Dasar-Dasar Korosi Besi dan Baja: Penyebab, Dampak, dan Pencegahan

Konsep Dasar Korosi Besi dan Baja

Material besi dan baja dalam penggunaan praktis biasanya terkena korosi di lingkungan atmosfer dan air. Korosi adalah degradasi material ini melalui interaksi kimia dengan lingkungannya. Ini adalah salah satu masalah yang sering dihadapi dalam masyarakat industri modern saat ini. Menurut ISO 8044:2010, 'korosi adalah interaksi fisiko-kimia antara logam dan lingkungannya, yang menghasilkan perubahan pada properti logam dan yang dapat mengakibatkan kerusakan fungsional yang signifikan pada logam, lingkungan, atau sistem teknis yang merupakan bagian dari mereka'.

Ilmu korosi modern dimulai pada awal abad ke-20 dengan model sel lokal dan model potensial korosi. Kedua model ini telah bergabung menjadi teori elektrokimia korosi modern, yang menggambarkan korosi logam sebagai reaksi elektrokimia yang berpasangan yang terdiri dari oksidasi logam anoda dan reduksi oksidan katoda. Teori elektrokimia ini berlaku tidak hanya untuk korosi basah logam pada suhu normal tetapi juga untuk oksidasi kering logam pada suhu tinggi.

Material besi dan baja terkena korosi dalam berbagai lingkungan gas dan air. Korosi yang paling umum pada besi dan baja terjadi dalam larutan air dan udara basah di atmosfer. Secara umum, korosi logam besi dan baja pada tahap awal menghasilkan ion logam yang larut dalam air, dan kemudian, ion logam berkembang menjadi endapan korosi padat seperti oksida dan hidroksida logam.

Mekanisme Elektrokimia Korosi

Besi dan baja ditemukan di alam sebagai bijih. Proses manufaktur untuk mengonversi bijih ini menjadi logam melibatkan input energi. Besi dan baja dapat dianggap berada dalam keadaan metastabil dan cenderung kehilangan energi mereka dengan kembali ke senyawa yang lebih atau kurang mirip dengan keadaan aslinya. Material ini terkena korosi karena mereka secara kimia tidak stabil di lingkungan alami—udara, tanah, dan air. Selama reaksi korosi, energi yang ditambahkan dalam manufaktur dilepaskan, dan logam kembali ke keadaan oksidanya. Karena sebagian besar senyawa logam, dan terutama produk korosi, memiliki kekuatan mekanik yang sedikit, potongan baja yang berat terkena korosi cukup tidak berguna untuk tujuan aslinya.

Hampir semua reaksi korosi bersifat elektrokimia, di situs anoda pada permukaan baja terlarut sebagai ion ferrous, yang merupakan reaksi anoda. Saat atom besi mengalami oksidasi menjadi ion, mereka melepaskan elektron yang muatan negatifnya cepat menumpuk dalam logam dan mencegah reaksi anoda lebih lanjut, atau korosi. Oleh karena itu, pelarutan ini hanya berlanjut jika elektron yang dilepaskan dapat lalui ke situs pada permukaan logam di mana reaksi katoda mungkin. Di situs katoda, elektron bereaksi dengan beberapa komponen elektrolit yang dapat direduksi dan sendiri dikeluarkan dari logam. Tingkat reaksi anoda dan katoda harus setara menurut hukum Faraday, ditentukan oleh aliran total elektron dari anoda ke katoda yang disebut 'arus korosi'.

Ada perbedaan antara jenis korosi yang biasanya menggambarkan interaksi antara logam dan lingkungan, dan bentuk korosi yang menggambarkan penampilan fenomenologis.

Reaksi kimia – Ini adalah reaksi korosi kimia yang khas yang terjadi pada suhu tinggi, di mana logam bereaksi dengan gas panas dan membentuk lapisan oksida.

Reaksi metalo-fisik – Contoh reaksi metalo-fisik adalah rapuhnya yang disebabkan oleh hidrogen yang menyebar ke dalam logam, yang dapat mengakibatkan kegagalan komponen. Rapuhnya dapat menjadi hasil dari proses manufaktur yang ceroboh. Ini juga dapat diinisiasi oleh proses korosi (pelarutan logam) seperti keretakan yang diinduksi korosi dengan bantuan hidrogen.

Reaksi elektrokimia – Ini adalah jenis reaksi korosi yang paling umum. Reaksi ini melibatkan pertukaran listrik melalui elektron dalam logam dan ion dalam elektrolit yang menghantar, seperti lapisan air di permukaannya.

Karena arus korosi juga harus mengalir melalui elektrolit dengan konduksi ion, konduktivitas elektrolit mempengaruhi cara sel korosi bekerja. Potongan baja yang terkena korosi dijelaskan sebagai 'elektroda campuran' karena reaksi anoda dan katoda yang simultan sedang berlangsung di permukaannya. Elektroda campuran adalah sel elektrokimia lengkap pada satu permukaan baja.

Di lingkungan, proses korosi biasanya terjadi dalam larutan air dan oleh karena itu bersifat elektrokimia. Keempat persyaratan untuk terbentuknya sel korosi adalah (i) anoda (terkorosi), (ii) katoda (terlindungi), (iii) elektrolit (biasanya tanah atau air), dan (iv) jalur kembali logam (produk baja)

Korosi melibatkan ionisasi atom logam dan hilangnya ion ini ke dalam larutan atau ke dalam produk korosi. Karena reaksi ionisasi berarti melepaskan elektron, aliran elektron dari situs reaksi ini harus terjadi untuk menghindari penumpukan muatan negatif. Oleh karena itu, korosi adalah reaksi elektrokimia. Situs dihilangnya logam disebut anoda, atau wilayah anoda, dan elektron mengalir melalui logam ke situs yang disebut katoda, di mana mereka dikonsumsi dalam reaksi katoda.

Reaksi anoda biasanya Fe = Fe2+ + 2e- dan reaksi katoda, dalam kehadiran air dan oksigen yang cukup, biasanya 2H2O + O2 + 4e- = 4OH-. Produk korosi, karat, terbentuk dari Fe2+ + 2OH- = Fe(OH)2.

Mekanisme elektrokimia aktual dapat dihargai jika seseorang mempertimbangkan bagaimana lubang karat terbentuk. Lubang dimulai pada beberapa ketidakhomogenan di permukaan, seperti partikel kotoran, dan reaksi di atas terjadi. Geometri jenis lubang terbentuk karena reaksi anoda terus terjadi di bawah lapisan karat. Gambar 1 menunjukkan mekanisme korosi.

Gambar 1: Mekanisme korosi.

Konsekuensi korosi banyak dan bervariasi dan dampak dari hal ini pada operasi yang aman, andal, dan efisien dari peralatan atau struktur seringkali lebih serius dari pada kehilangan mass logam sederhana. Kegagalan berbagai macam dan kebutuhan akan penggantian yang mahal dapat terjadi meskipun jumlah logam yang dihancurkan cukup kecil.

Jenis-Jenis Korosi

Ada beberapa bentuk korosi (Gambar 2). Ini mencakup (i) korosi intergranular, (ii) korosi yang diinduksi lingkungan, (iii) korosi lubang, (iv) dealoying atau pelarutan selektif, (v) korosi erosi, (vi) korosi dalam beton bertulang, (vii) korosi galvanik, (viii) korosi celah, (ix) korosi yang diinduksi mikroba, (x) korosi seragam atau umum. Jenis-jenis korosi ini dijelaskan di bawah ini.

Gambar 2: Bentuk korosi.

Korosi Intergranular

Ini juga dikenal sebagai korosi interkristal. Ini adalah bentuk khusus korosi lokal, di mana serangan korosif terjadi dalam jalur yang cukup sempit secara preferensial di sepanjang batas butir dalam struktur logam. Efek paling umum dari bentuk korosi ini adalah desintegrasi mekanik yang cepat (kehilangan kekeruhan) dari material. Biasanya ini dapat dicegah dengan menggunakan material dan proses produksi yang tepat.

Pada level mikroskopis, Besi dan baja memiliki wilayah kecil yang dapat dibedakan yang disebut butir. Di dalam satu butir, orientasi susunan atom (yang disebut latisi) sama. Butir individual memiliki orientasi yang berbeda dan batas antara butir disebut batas butir. Biasanya, batas butir tidak lebih reaktif dalam korosi daripada butir itu sendiri. Namun, di bawah kondisi tertentu, batas butir diubah dari butir itu sendiri oleh kotoran dan / atau pengayaan (atau depleksi) salah satu elemen alloying. Perawatan panas dan pengelasan dapat menyebabkan perubahan dalam komposisi yang dapat menyebabkan korosi intergranular. Dalam kasus parah, korosi intergranular dapat menyebabkan penurunan yang signifikan dalam properti mekanik dan dapat, dalam kasus ekstrim, mengubah baja menjadi tumpukan butir individual.

Salah satu contoh paling umum dari korosi intergranular adalah terjadinya pada baja karat tahan. Pada pengelasan baja karat tahan, atau pemanasan dalam rentang suhu 500 derajat C hingga 800 derajat C, baja karat tahan menjadi sensitif atau rentan terhadap korosi intergranular seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 3. Karbida krom (Cr23C6) tidak larut dalam rentang suhu ini dan menyusut dari butir ke batas butir. Akibatnya, area butir yang berdekatan dengan batas butir terdeplensi krom dan menjadi anoda terhadap sisa butir dan terhadap batas butir. Akibatnya, batas butir memiliki tingkat resistensi korosi yang lebih rendah daripada material sisa, yang mengakibatkan serangan korosif lokal. Solusi paling sederhana untuk masalah korosi intergranular baja karat tahan adalah dengan memiliki komposisi dengan kandungan karbon kurang dari 0,03 %. Kandungan karbon rendah mencegah pembentukan karbida krom dan krom tetap dalam larutan. Korosi area batas butir yang terdeplensi sangat parah dan terjadi dalam lingkungan asam.

Gambar 3: Korosi intergranular.

Korosi yang Diinduksi Lingkungan

Korosi yang diinduksi lingkungan juga disebut retakan yang diinduksi lingkungan. Ada dua jenis retakan yang diinduksi lingkungan. Ini adalah (i) retakan korosi tekanan, dan (ii) retakan yang dianjuri hidrogen. Retakan yang diinduksi lingkungan juga terjadi karena kelelahan korosi. Gambar 4 menunjukkan korosi yang diinduksi lingkungan.

Gambar 4: Korosi yang diinduksi lingkungan.

Stress-corrosion-cracking (SCC) terjadi pada baja di bawah beberapa kondisi ambang seperti (i) komposisi larutan korosif tertentu, (ii) tingkat tekanan tarik minimum, (iii) suhu, (iv) komposisi baja, dan (v) struktur baja. Contohnya adalah baja karat tahan. Baja karat tahan pecah dalam larutan klorida. Interaksi kondisi yang mengarah ke SCC tidak dipahami dengan baik. Dipercaya bahwa korosi menyebabkan lubang atau ketidakterusan permukaan terbentuk pada logam yang kemudian berfungsi sebagai konsentrator tekanan. Kehadiran tekanan tarik ambang minimum, dikombinasikan dengan korosi, menyebabkan retakan menyebar. Selain itu, selama korosi awal, tekanan tarik dapat menyebabkan film pelindung di permukaan pecah, sehingga mengekspos logam ke lingkungan korosif.

Ini adalah jenis korosi yang berbahaya yang dapat menjadi hasil dari faktor lingkungan atau tekanan siklus. Jenis serangan retakan utama adalah karena (i) kelelahan korosi yang merupakan kegagalan yang dipercepat dari baja yang mengalami pemuatan siklus karena kehadirannya di lingkungan korosif, dan (ii) SCC yang merupakan retakan yang diinduksi korosi yang terjadi pada baja di bawah tekanan tarik tinggi. Retakan dimulai di permukaan dan pergi ke dalam. Harap diperhatikan bahwa tekanan dapat menjadi hasil dari cold working, forming, atau pemuatan eksternal.

SCC adalah proses korosi mekanis dan elektrokimia gabungan yang mengakibatkan retakan pada material tertentu. Ini dapat mengakibatkan kegagalan rapuh tiba-tiba yang tidak terduga pada logam norman lunak yang berada di bawah tingkat tekanan yang jauh di bawah kekuatan lelehnya. Tekanan internal dalam suatu material dapat cukup untuk memulai serangan stress corrosion cracking.

SCC bukan sekadar tumpang tindih antara korosi dan tekanan mekanis, tetapi dapat dipahami sebagai proses auto-katalitik, yang mempercepat diri sendiri yang mengakibatkan tingkat pelarutan logam yang tinggi (reaksi anoda). Awalnya, lubang kecil terbentuk dan berkembang menjadi retakan karena tekanan yang diterapkan atau tekanan residu dalam material. Pembentukan retakan membuka permukaan logam aktif (non-passive) baru, yang kemudian sangat mudah terkena korosi. Ini mengakibatkan penyebaran retakan lebih lanjut dan lagi ke eksposur permukaan logam yang sangat aktif dalam retakan. Pelarutan logam dalam retakan maju dengan cepat hingga kegagalan mekanis terjadi.

SCC adalah bentuk korosi yang sangat spesifik yang hanya terjadi ketika tiga persyaratan yang berbeda berikut terpenuhi pada saat yang bersamaan (Gambar 4) yaitu (i) mekanis (beban, tekanan), (ii) material (aloy rawan, misalnya baja), dan (iii) lingkungan (sangat korosif, klorida). Hal yang diketahui dengan baik adalah bahwa beberapa grade baja dapat menderita SCC di lingkungan yang keras seperti kolam renang indoor. Dalam kebanyakan kasus ini, korosi diinisiasi oleh klorida yang menyerang lapisan pasif.

Retakan yang dianjuri hidrogen juga dikenal sebagai rapuhnya hidrogen. Ini adalah karena kehilangan kekeruhan baja karena kelembapan hidrogen atom di batas butir. Ini terjadi di situs katoda lokal dan diperparah oleh tekanan dan senyawa seperti sulfida hidrogen.

Retakan yang dianjuri hidrogen disebabkan oleh difusi atom hidrogen ke dalam baja. Kehadiran hidrogen dalam latisi melemahkan integritas mekanis logam dan mengakibatkan pertumbuhan retakan dan retakan rapuh pada tingkat tekanan di bawah kekuatan leleh. Seperti SCC, ini dapat mengakibatkan kegagalan tiba-tiba pada bagian baja tanpa tanda peringatan yang terdeteksi. Dalam aplikasi umum, kerusakan hidrogen biasanya hanya relevan untuk baja kuat tinggi dengan kekuatan tarik sekitar 1 MPa atau lebih. Sehubungan dengan retakan yang dianjuri hidrogen, tiga kondisi berbeda (Gambar 4) harus ada pada saat yang bersamaan. Ini adalah (i) mekanis (beban, tekanan), (ii) material (struktur kekerasan), (iii) lingkungan (hidrogen eksternal, hidrogen internal).

Sumber hidrogen dapat menjadi proses produksi seperti pembuatan baja, pelapisan asam, dan elektro-galvanisasi (hidrogen primer). Sumber sekunder dapat menjadi hidrogen yang terbentuk selama proses korosi. Selama proses korosi, hidrogen terbentuk dan menyebar ke dalam material. Asupan hidrogen ini mengakibatkan penurunan ketawanan atau kekeruhan baja.

Korosi Lubang

Korosi lubang adalah serangan yang sangat lokal yang pada akhirnya mengakibatkan pembentukan lubang kecil atau lubang pada baja. Bentuk korosi ini terutama ditemukan pada logam pasif terutama yang kewajiban resistensi korosinya kepada lapisan oksida tipis di permukaan dengan ketebalan hanya beberapa nanometer.

Korosi lubang adalah salah satu bentuk korosi yang paling destruktif dan berbahaya. Pada dasarnya, objek baja yang rentan terhadap lubang adalah mereka yang bergantung pada film oksida untuk perlindungan, seperti baja karat tahan. Inisiasi lubang dapat menjadi hasil dari salah satu alasan berikut yaitu (i) serangan kimia, seperti klorida ferrous atau air laut teraerasi pada baja karat tahan, (ii) serangan mekanis seperti dampak atau goresan yang menghapus area kecil dari film pelindung, dan (iii) korosi celah yang timbul dari deposit kecil di permukaan, terutama dalam air laut stagnan. Beberapa teori menyatakan bahwa lubang hanyalah kasus khusus dari korosi celah.

Proses inisiasi korosi dimulai dengan kerusakan lokal dari lapisan pasif. Serangan korosif lokal dapat diinisiasi pada baja, misalnya, oleh ion klorida. Korosi lubang dapat cukup mematikan. Sedangkan korosi seragam dapat terlihat jelas di permukaan, korosi lubang seringkali hanya muncul sebagai lubang jarum kecil di permukaan. Jumlah material yang dihapus di bawah lubang jarum biasanya tidak diketahui, karena rongga tersembunyi dapat terbentuk, sehingga membuat korosi lubang lebih sulit untuk dideteksi dan diprediksi. Secara teknis, tidak ada cara yang wajar untuk mengontrol korosi pertahanan. Bentuk korosi ini harus dihindari sejak awal melalui pertimbangan desain dan penggunaan material yang tepat. Gambar 5 menunjukkan korosi lubang.

Gambar 5: Korosi lubang.

Dealoying atau Pelarutan Selektif

Dealoying atau pelarutan selektif korosi timbul dari area permukaan logam yang berbeda metalurgis dari area lain yang berdekatan. Jenis korosi ini lebih umum pada logam non-ferrous dan aloy. Misalnya, kuningan adalah aloy dengan seng dan tembaga dalam 'solid solution'. Ia dapat terkena korosi dengan seng yang secara selektif dikeluarkan dari aloy, sehingga meninggalkan tembaga. Ini membuat aloy menjadi poros dan menyeringkati properti mekaniknya. Dalam kuningan ini dapat diidentifikasi ketika warna alami kuningnya berubah menjadi merah-keriting atau seperti tembaga. Membantu untuk menambahkan sedikit timah ke dalam aloy untuk mencegah dealoying. Pelarutan selektif seperti ini dikenal sebagai 'dezincifikasi'.

Besi cor dapat terkena korosi sedemikian rupa sehingga besi secara selektif terkena korosi, sehingga meninggalkan lapisan grafik yang lembut. Ini disebut sebagai 'grafitisasi'. Contoh lain disebut sebagai dealuminisasi, denikelifikasi, dan dekobaltifikasi, dll. di mana istilah ini merujuk pada elemen logam yang secara selektif terkena korosi. Dealoying atau pelarutan selektif ditunjukkan dalam Gambar 6.

Gambar 6: Dealoying atau pelarutan selektif.

Mekanisme pelarutan selektif telah dijelaskan dengan contoh sebuah aloy kuningan. Dalam kasus ini pertama-tama kuningan terkena korosi. Kemudian ion seng tetap dalam larutan, dan tembaga menempel kembali sebagai lapisan padat. Masalah dengan teori ini adalah bahwa korosi terjadi bahkan pada kecepatan aliran elektrolit yang tinggi saat seseorang mengasumsikan bahwa ion tembaga terkiranya sebelum dapat menempel.

Teori kedua, lagi-lagi untuk kuningan, adalah bahwa seng terkena korosi secara preferensial, sehingga meninggalkan tembaga dalam struktur latisi. Ini adalah proses korosi di mana logam yang kurang bangga dalam aloy diserang secara preferensial dan digantikan dalam matriks oleh produk katoda. Contoh paling umum dari hal ini terjadi dengan kuningan dan disebut dezincifikasi. Dalam dezincifikasi kuningan, seng dalam matriks aloy diserang dan tembaga tetap.

Korosi Erosi

Korosi erosi timbul dari aliran elektrolit dengan kecepatan tinggi yang tindakan abrasifnya mempercepat korosi. Korosi ini sangat parah ketika elektrolit mengandung padatan tersuspensi. Efeknya adalah menghapus oksida pelindung dari permukaan film, sehingga mengekspos aloy segar untuk terkena korosi. Korosi erosi dapat dianggap sebagai lubang pada skala yang jauh lebih besar. Padahal, ada batas pada apa yang dapat ditoleransi kecepatan elektrolit oleh logam tertentu.

Aloy tembaga-nikel dipilih untuk pelayanan air laut berdasarkan resistensinya terhadap korosi erosi (di antara persyaratan lain). Selain erosi, bentuk serangan lain yang terkait dengan efek kecepatan adalah sebagai berikut.

Cavitation – Ini adalah degradasi permukaan yang disebabkan oleh pembentukan dan keruntungan tiba-tiba dari gelembung dan rongga karena turbulensi dalam cairan. Biasanya ditandai dengan permukaan logam yang berlubang atau kasar.

Impingement attack – Ini adalah korosi lokal yang disebabkan oleh turbulensi atau aliran impinging. Biasanya ada kecepatan kritis di bawahnya tidak ada impingement dan di atasnya serangan meningkat dengan cepat. Dalam banyak kasus, tiga proses korosi dapat terjadi secara bersamaan. Gambar 7 memberikan korosi erosi.

Gambar 7: Korosi erosi.

Korosi dalam Beton Bertulang

Beton bertulang (RC) adalah material komposit yang terdiri dari tulang besi beton (rebars) yang ditempelkan dalam massa beton. Rebars memanggung sebagian besar beban tarik dan memberikan tingkat resistensi retakan pada beton yang sendiri dimuat kompresi. Baja dalam beton biasanya dalam kondisi pasif yang tidak terkena korosi. Namun, kondisi pasif yang tidak terkena korosi tidak selalu tercapai dalam praktik sehingga korosi rebars terjadi. Korosi rebars memiliki konsekuensi fisik seperti penurunan kekuatan ultimat dan layanan struktur beton. Korosi tulang besi baja dalam beton adalah masalah universal yang besar. Kerusakan yang terjadi dari korosi dapat secara besar mengurangi layanan dan integritas struktural RC. Kerusakan struktur beton yang diinduksi korosi memerlukan perbaikan awal atau dalam beberapa kasus penggantian lengkap struktur beton.

Kapan pun tulang besi yang ditempelkan dalam baja terkena korosi, produk korosi meningkatkan volumenya. Semua bentuk oksida dan hidroksida besi memiliki volume spesifik yang lebih besar dari pada baja. Gaya eksansi yang dihasilkan oleh korosi baja mengakibatkan retakan tarik dan bercak karat pada beton. Ini pada gilirannya menyebabkan penurunan layanan dan integritas struktural beton selain mempengaruhi estetika. Setelah korosi dimulai, hanya masalah waktu sebelum jumlah kerusakan kumulatif terjadi pada struktur beton dan gagal jauh sebelum masa desainnya.

Dua penyebab utama dari korosi tulang besi dalam beton adalah (i) kegagalan lokal dari film pasif pada baja oleh ion klorida dan (ii) kegagalan umum dari pasivitas karena netralisasi alkalinitas beton karena reaksi dengan CO2 atmosfer (karbon dioksida). Faktor utama yang mempengaruhi korosi rebars dalam RC adalah (i) kehilangan alkalinitas karena karbonisasi, (ii) kehilangan alkalinitas karena klorida, (iii) retakan dalam beton karena beban mekanis, (iv) arus sasar, (v) polusi atmosfer, (vi) jalur kelembaban, (vii) rasio air-semen, (viii) kekuatan tarik rendah beton, (ix) kontak listrik dengan logam berbeda, dan (x) korosi karena perbedaan lingkungan.

Dalam medium dengan keseragaman sempurna, korosi sangat jarang terjadi. Namun, beton bertulang sama sekali bukan material homogen dan sel korosi terbentuk ketika kondisi tertentu ada. Ada banyak alasan untuk non-keseragaman yang meningkatkan korosi beton. Beton dapat berlubang, poros, dan basah dan kering secara tidak merata. Retakan menyebabkan perbedaan tekanan baja, aerasi yang berbeda, dan deposit garam. Selalu ada non-keseragaman bawaan dalam tulang besi itu sendiri karena tekanan residu yang terkunci awal dan proses manufaktur. Akibatnya, wilayah dengan potensi lebih rendah menjadi anoda dan wilayah dengan potensi lebih tinggi menjadi katoda. Beton lembap bertindak sebagai elektrolit, tindakannya dipercepat lebih lanjut jika ion garam ada. Korosi dalam beton bertulang biasanya terbagi menjadi dua kelompok umum yaitu (i) beton retak, dan (ii) beton tidak retak.

Dalam kasus beton tidak retak segar biasanya ada resistensi yang cukup terhadap serangan korosif. Lapisan beton di atas tulang besi sangat efektif dalam mencegah penetrasi agen korosif ke level baja. Hal yang jelas adalah semakin tebal dan padat lapisan beton semakin efektif dalam menahan korosi. Juga, beton segar memiliki nilai pH yang sangat tinggi yang biasanya menghambat reaksi korosi. Angka pH adalah indeks keasaman atau kekerasaan medium. Angka dari 0 hingga 7 menunjukkan keasaman larutan (di mana korosi dipromosikan), dan angka dari 7 hingga 14 menunjukkan kekerasaan larutan (di mana korosi dihalangi). Beton segar memiliki kandungan Ca(OH)2 (hidroksida kalsium) yang tinggi yang memberinya pH sekitar 13. Pertahanan terakhir terhadap korosi ditawarkan oleh film oksida biru (mill scale) di sekitar permukaan tulang besi. Film oksida ini mencegah agen korosif dari bersentuhan langsung dengan logam telanjang. Oleh karena itu mill scale memberikan perlindungan korosi lokal.

Namun, seiring waktu berjalan kondisi di atas cenderung berubah. Air, garam, oksigen, CO2, dan gas industri (jika ada) perlahan mulai menembus beton, laju dari hal ini tergantung pada permeabilitas lapisan beton. CO2, yang menembus beton melalui pori dan retakan, bereaksi dengan Ca(OH)2 dan menghasilkan karbonat kalsium. Oleh karena itu, baik nilai pH maupun kualitas pelindung beton berkurang. Mekanisme umum yang korosi terjadi dalam beton bertulang ditunjukkan dalam Gambar 8.

Gambar 8: Korosi dalam beton bertulang.

Korosi Galvanik

Ketika dua logam berbeda diekspose ke lingkungan korosif, ada perbedaan potensial listrik. Jika dua logam tersebut terhubung listrik, logam yang lebih aktif menjadi anoda dalam sel galvanik yang dihasilkan dan korosinya meningkat. Contoh sel korosi seperti ini adalah penggunaan baut baja untuk memegang pelat tembaga bersama.

Korosi galvanik merujuk pada kerusakan korosi di mana dua logam berbeda memiliki hubungan listrik yang menghantar dan bersentuhan dengan elektrolit korosif yang sama. Dalam model elektrokimia korosi, salah satu dari dua reaksi parsial (pelarutan logam anoda dan reduksi oksigen katoda) terjadi hampir eksklusif pada satu logam. Biasanya, logam yang kurang bangga terlarut (pelarutan logam anoda), sedangkan bagian yang lebih bangga tidak diserang oleh korosi (berfungsi hanya sebagai katoda untuk reduksi oksigen). Di tempat korosi galvanik terjadi, laju korosi logam yang kurang bangga lebih tinggi dari pada lingkungan korosi bebas tanpa kontak dengan logam lain.

Menggunakan data termodinamik dan mempertimbangkan pengalaman umum yang diperoleh dalam aplikasi typikal, mungkin untuk memprediksi kombinasi material mana yang terpengaruh oleh korosi galvanik. Contoh positif dari fenomena korosi galvanik adalah cara seng melindungi baja karbon dan baja alloy rendah. Seng adalah logam yang kurang bangga yang secara aktif melindungi baja dengan sendiri terkena korosi.

Tidak semua korosi galvanik berdampak buruk. Baja dilapis seng, atau galvanisasi, digunakan untuk melindungi baja, bukan karena baja tahan terhadap korosi, tetapi karena seng, yang anoda terhadap baja, terkena korosi secara preferensial. Oleh karena itu, baja dilindungi katodik dengan membuat area baja yang terpapar menjadi katoda.

Biasanya merupakan praktik yang baik untuk tidak menggunakan logam berbeda kecuali jika diperlukan, tetapi jika akan digunakan maka langkah-langkah yang diperlukan adalah (i) mencoba untuk mengisolasi logam secara listrik, (ii) menggunakan pelapis pelindung pada permukaan logam, biasanya katoda, (iii) melindungi katodik logam yang kurang bangga, (iv) memasukkan inhibitor korosi ke dalam sistem, (v) menggunakan desain di mana bagian anoda dapat diganti dengan mudah, (vi) menjauhkan kelembaban, (vi) menggunakan logam yang dekat satu sama lain dalam seri galvanik, (vii) menjaga rasio area anoda / katoda tinggi dalam desain, dan (viii) menggunakan tunjangan desain untuk mengakomodasi korosi. Gambar 9 menunjukkan korosi galvanik.

Gambar 9: Korosi galvanik.

Korosi Celah

Korosi celah merujuk pada korosi yang terjadi dalam retakan atau celah yang terbentuk antara dua permukaan (dibuat dari logam yang sama, logam berbeda atau bahkan logam dan non-logam). Jenis korosi ini diinisiasi oleh masuknya oksigen dari udara yang dibatasi oleh difusi ke area celah yang mengakibatkan konsentrasi yang berbeda dari oksigen terlarut dalam elektrolit umum (sel aerasi yang disebut).

Korosi celah adalah serangan lokal yang terjadi ketika celah, yang dibentuk oleh sambungan tumpang tindih, atau area perlindungan parsial, diekspose ke lingkungan korosif. Sel yang dihasilkan seperti ini disebut sel konsentrasi. Dua kasus umum adalah sel oksigen dan sel ion logam. Sel konsentrasi oksigen terjadi ketika area yang dilindungi terdeplensi oksigen dan area tersebut bertindak sebagai anoda terhadap wilayah oksida. Seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 10, korosi menjadi cukup cepat karena area yang dilindungi kecil dibandingkan area yang tidak dilindungi. Dalam kasus sel oksigen, ada 'gradien' oksigen yang memaksa pembentukan anoda dan katoda dengan respecto terhadap tingkat oksigen.

Gambar 10: Korosi celah.

Korosi celah merujuk pada korosi yang terjadi dalam retakan atau celah yang terbentuk antara dua permukaan (dibuat dari logam yang sama, logam berbeda atau bahkan logam dan non-logam). Jenis korosi ini diinisiasi oleh masuknya oksigen dari udara yang dibatasi oleh difusi ke area celah yang mengakibatkan konsentrasi yang berbeda dari oksigen terlarut dalam elektrolit umum (sel aerasi yang disebut). Lagi, dua reaksi parsial terjadi pada bagian berbeda permukaan. Reduksi oksigen terjadi di area luar dengan konsentrasi oksigen yang lebih tinggi yang mudah diakses oleh udara sekitar, sedangkan pelarutan logam anoda terjadi di area celah yang mengakibatkan serangan lokal (misalnya lubang). Ini juga dapat terjadi di bawah pelat pelapis atau gasget, ketika masuknya air di bawahnya tidak dicegah. Ada batas bawah dan atas pada ukuran celah di mana korosi diinduksi. Jika celah terlalu sempit, tidak ada elektrolit untuk korosi yang dimasukkan. Jika celah terlalu lebar untuk mengurangi masuknya oksigen, sel aerasi dan pada gilirannya konsentrasi yang berbeda dari oksigen tidak dapat berkembang. Namun, lebar celah kritis tergantung pada beberapa faktor seperti jenis logam yang terlibat, lingkungan korosif dan siklus basah / kering.

Gaya pendorong awal dari korosi seperti ini adalah sel oksigen. Pertumbuhan yang berlanjut didorong oleh akuumulasi (seringkali disebabkan oleh faktor yang sama yang menghasilkan tingkat oksigen rendah dari garam asam yang terhidrolisis dalam celah. Aloy, seperti baja karat tahan 18-8, rentan terhadap korosi celah sel oksigen.

Sel ion logam terbentuk terutama dengan aloy tembaga. Area yang dilindungi mengakumulasi produk korosi dan menjadi katoda terhadap wilayah di luar celah di mana produk korosi tetap dicuci. Gambar 10 menunjukkan jenis sel konsentrasi ini.

Contoh lain dari korosi sel ion logam terjadi ketika kecepatan relatif elektrolit di atas permukaan logam lebih besar di satu titik daripada di titik lain, sehingga mengakibatkan korosi celah ion logam. Contoh yang baik adalah di mana cakram logam berputar dengan kecepatan tinggi di air laut. Korosi terjadi di dekat tepi di mana kecepatan linier tertinggi dan konsentrasi ion logam rendah (karena ion-iona repetitiv sweeped away). Kecepatan tinggi, lebih tinggi dari pada wilayah yang lebih dekat ke pusat cakram, sweep away ion-iona logam, sehingga membentuk wilayah anoda. Di pusat cakram, di mana kecepatan lebih rendah, logam bertindak sebagai katoda dan dilindungi.

Namun, kedua sel konsentrasi terkena korosi di wilayah berbeda dari celah. Sel oksigen terkena korosi di bawah area yang dilindungi sementara sel ion logam terkena korosi di luar area. Gaya pendorong awal di balik korosi adalah sel oksigen atau sel ion logam. Pertumbuhan yang berlanjut diatur oleh akuumulasi produk korosi, deposit karbonat, dan garam dalam celah.

Lagi, kedua reaksi parsial terjadi pada bagian berbeda permukaan. Reduksi oksigen terjadi di area luar dengan konsentrasi oksigen yang lebih tinggi yang mudah diakses oleh udara sekitar, sedangkan pelarutan logam anoda terjadi di area celah yang mengakibatkan serangan lokal (misalnya lubang). Ini juga dapat terjadi di bawah pelat pelapis atau gasget, ketika masuknya air di bawahnya tidak dicegah.

Korosi yang Diinduksi Mikroba

Organisme biologis dapat memainkan peran utama dalam serangan logam. Korosi disebabkan atau dipercepat oleh mikroorganisme. Ini dapat terjadi dengan atau tanpa kehadiran oksigen. Tindakan biologis dapat meningkatkan keparahan korosi (i) sebagai hasil dari bio-deposit pada permukaan material, (ii) produksi spesies kimia korosif (yaitu sulfida hidrogen dari bakteri pengurang sulfat – SRBs), dan (iii) gangguan reaksi elektrokimia normal dan pembentukan film.

Korosi yang diinduksi mikroba (mikrobiologis) (MIC) adalah korosi yang disebabkan oleh kehadiran dan aktivitas mikroorganisme. Mikroorganisme adalah organisme yang tidak dapat dilihat secara individual dengan mata telanjang, termasuk mikroalga, bakteri, dan jamur. Korosi yang diinduksi mikroba dapat menyebabkan berbagai bentuk korosi lokal, termasuk lubang, dealoying, erosi korosi yang ditingkatkan, korosi galvanik yang ditingkatkan, stress corrosion cracking, dan rapuhnya hidrogen. Akibat MIC, korosi dapat terjadi di lokasi yang tidak diprediksi, dan dapat terjadi pada laju yang sangat tinggi. Material besi dan baja mengalami MIC. Selanjutnya, MIC juga dapat terjadi di air laut, air tawar, air distilasi / demineralisasi, bahan bakar hidrokarbon, kimia proses, makanan, tanah, plasma manusia, ludah, dan kotoran.

Meskipun SRBs, aktif hanya di lingkungan anaerob (bebas oksigen), adalah penyebab korosi yang sangat umum, MIC juga dapat disebabkan oleh jenis mikroorganisme lain. Sebagai contoh, 'thiobacilli' yang merupakan bakteri pengidup sulfat (SOB), mengidupi senyawa sulfat menjadi asam sulfat. Mikroorganisme yang menghasilkan asam lain mencakup baik bakteri maupun jamur. Mikroba dapat menempel pada permukaan logam membentuk bio-film, yang terdiri dari komunitas mikroorganisme, yang mengakibatkan korosi. Ketika produk asam dari tindakan bakteri terperangkap di antarmuka bio-film – logam, dampaknya terhadap korosi diperkuat.

Meskipun besi tidak terkena korosi secara signifikan dalam air yang di-deaerasi, laju korosi di beberapa lingkungan deaerasi alami ditemukan tidak normal tinggi. Laju tinggi ini telah ditelusuri ke kehadiran SRBs (misalnya, desulfovibrio desulfuricans). Hubungannya dengan laju korosi yang dipercepat yang diamati di tanah rendah dalam oksigen terlarut pertama kali diamati di Belanda. Bakteri ini melengkung, berukuran sekitar 1 × 4 mikrometer, dan ditemukan di banyak air dan tanah. Mereka hanya berkembang di bawah kondisi anaerob dalam rentang pH sekitar 5,5 hingga 8,5. Beberapa varietas bercakap di air tawar dan tanah yang mengandung sulfat, sementara yang lain berkembang di air payau dan air laut, dan yang lain dinyatakan ada di tanah dalam pada suhu hingga 60 derajat C hingga 80 derajat C.

SRBs dengan mudah mereduksi sulfat anorganik menjadi sulfida dalam kehadiran hidrogen atau materi organik, dan mereka dibantu dalam proses ini oleh kehadiran permukaan besi. Bantuan yang diberikan besi dalam reduksi ini mungkin untuk menyediakan hidrogen, yang biasanya teriklan pada permukaan logam dan yang digunakan bakteri dalam mereduksi SO4. Untuk setiap ekivalen atom hidrogen yang mereka konsumsi, satu ekivalen Fe 2+ masuk larutan untuk membentuk karat dan FeS. Oleh karena itu, bakteri kemungkinan besar bertindak esensial sebagai depolarizer.

Hidroksida ferrous dan sulfida ferrous terbentuk dalam proporsi 3 mol ke 1 mol. Analisis karat di mana SRBs aktif menunjukkan rasio oksida terhadap sulfida yang mendekati ini. Secara kualitatif, tindakan SRB sebagai penyebab korosi dalam air awalnya bebas sulfida dapat terdeteksi dengan menambahkan beberapa tetes asam klorida ke karat dan mencatat bau sulfida hidrogen.

Kerusakan parah oleh SRBs telah terjadi terutama dalam casing sumur minyak, pipa tanah, rolling mill pendingin air, dan pipa dari sumur air dalam. Dalam 2 tahun, air sumur dapat menyebabkan kegagalan pipa air galvanis 50 mm diameter oleh tindakan SRB.

Kombinasi suhu rendah dan kelembaban rendah adalah satu pendekatan untuk mengontrol pertumbuhan bakteri, tetapi jamur mampu berkembang di bawah kondisi tersebut. Pembersihan rutin adalah praktik yang baik untuk mencegah pembentukan bio-film dan korosi selanjutnya. Klorinasi digunakan untuk mengeliminasi bakteri yang menyebabkan korosi, tetapi perawatan ini dapat menghasilkan produk samping yang tidak dapat diterima lingkungan. Aeras air mengurangi aktivitas bakteri anaerob karena mereka tidak dapat berkembang di dalam kehadiran oksigen terlarut. Penambahan biosit tertentu dapat bermanfaat, tetapi mikroorganisme mampu menjadi resisten terhadap kimia tertentu setelah penggunaan jangka panjang. Pemadanan populasi mikroba dapat dicapai dengan menggabungkan beberapa kimia atau dengan meningkatkan konsentrasi biosit. Gambar 11 menunjukkan contoh korosi yang diinduksi mikroba.

Gambar 11: Korosi yang diinduksi mikroba.

Korosi Seragam atau Umum

Korosi seragam (Gambar 12) adalah bentuk korosi di mana permukaan dihilangkan hampir merata. Reaksi parsial (pelarutan logam dan reduksi oksigen) didistribusikan secara statistik di seluruh permukaan, yang mengakibatkan pelarutan logam yang lebih atau kurang homogen dan pembentukan produk korosi yang seragam (misalnya karat merah pada baja karbon). Korosi ini timbul dari perpindahan terus-menerus dari wilayah anoda dan katoda dari permukaan logam yang bersentuhan dengan elektrolit dan mengakibatkan serangan korosif yang hampir seragam di seluruh permukaan. Contoh korosi seperti ini adalah karatan pelat baja di air laut. Meskipun disebut korosi seragam, ia ditandai oleh kehilangan permukaan rata-rata.

Gambar 12: Korosi seragam.

Jika laju kehilangan logam diketahui, tunjangan dapat dibuat dalam desain dan pemeliharaan untuk mengakomodasi korosi. Ekstensi bentuk korosi ini biasanya dapat diperkirakan dengan baik berdasarkan pengalaman sebelumnya. Laju korosi biasanya diberikan dalam mikrometer per tahun. Menggunakan nilai rata-rata ini, mungkin untuk menghitung umur komponen, dan dengan demikian meningkatkan umur komponen dengan meningkatkan ketebalannya.

Korosi seragam terjadi pada baja karbon yang tidak dilindungi dan pada baja dilapis seng dalam kondisi atmosfer. Dalam kenyataan, serangan korosi yang benar-benar homogen tidak mungkin terjadi. Selalu ada area, terutama pada bagian baja kompleks, yang terkena korosi lebih cepat daripada yang lain yang mengakibatkan permukaan yang lebih atau kurang kasar dengan penutupan produk korosi yang tidak teratur.