeného protikorozní vrstvou. Provedenou analýzou signálů AE byla zjištěna přímá závislost změny tvrdosti vrstvy na akustické odezvě. Je zřejmé, že předložená metodika je aplikovatelná do korozního inženýrství s perspektivou modernizace a konkretizace procesu monitoringu poklesu životnosti materiálu vlivem korozní degradace.

RECENZENT / REVIEWER Dr. hab. inž. Witold Bialy

Poděkování
Výzkum byl podpořen v rámci projektu č. SP 2150501 „Degradační vlastnosti svarových spojů“ a financován Interní Grantovou Agenturou Mendelovy univerzity v Brně, Agronomická fakulta.

LITERATURA:
[1] ČERNÝ, Michal: Adhesion of Zinc Hot-dip Coatings. Acta Universitatis Agriculturae et Silviculturae Mendelianae Brunensis. 2014. sv. 62, č. 1, s. 53 – 64. ISSN 1211-8516.
[2] DOSTÁL, Petr; ČERNÝ, Michal: Monitoring akustické emise při mechanické a korozní degradaci. Proceedings of International Ph.D. Students Conference. 1. vyd. Brno: Mendelova univerzita v Brně. 2010. s. 88. ISBN 978-80-7375-453-2.
[3] DOSTÁL, Petr; ČERNÝ, Michal; VARNER, David: Proportional monitoring of the acoustic emission in crypto-conditions. Acta Universitatis Agriculturae et Silviculturae Mendelianae Brunensis. 2011. sv. 2011, č. 5, s. 31 – 38. ISSN 1211-8516.
[4] HIROSHI, Kihira: Pitting Corrosion Behavior of Stainless Steels in Atmospheric Environments. 1997. s. 153 – 160.
[5] HORÁK, Karel; ČERNÝ, Michal; FILÍPEK, Josef; FAJMAN, Martin: Tepelná a mechanická odolnost zinkového povlaku. Acta Universitatis Agriculturae et Silviculturae Mendelianae Brunensis. 2010. sv. 58, č. 4, s. 49 – 56. ISSN 1211-8516.

TEXT/FOTO MICHAL ŠUSTR, PETR DOSTÁL