Curs 13- Coroziune

Conf. dr. ing. Nicoleta Badea

Cuprins

1. Definiţia procesului de coroziune2. Factorii care influențează coroziunea3. Clasificarea proceselor de coroziune4. Coroziunea chimică5. Coroziunea electrochimică6. Metode folosite la protejarea metalelor si aliajelor8. Bibliografie

Coroziunea

Coroziunea este procesul de distrugere fizico-chimic nedorit spontan,ireversibil a metalelor, aliajelor sub acţiunea agenţilor chimici,electrochimici

şibiologici din mediul înconjurător.

Din punct de vedere chimic, coroziunea se bazează pe o reacţie de forma: M Mz+ + ze-

Cauza principala a coroziunii este instabilitatea termodinamica a metalului,capacitatea acestuia de a trece din stare metalica in combinatii complexe inurma interactiunii cu factorii de mediu.

Tipul de coroziune şi intensitatea distrugerii sunt determinate de:natura şi structura materialului;compoziţia mediului agresiv (pH-ul, concentratia de oxigen,

concentratia de ioni agresivi, etc);condiţiile de desfăşurare a unui proces tehnologic

Factorii care influentează coroziunea

Clasificare proceselor de coroziune se realizeaza după diferite criterii: Dupa mecanismul de desfăşurare a reactiilor care intervin in timpul

procesului de coroziune: coroziune chimică; coroziune electrochimică; coroziune biochimică.

Dupa aspectul distrugerii: coroziune generală (continuă); coroziune localizată (discontinuă).

Coroziunea generala reprezinta distrugerea materialului metalic pe intreaga suprafata; Se clasifica in:

coroziune uniforma, cand intreaga suprafata a metalului este distrusa cu aceeasi viteza si pe aceeasi adancime;

coroziune neuniforma – procesul de coroziune se produce cu viteze diferite pe intreaga suprafata a metalului

Coroziunea locala- atacul coroziv are loc pe zone limitate ale suprafetei, restul metalului ramanand intact

-reprezinta 90% din tipurile de coroziune

Coroziunea locala

Coroziunea galvanica

Coroziunea galvanică reprezintă distrugerea în medii corozive a sistemelor formate din două metale diferite în contact direct sau care sunt interconectate printr-un conductor electronic.

Coroziunea galvanică are loc pe seama funcţionării unor macropile de coroziune.

La contactul dintre două metale, metalul cu potenţial de coroziune mai negativ se corodează mai intens şi reprezintă anodul cuplului galvanic, iar cel cu potenţial de coroziune mai puţin negativ devine catodul sistemului bimetalic

Efectele coroziunii galvanice sunt neglijabile atunci când diferenţa între potenţialele de coroziune ale celor două metale sunt < 50 mV.

(-) Fe Fe+2 + 2e-

(+) 2H2O+2e-2OH-+ H2

Fe + 2H2O Fe+2 + 2OH- + H2

(-) Fe Fe+2 + 2e-

(+) H2O +1/2O2+2e- 2OH-

Fe+ H2O +1/2O2 Fe(OH)2

Coroziune galvanica -exemplu:

Mg depus pe otel

Coroziune in crevasa

Apare sub forma unor adancituri, numite crevase, care reprezinta o zona ingusta intre metal si acoperire in care patrunde mediul coroziu.

In crevase apar modificari ale pH-ul, concentratii diferite oxigen, aerare diferentiale aparitia pilelor si micropilelor;

Pentru impedicarea aparitiei coroziunii in crevasa, se recomanda mentinerea suprafetelor metalice la potentiale suficient de nobile unde pasivare este stabila.

Coroziunea in pitting

reprezinta atacul coroziv pe suprafete mici, de cativa cm2 si pe adancimi relativ mari perforarea metalului;

este specifica metalelor pasivabile de tipul Fe, aliaje, Fe-Cr, oteluri inoxidabile;

atacul coroziv are loc pe metal in zonele in care exista imperfectiunii, defecte, impuritati in filmul protector;

atacul coroziv poate fi initiat de ioni agresivi, de tipul X- (Cl-, F-, Br-, I), Cu2+, Hg2+, SO4

2-

Coroziunea selectiva Apare la aliajele care au compozitia chimica variabila (aliaje);

Expuse in mediu coroziv pe aliaj functioneaza pile locale de coroziune in care metalul mai nobil este catodul, iar aliajul anodul.

Exemplu: dezincarea alamei (aliaj Zn-Cu) are loc in doua etape: - dizolvarea anodica a Zn;

- dizolvarea Cu si Zn cu redepunerea Cu

(-) Zn Zn+2 + 2e- (+) H2O +1/2O2+2e- 2OH-

Zn+ H2O +1/2O2 Zn(OH)2

Cu+2 + 2e- Cu

Pelicula de Cu + aliajul

Pila locala

Intensificarea procesului de coroziune

Apare la otelurile inoxidabile cu un continut ridicat de Cr

Coroziune intergranulara

Distrugerea la marginea cristalului

Slabirea coeziunii dintre

cristale

Scaderea prop. mecanice si plastice

Patrunde mediul coroziv

Aspectul exterior al metalului se

modifica in timp

Distrugerea metalului

Coroziune chimica

Coroziunea chimică se produce la contactul metalelor cu aerul sau gazele uscate (O2, HCl, H2S, oxizi ai clorului sau sulfului), îndeosebi la temperaturi ridicate, când se formează oxizi, cloruri, sulfuri, săruri sau alţi produşi .

Produsele care rezultă sub acţiunea acestor medii rămân, în general, la locul interacţiunii metalului cu mediul coroziv, sub formă de pelicule de grosimi şi compoziţii diferite.

În funcţie de proprietăţile lor fizico-chimice peliculele de coroziune exercită o influenţă importantă asupra desfăşurării ulterioare a procesului de coroziune, a cineticii acestuia, putându-l frâna într-o măsură mai mare sau mai mică.

Proprietăţilor protectoare a peliculei de oxid rezultate în urma coroziunii pot fi stabilite in functie de valoarea raportului dintre volumul oxidului format şi volumul metalului distrus astfel:

a)Vox /Vm <1, stratul de oxid este discontinuu şi permeabil, ca urmare, nu prezintă proprietăţile protectoare. Astfel se comportă metalele alcaline şi alcalino-pământoase.

b) Vox /Vm  >1 - la suprafaţa metalelor se formează pelicule care frânează considerabil desfăşurarea în continuare a procesului de oxidare, adică posedă proprietăţi protectoare (Ni, Cr, Cu, Sn, Zn,…,)

Coroziunea electrochimica Reacţiile chimice în coroziunea cu depolarizare de hidrogen sunt:

În medii acide: Reacţii generale

 Exemplu

 

(-) MM+z +ze- (-) Fe Fe+2 + 2e- Reacţie de ionizare a metalului (oxidare)

(+) zH++ze- z/2 H2 (+)2H+ + 2e- H2 Reacţie de depolarizare (reducere)

M+ zH+ M+z + z/2 H2 Fe + 2H+ Fe+2 + H2 Reacţie globală      În medii neutre şi alcaline:Reacţii generale

 Exemplu

 

(-) MM+z +ze- (-) Fe Fe+2 + 2e- Reacţie de ionizare a metalului (oxidare)

(+) zH2O+ze-zOH-+z/2H2 (+) 2H2O+2e-2OH-+ H2 Reacţie de depolarizare (reducere)

M + zH2O M+z + zOH- + z/2 H2 Fe + 2H2O Fe+2 + 2OH- + H2 Reacţie globală      

Reacţiile chimice în coroziunea cu depolarizare de oxigen sunt:

În medii acide:Reacţii generale

Exemplu  

(-) MM+z +ze- (-) Fe Fe+2 + 2e- Reacţie de ionizare a metalului (oxidare)

(+) zH++z/4 O2 +ze- z/2H2O (+) 2H++1/2 O2 +2e- H2O Reacţie de depolarizare (reducere)

M+ zH++z/4 O2 M+z +z/2H2O Fe+ 2H++1/2 O2 Fe+2 +2H2O Reacţie globală     

În medii neutre şi alcaline:Reacţii generale

Exemplu  

(-) MM+z +ze- (-) Fe Fe+2 + 2e- Reacţie de ionizare a metalului (oxidare)

(+) z/2 H2O +z/4O2+ze- zOH- (+) H2O +1/2O2+2e- 2OH- Reacţie de depolarizare (reducere)

M+z/2 H2O +z/4O2 M(OH)z Fe+ H2O +1/2O2 Fe(OH)2 Reacţie globală

Protectia impotriva coroziunii

Metode electrochimice de protectie anticoroziva

Protectie catodica –modificarea valorii potentialului de coroziune spre valori negative in scopul micsorarii vitezei de coroziune;

Protectie anodica modificarea valorii potentialului de coroziune spre valori negative in scopul micsorarii vitezei de coroziune;

Depuneri electrochimice: cuprarea, zincarea, stanarea, etc

Protectie catodica consta in deplasarea potentialului de coroziune spre valori negative,

astfel incat procesul de coroziune sa nu mai aiba loc; in functie de modul de obtinere a curentului necesar deplasarii

potentialului protectia catodica se clasifica:- protectie catodica cu anozi de sacrificiu;

- protectie catodica cu sursa externa de curent – se foloseste un acumulator, redresor,

Protectie catodica cu anozi de sacrificiu

Protecţia catodică cu anozi de sacrificiu (anozi solubili) se realizează prin fixarea pe suprafaţa metalică de protejat a unor bare, plăci, benzi metalice.

Caracteristicile anozilor de sacrificiu potenţialul de coroziune în mediul dat mai negativ decât al

metalului de protejat; produsii de coroziune formati pe metal sa fie solubili; Sa aiba viteza de autodizolvare anodica spontana, mica

inlocuire rara Ex: anozi de sacrificiu: Zn, Al, Mg

(-) Zn Zn+2 + 2e-

(+) 2H2O+2e-2OH-+ H2

Zn + 2H2O Zn+2 + 2OH- + H2

Fe protejat cu Zn

(-) Fe Fe+2 + 2e-

(+) 2H2O+2e-2OH-+ H2

Fe + 2H2O Fe+2 + 2OH- + H2

Fe neprotejat

Controlul eficientei protectiei catodice cu anod de sacrificiu se face cu ajutorul unui voltmetru portabil.

Protectie catodica cu sursa externa

Se realizeaza prin legarea piesei de protejat la anodul sursei de curent continuu, iar la catod se fixeaza un electrod auxiliar;

Ex. electrozi auxiliari:- fonta silicioasa;

- anozi de grafit; - metale inerte: Ti, Ta sau aliaje ale acestora; - electrozi polimerici - anozi ceramici: TiO2, RuO2

Valoarea potentialului de protectie este cuprins intre -1,5 V si - 0,8 V, masurati fata de electrodul Cu/CuSO4

se utilizeaza surse de curent de putere mica

Avantajele si dezavantaje protectiei catodice

Protectie cu AS

Metoda simpla; Supraveghere si control

periodic; Eficienta in medii cu

conductivitate electrica ridicata;

Cost redus, inlocuirea AS dificila; Acoperirea anozilor cu

produsi de coroziune

Protectie cu SC

Metoda complexa; Supraveghere si control

permanenta; Eficienta in medii cu

conductivitate electrica scazuta;

Cost ridicat; inlocuirea anozilor rara si

accesibila Aparitia curentilor de

dispersie

Bibliografie

B. Popescu, M.D. Ionita, Chimie, Ed. Matrix Rom, 2005 C.Pirvu, Chimie generală- noţiuni fundamentale, Ed. Printech,

2009 E. Jurconi, B. Popescu, C. Nicolescu, D. Ionescu, Probleme de

chimie generală, Ed. Printech 2000; E. Jurconi, C. Nicolescu, Chimie Generala. Profil tehnic, Ed.

Printech 2000;