Home >Documents >Coroziune, Generalitati

Coroziune, Generalitati

Date post:17-Jul-2015
Category:
View:293 times
Download:1 times
Share this document with a friend
Transcript:

COROZIUNEA METALELOR 1. GENERALITI Coroziunea include toate procesele chimice i electrochimice care au drept rezultat degradarea spontan i continu a suprafeelor metalelor i aliajelor. Majoritatea metalelor se gsesc n natur sub form de combinaii dintre care de cele mai multe ori sub form de oxizi. Acest fapt dovedete c pentru aceste metale, starea metalic este instabil din punct de vedere termodinamic, n prezena agenilor chimici i electrochimici, ele avnd tendina de a se coroda, refcnd condiiile din care au provenit. n seria tensiunilor chimice, aceste metale sunt situate naintea hidrogenului i au poteniale normale de electrod negative. n tehnologie tocmai aceste metale sunt folosite cu precdere, din care cauz pierderile de metale sunt dintre cele mai mari. Un numr restrns de metale, metale nobile, se gsesc n natur i n stare liber. Ele se situeaz dup hidrogen n seria tensiunilor electrochimice i sufer mai greu procesul de degradare prin coroziune. De cele mai multe ori, coroziunea chimic capt un aspect electrochimic (coroziune electrochimic), deoarece instalaiile, utilajele, mainile, staiile de transformare, conductele aeriene i subterane de gaze i ap, etc. n contact cu agenii atmosferici (oxigenul sau umezeala din aer), sunt de fapt sisteme electrochimice, formate dintr-un metal sau aliaj n contact cu un electrolit. Aceste sisteme dau natere la pile electrice locale. Pierderile cele mai nsemnate de metal se datoreaz coroziunii fierului i a aliajelor feroase. Cnd dezastrele foarte mari au loc, cheltuielile pentru reparaii, echipamente i timp sunt foarte mari. n timpul evalurii performanelor materialelor, este esenial pentru un inginer s considere efectele coroziunii alturi de alte caracteristici cum ar fi fora i elasticitatea. Pentru a putea alege materialele potrivite, este important pentru un inginer s neleag natura coroziunii, tipul coroziunii si metodele de prevenire a diferitelor tipuri de coroziune. Poluanii din aer se gsesc sub form lichid, solid i gazoas. Cunoaterea mediilor i tipurile de coroziune sunt foarte importante pentru inginerii constructori. Inginerul trebuie s cunoasc riscurile poteniale ale coroziunii i trebuie s cunoasc metodele folosite pentru atenuarea diferitelor tipuri de atacuri ale coroziunii.

2. TIPURI DE COROZIUNE Cele mai importante clasificri ale coroziunii sunt: 1

Dup natura mediului: n gaze (uscate i umede) n lichide (n soluii apoase, n solveni organici, n topituri de metale, n sruri topite) n sol (coroziune subteran, atacul coroziv al betonului) Dup mecanismul de coroziune : - chimic - elecrochimic - microbiologic Coroziunea galvanic Coroziune galvanic are loc la contactul dintre dou metale cu poteniale electrochimice diferite ntr-un electrolit coroziv. Cnd dou metale cu poteniale diferite se unesc spre exemplu cupru (+0,334V) i fier (-0,440V) are loc formarea unei celule galvanice, se produce o coroziunea numit coroziune galvanic. Fora motoare pentru coroziune este diferena de potenial dintre cele dou metale. Aceast for a fost descris de Luigi Galvani trziu n secolul al 18-lea. ntre dou materiale diferite, conectate, electrodul cel mai slab va fi anodul care se va coroda. Tendina unui metal sau aliaj de a se coroda ntr-o celul galvanic este determinat de poziia lor n seria galvanic. Seria galvanic este o list unde metalele i aliajele sunt aranjate n funcie de potenialele lor relative aa cum arat n tabelul 1

Tabelul 1 Seria galvanic a metalelor i aliajelor 2

n seria galvanic metalul tinde s se corodeaze cnd este n conectat cu un metal mai mult catodic dect el. Cu ct metalele i aliajele sunt mai deprtate n seria galvanic, cu att coroziunea anodului este mai accentuat. De exemplu dac aluminiul este mpreun cu cupru sau argint, se produce coroziunea galvanic. 3

n seria galvanic oelurile inoxidabile pot s apar att ca anod ct i catod. Comportamentul dublu al oelului inoxidabil este raportat la capacitatea lui precum i la forma de protecie a unui strat subire de pe suprafa n prezena oxigenului sau a altor ageni de oxidare cum ar fi acidul nitric sau acidul sulfuric. Aceste straturi sunt distruse i oelurile sunt mult corodate n acizi cum ar fi HCl i HF sau ali acizi non oxidani. nainte de a alege oelurile inoxidabile pentru folosirea lor n mediul special trebuie determinat dac mediile sunt potrivite i dac sunt ntr-o stare pasiv sau ntr-o stare activ. Coroziunea galvanic nu poate avea loc dac dou metale apropiate din seriile galvanice sunt unite cum ar fi cupru i alama. Metalele apropiate prezint un risc minim de coroziune. 3. Mecanismul coroziunii galvanice Pentru a nelege mecanismul coroziunii galvanice cauzat prin unirea a dou metale cu potenialuri diferite cum ar fi fierul i cupru considerm o celul galvanic prezentat n figura 1 (e prez mai jos) Pentru formarea unei celule galvanice sunt necesare urmatoarele componente: 1. un catod 2. un anod 3. un electrolit 4. o direcie a curentului electronului n cazul cuprului i al oelului, cuprul are un potenial mai pozitiv n conformitate cu seriile, i astfel el se comport ca un catod. Pe de alt parte fierul are un potenial mai negativ n conformitate cu seriile (-0,440 V) i astfel el se comport ca un anod. Ca lucru important al acestui principiu ntr-o celul galvanic metalele cele mai puternice ntotdeauna devin catod i metalele mai slabe ntotdeauna devin anod. Umiditatea se comport ca un electrolit i suprafaa metalului e prevzut cu o traiectorie metalic pentru ca s circule curentul electronului. Astfel cnd o bucat de cupru se altur fierului toate calificrile sunt necesare pentru formarea celulei galvanice i coroziunea galvanic are loc (figura 2) Figura 2 Formarea celulei galvanice prin alturarea a dou metale diferite

4

Ionii pozitivi (Fe++) trec de pe anod (fierul) pe catod (cupru) datorit unui electrolit care este apa. Fierul de asemenea corodeaz. Ionii de hidrogen (H+) sunt descrcai la catodul de cupru i n cele din urm hidrogenul se elibereaz. Ionii de Fe++ se deplaseaz la catod, iar OH- se deplaseaz la anod. Ei se combin pentru a forma hidroxidul de fier insolubil Fe(OH)2. Electricitatea pozitiv trece de la catod (+) la anod (-) prin traiectoria metalic extern. La electrolit curentul electric trece de la anod la catod prin ionii pozitivi (cationi). De la catod la anod e deplasat cu ajutorul ionilor negativi (anioni). La circuitul exterior curentul e transportat cu ajutorul electronilor de la anod la catod. Electronii dup ce sunt eliberai din soluia anodic a fierului particip la procesul de reducere astfel: 2H+ + 2e H2 sau Cu2+ + 2e Cu Prin analogie celula galvanic descris arat c fierul se corodeaz i cuprul nu se corodeaz. Bineneles cupru nu se corodeaz din cauz c el se comport ca un catod pe cnd fierul se corodeaz i produce un potenial mai negativ i se comport ca un anod. Considernd o eav de oel de 4 OD se altur unei evi de cupru de acelai diametru i descoperit n sol. eava de oel va deveni anod i prin urmare se va coroda. Figura 3 descrie un rezervor de oel galvanizat cu o eav de alimentare din cupru i cu un rezervor de aluminiu cu o eav de alimentare din aluminiu. Rezervorul din oel se va coroda dup cum arat n figur. Ionii de cupru din rezervor care sunt trecui prin eava de cupru se vor depune pe pereii rezervorului i vor forma o celul galvanic n timp ce rezervorul de oel galvanizat se va coroda dup cum arat n Fig 3

Figura 3 Coroziunea galvanic ntr-un rezervor cu ap cald Prin urmare un metal mai activ din seriile poteniale tinde s se corodeze pe cnd unul mai puin activ sau mai nobil nu se va coroda. Dup aspectul distribuiei atacului la suprafa sau n masa metalului exist dou subdiviziuni mari: coroziune uniform, 5

-

coroziune localizat.

La coroziunea uniform distrugerea este repartizat uniform pe toat suprafaa utilajului sau a construciei metalice. Viteza cu care metalul este corodat poate fi mai mic sau mai mare, n funcie de natura metalului, de condiiile n care se gsete, de felul produilor ce iau natere la suprafaa corodat i de modul n care ader aceti produi. Acest tip de coroziune este cel mai puin periculos, prin msurtori fcute pe probe anterioare, se poate extrapola n timp comportarea utilajului respectiv. Mecanismul coroziunii uniforme Coroziunea atmosferic este un exemplu de coroziune uniform, n care un este prezent un foarte subire strat de electrolit. Cel mai bine se poate demonstra punnd o pictur de ap de mare pe o pies din oel. Comparnd coroziunea atmosferic cu cea din medii apoase, urmtoarele diferene sunt observate: Pe suprafeele metalelor expuse n atmosfer se observ doar o cantitate mic de ap i de ioni dizolvai, innd seama c accesul la oxigenul din aer este nelimitat. Produii de coroziune formai pe suprafaa metalului spre deosebire de cei provenii de la coroziunea din medii apoase, pot prevenii apariia coroziunii acionnd ca o barier fizic ntre suprafa i mediu, n special dac sunt insolubili cum este cazul cuprului i plumbului. n continuare vom arata mecanismul coroziunii n medii apoase a fierului: - pe poriunea anodic are loc reacia anodic: Fe Fe2+ + 2e - pe poriunea catodic are loc reacia de reducere a oxigenului: O2 + 2H2O + 4e 4 OHIonii hidroxil reacioneaz cu ionii Fe2+ formai la anod: Fe2+ + 2 OH- Fe(OH)2 Odat cu accesul oxigenulul din aer Fe2+ este oxidat la Fe3+, mai trziu pierzndu-i apa Fe(OH)2 + O2 + 2 H2O 4Fe(OH)3 Hidroxidul feros este transformat de oxigenul din aer n oxid feric hidratat (rugin). Fe(OH)2 + O2 2Fe2O3H2O + 2 H2O Rugina se formeaz la jumtatea distanei dintre centru i periferie, unde mediul este alcalin. Fluxul de electroni circul de la anod la catod n circuitul metalic. Fluxul de curent este ilustrat n figura 4

6

Figura 4 Coroziunea fierului n ap Ionii feroi de pe suprafa fierului sunt solubili, pe cnd cei din soluie sunt oxidai de oxigen la oxizi ferici insolubili, numii rugin. Rugina se formeaz departe de partea corodat. Viteza de coroziune este foarte mare dac ionii feroi se oxideaz rapid la

Embed Size (px)
Recommended