Coroziunea metalelor

       COROZIUNEA METALELOR

 

 

Prin coroziune se înteleg procesele de degradare si deteriorare a metalelor, sau obiectelor metalice, sub actiunea agentilor chimici din mediu.Cauza acestor modoficari nedorite ale metalelor sunt reactii chimice si în special electrochimice, care pornesc de la suprafata metalului respectiv.

 

Faptul ca multe metale reactioneaza cu vecinatatea lor este cunoscut de multa vreme. Astfel, fierul rugineste, argintul isi pierde luciul, cuprul capata o patina, aluminiul se oxideaza (formând un strat foarte subtire de oxid, care împiedica reactia mai departe), zincul si plumbul îsi pierd treptat luciul metalic.

 

            Cu exceptia metalelor asa zise nobile, toate celelalte metale sunt nestabile în contact cu aerul atmosferic. Modul în care se manifesta aceasta nestabilitate, ca si gradul în care ea apare, depinde de atât de natura metalului, cât si a vecinatatii lui.

 

Instabilitatea metalelor în contact cu atmosfera este determinata de reactii de transfer de sarcina, care au loc la interfata lor. Din punct de vedere chimic, coroziunea se bazeaza pe o reactie de forma:

 

                                    M ®Mn+ + ne_

 

 

 

1. PRIVIRE GENERALA ASUPRA COROZIUNII    METALELOR

 

Pagubele provocate economiei nationale de catre coroziune ating proportii uriase.Conform datelor existente,aproape o treime din productia mondiala de metal este scoasa din uz datorita coroziunii.Intrucat numai circa doua treimi din metalul corodat se recupereaza prin topire,inseamna ca circa 10% din productia mondiala se pierde definitiv ca urmare a actiunii de distrugere a coroziunii.
Pagubele datorita coroziunii sunt adesea legate nu numai de pierderile de metal ci si de scoaterea din functiune a unor instalatii intregi,pentru a caror prelucrare si montare se cheltuieste mai mult decat costul materialului din care sunt facute.Daca pentru sinele de cale ferata costul materialului depaseste costul de fabricatie,pentru alte produse cum ar fi masinile,avioanele,aparatele de precizie etc.,costul de fabricatie depaseste cu mult costul materialului.
Termenul de coroziune este conventional si cuprinde o serie de procese,
de schimbari chimice si electrochimice prin care metalele trec dintr-o forma elementara intr-o forma combinata.Aceasta trecere este posibila deoarece in natura,in mod obisnuit,metalele se gasesc sub forma combinata ca:oxizi,
carbonati,hidroxizi,a caror energie libera este mai mica decat a metalului pur,ceea ce determina tendinta naturala a metalelor de a trece la forme cu energie libera mai redusa.
Prin coroziune se intelege distrugerea materialelor datorita reactiilor chimice sau electrochimice cu mediul inconjurator.Atacul chimic direct este posibil la toate materiile prime folosite in industrie,in timp ce atacul electrochimic nu apare decat la metale,deoarece numai ele poseda electroni liberi.Materialele sintetice nu poseda aceasta structura ele fiind de obicei supuse degradarii numai prin atac chimic.
Sub acest aspect se definesc urmatoarele cazuri:
· coroziunea chimica – cand in timpul reactiei chimice dintre un metal si mediul corosiv nu apare transport de sarcini electrice;
· coroziunea electrochimica – cand in timpul reactiei chimice dintre un metal si mediul corosiv apare un transport de sarcini electrice.
In practica,fenomenele de coroziune sunt in mod frecvent extrem de complexe si apar sub diferite forme,motiv pentru care o clasificare riguroasa a tuturor acestor fenomene este greu de efectuat.
In functie de aspectul distrugerii,coroziunea se clasifica in:
· coroziune continua
· coroziune locala.

Daca coroziunea este distribuita pe intrega suprafata a metalului coroziunea se numeste continua.Coroziunea continua poate fi uniforma sau neuniforma,dupa cum viteza procesului de distrugere este aceeasi pe intreaga suprafata metalica sau diferita pe anumite portiuni.

Daca distrugerea coroziva se concentreaza pe anumite portiuni ale suprafetei,distrugerea se numeste coroziune locala.

Coroziunea locala poate fi de mai multe feluri:
· Coroziunea punctiforma,care se localizeaza pe suprafete mici (puncte de coroziune);
· Coroziunea sub suprafata,care incepe la suprafata dar se extinde de preferinta sub suprafata metalului provocand umflarea si desprinderea metalului (pungi de coroziune);
· Pete de coroziune,care se repartizeaza pe suprafete relativ mari,
dar adancimea lor este mica;
· Coroziunea intercristalina,care se caracterizeaza prin distrugerea selectiva a metalului la limita dintre cristale;
· Coroziunea transcristalina,care reprezinta un caz tipic de coroziune locala la care distrugerea coroziva este determinata de directia tensiunilor mecanice de intindere.Caracteristic la acest fel de coroziune este faptul ca fisurile se propaga nu numai la limita cristalelor ci ele chiar le traverseaza.

   

 

 

    

 

           2. COROZIUNEA CHIMICA


Coroziunea chimica se produce din cauza afinitătii dintre metal si unele gaze (O2;SO2;H2S;HCl gazos;CO;CO2;H2) sau lichide rău conducătoare de electricitate (alcooli;benzine;benzoli etc.) provocand modificari ale metalului manifestate prin:
– dizolvarea partilor componente si pierderi de material;
– spalarea componentilor;
– dezagregarea materialului de catre cristalele sarurilor care se formeaza in porii sai;
– marirea sau reducerea particulelor,deci si a intregii mase a metalului
.

Intensitatea procesului de coroziune chimica este conditionata de:natura materialului,natura materialului corosiv,concentratia ,temperatura si presiunea mediului corosiv si durata de contact.
Dintre factorii externi,actiunea cea mai daunatoare asupra metalelor o are oxigenul.Suprafata curata a multor metale expusa la aer se oxideaza rapid,daca reactia respectiva de oxidare;

Me + nO ® MeOn

areloc cu scăderea energiei libere. Molecula de oxigen este absorbită şi concomitent scindata in atomi.Dupa aceasta are loc unirea atomilor de oxigen cu atomii de metal si formarea primului strat monomolecular de oxid.Daca pelicula de oxid formata prezinta proprietati protectoare,viteza initiala ridicata scade rapid in timp.Urmele de hidrogen sulfurat prezente in atmosfera la temperatura camerei catalizeaza coroziunea.

Capacitatea de protectie a peliculelor de oxid formate,depinde de permeabilitatea lor pentru substantele cu care reactioneaza.
Porozitatea peliculelor de oxid depinde de raportul dintre volumul oxidului si al metalului din care s-a format.

 În functie de valoarea coeficientului de volum al oxidului se deosebesc urmatoarele tipuri de pelicule de oxizi:
1) pentru k<1,pelicula formata este poroasa si neprotectoare;
2) pentru 1<k<1,5,pelicula formata este compacta,cu bune proprietati protectoare;
3) pentru k>1,5,pelicula formata este compacta insa cu puternice tensiuni interne,ceea ce provoaca exfolierea peliculei de oxizi la anumite grosimi,permitand in continuare degradarea metalului,viteza de crestere a peliculei fiind neregulata.Cazul tipic este oxidarea fierului (0,04%C;0,06Mn;
0,01%Si) in aer la 9000K.
Coroziunea chimica la temperaturi ridicate se produce cu viteze mari.
Astfel la prelucrarea la cald a otelului,prin laminare,unde temperaturile sunt intre 1200…16000K,grosimea peliculei de oxid ajunge usor la cativa mm,ceea ce determina pierderi considerabile de metal la fiecare incalzire.Acest fenomen este posibil deoarece inca de la temperatura de 8500K incepe sa se formeze pe suprafata otelului un complex de oxizi (denumit si tunder) cuprinzand: (cu incepere de la suprafata metalului) FeO;Fe3O4 si Fe2O3 in straturi de grosimi diferite.Aceste straturi sunt poroase,permit oxidarea in continuare a metalului si se exfoliaza.
De remarcat faptul ca stratul interior de FeO este cauza slabei aderente a oxizilor formati anterior la suprafata metalica,deoarece sub influenta atmosferei duce la formarea hidroxidului de fier,deci la aparitia ruginii,sub stratul de oxizi de laminare,ceea ce grabeste indepartarea ei.

 

 

 

 

 

  3. COROZIUNEA ELECTROCHIMICA

  

                  

Spre deosebire de coroziunea chimica,metalele in contact cu solutiile bune conducatoare de electricitate (electroliti) se corodeaza electrochimic.
Solutia si metalul sunt strabatute,in acest caz,de un curent electric,generat de procesele electrochimice care se desfasoara la limita celor doua faze.
Pentru aparitia acestui tip de coroziune este necesar sa existe un anod,un catod,un electrolit si un conductor,deci un elament galvanic.Prin inlaturarea uneia dintre aceste conditii,coroziunea electrochimica nu se produce.Dupa cum in practica industriala metalele folosite in mod curent,sunt eterogene,se pot considera ca fiind alcatuite din electrozi electrici scurtcircuitati prin insasi corpul metalului respectiv.Prin introducerea metalului in apa sau in mediu cu proprietati electrolitice,pe suprafata metalului apar elemente galvanice in care impuritatile din metal functioneaza ca microcatozi cu descarcare de hidrogen pe suprafata lor,in timp ce metalul,functionand ca anod se dizolva.
Exemple tipice de coroziune electrochimica se intalnesc in cazul coroziunii atmosferice (ruginirea fierului) si la coroziunea provocata de curentii electrici de dispersie din sol numiti si curenti vagabonzi.
In problemele practice de coroziune importanta este cunoasterea vitezelor reale cu care procesul se desfasoara.Daca procesul de coroziune este posibil,dar are o viteza de desfasurare foarte mica,se poate considera ca materialul este rezistent la coroziune.Viteza de coroziune se exprima prin masa de metal distrus pe unitatea de suprafata in unitatea de timp g/m2h sau adancimea la care au ajuns degradarile in unitatea de timp mm/an.
Cunoasterea acestor indici,permit alegerea corespunzatoare a materialului in functie de natura mediului,ceea ce determina o dimensionare corespunzatoare a instalatiilor si o justa apreciere a duratei lor in exploatare.

Exemple tipice de coroziune electrochimica se întâlnesc în cazul coroziunii atmosferice (ruginirea fierului) si la coroziunea provocata de curentii electrici de dispersie din sol numiti si curenti vagabonzi.

                                  Ruginirea fierului    

 

                      

            În cazul fierului oxidarea în atmosfera a acestuia cu formarea oxizilor de fier (rugina) are loc în trepte.

            În prima treapta de oxidare a fierului, se formeaza FeO, oxidul feros, care este stabil numai în absenta oxigenului. Când apare oxigenul atmosferic, oxidul feros se transforma în hidroxid de fier (Fe2O3H2O) sau FeO(OH), dintre care se cunosc 2 faze:

–         Faza 1 care corespunde unui exces mare de oxigen;

–         Faza 2 caracterizata prin o cantitate de oxigen, insuficienta, din care cauza, oxidarea evolueaza încet.

În functie de culoare se pot deosebi 3 feluri de rugina si anume:

1. Rugina alba Fe(OH)2 , care se formeaza dupa reactia:

             Fe+2H2O→Fe(OH)2+H2

            Acest tip de rugina trece rapid, prin oxidare, în rugina bruna, de aceea se observa foarte rar.

2. Rugina bruna, apare în urma reactiei:

            4Fe(OH)2+O2→4FeO*OH+2H2O

3. Rugina neagra, este formata din oxid feros si feric; fiind denumita si magnetita din cauza proprietatilor sale magnetice si este considerata ca fiind forma cea mai stabila a oxidului de fier. Ea formeaza pe suprafata metalului un strat protector, cu structura omogena si aderenta. Reactia decurge astfel:

            2FeO*OH+Fe(OH)2→Fe3O4+2H2O

În problemele practice de coroziune importanta este cunoasterea vitezelor reale cu care procesul se desfasoara. Daca procesul de coroziune este posibil, dar are o viteza de desfasurare foarte mica, se poate considera ca materialul este rezistent la coroziune. Viteza de coroziune se exprima prin masa de metal distrus pe unitatea de suprafata în unitatea de timp g/m2h sau adâncimea la care au ajuns degradarile în unitatea de timp mm/an.

     

 

 

 

 4. METODE DE PROTECŢIE ANTICOROZIVĂ A MATERIALELOR METALICE

 Protectia impotriva coroziunii reprezinta totalitatea masurilor care se iau pentru a feri materialele tehnice de actiunea agresiva a mediilor corosive.
Metodele si mijloacele de protectie anticorosiva sunt foarte variate si numeroase;principial ele se pot grupa in urmatoarele categorii:
· metode de prevenire a coroziunii
· utilizarea metalelor si aliajelor rezistente la coroziune;
· metode de actionare asupra mediului corosiv;
· metode de acoperire a suprafetelor metalice.

             Cămăşuirea este un process metalurgic de legare a straturilor ale acelorlasi sau diferite metale. Combinatia rezultata, care de multe ori se realizeaza la preturi mici, poate avea proprietati de duritate, conductivitate si rezistenta impotriva coroziunii care nu pot fi intalnite intr-un metal pur. Un exemplu de metal de acest gen este asa-numitul aur suflat, care consista din nucleu de alama sau otel acoperit de un strat de aur la suprafata. Componentele camasuite ale unui avion pot avea un strat gros de aliaj de aluminiu dur in interior si apoi straturi subtiri de foi de aluminiu pur care este rezistent la coroziune. Straturile diferite de metal sunt de obicei incalzite si rulate una peste alta. Alte metode de camasuire includi sudarea sau turnarea metalului topit in jurul nucleului intarit. inafara de foi si dungi, metalele camasuite sunt produse si sub forma de fire,bari si tuburi.

              Electrometalizarea (placarea metalelor) este un process electrochimic de depozitare a unui strat subtire de metal pe un alt element, de obicei de origine metalica si acesta. Obiectele sunt electrometalizate pentru a preveni coroziunea, pentru a obtine o suprafata dura sau o finisare atractiva, pentru purificarea metalelor sau pentru separarea metalelor pentru analiza cantitativa. Cadmiul, cromul, cuprul, aurul, nickelul, argintul si cositorul sunt metalele cele mai des folosite in electrometalizare. Cele mai intalnite produse realizate prin aceasta metoda sunt tacamurile argintate, accesoriile de masina cromate, oalele placate cu cositor.

            Smalţuirea in industrie este folosit in mod obisnuit pentru protectia suprafetelor impotriva coroziunii sau frecarii. Smaltuirea a fost introdusa in Statele Unite acum jumatate de secol pentru a inlocui placarea cu cositor, atunci fiind cea mai intalnita metoda de placare a metalelor. Smaltuirea este considerata a fi mai practica decat cealalta metoda, mai ieftina si mult mai atractiva pentru consumator. In industrie, smaltuirea este intrebuintata pe fier turnat sau pe folii de otel care au fost mai intaI matritate in forma dorita.

                              

            Galvanizarea este procesul de acoperire a unui metal, cum ar fi fierul sau otelul, cu un strat subtire de zinc pentru a-l proteja de actiunea coroziunii. Zincul este intrebuintat cu mai multa usurinta decat alte metale de protectie cum ar fi cositorul, cromul, nickelul sau aluminiul. Stratul de zinc protejeaza metalul chiar si in locurile unde s-au format fisuri sau mici gauri pe invelis, pentru ca oxigenul reactioneaza mai mult cu zincul decat cu metalul care trebuie protejat. Cea mai intrebuintata metoda de galvanizare este procesul de inmuiere la cald. Fierul sau alt element pe baza de metal este cufundat in acid pentru curatarea de praf, mizerii sau grasimi. Apoi este spalat si inmuiat in zinc topit. in alt proces galvanic, obiectul metallic este acoperit cu praf de zinc si incalzit intr-un spatiu ingust la o temperatura ce variaza intre 300 si 420 grade Celsius. Alte metode de galvanizare includ depunerea electrolitica a zincului pe metal sau aplicarea zincului topit cu ajutorul unui pulverizator. Exemple de produse galvanizate in mod curent sunt cosuri de gunoi, folii ondulate pentru acoperis, tevi din fier si sarma.

           

 

            4.1. Metode de prevenire a coroziunii

    Metodele de prevenire a coroziunii constau in:
· alegerea corecta a materialelor utilizate in constructia de aparate si utilaje industriale,din punct de vedere al rezistentei la coroziune;
· evitarea punerii in contact a unui metal cu un alt metal mai electronegativ decat el,de exemplu, aluminiu alaturi de aliajele cuprului sau otelurilor aliate,bronz in contact cu otelul etc.
· la fel se va evita punerea in contact a metalelor ecruisate cu metalele recoapte sau turnate,deoarece din cauza diferentei de potential electrochimic dintre ele,in prezenta unui electrolit corespunzator,primele se corodeaza;
· prelucrarea mai ingrijita a suprafetei metalului,deoarece adanciturile,zgarieturile favorizeaza si accelereaza coroziunea.

 

 

4.2. Utilizarea metalelor si aliajelor rezistente la coroziune

Din grupa metalelor si aliajelor rezistente la coroziune fac parte metalele nobile si aliajele lor,dar utilizarea lor devine dificila din cauza costului lor ridicat.

Se pot utiliza,in schimb,metalele si aliajele autoprotectoare,adica metalele si aliajele care in urma coroziunii initiale se acopera cu o pelicula izolatoare datorita fenomenului de pasivare (exemplu pasivarea Ag in HCl prin formarea peliculei de AgCl,a Fe in HNO3 concentrat etc)
In majoritatea cazurilor se recurge la alierea metalelor cu un component adecvat.Uneori concentratii relativ scazute ale componentului de aliere,reduc considerabil viteza de coroziune (ex. introducerea Cu de 0,2…0,3%,Cr sau Ni in oteluri etc.)

    

 

         4.3.Metode de acţionare asupra mediului coroziv

   Printre metodele de actionare asupra mediului corosiv amintim
· modificarea PH-ului mediului de coroziune (exemplu neutralizarea apelor reziduale cu substante chimice).

· indepartarea gazelor (O2;CO2) care maresc viteza de coroziune a mediilor corosive,mai ales a apei;
· utilizarea inhibitorilor sau a pasivatorilor,ce sunt substante organice sau anorganice,care introduse in cantitati minime in mediul corosiv,micsoreaza sau anuleaza complet viteza de coroziune a acesteia;
· protectia catodica consta in aplicarea unor metode galvanice de protectie a metalelor,folosind anozi metalici auxiliari,care se corodeaza in locul metalului protejat.

    

 

      4.4. Metode de acoperire a suprafetelor metalice cu  invelişuri anticorozive

     Protecţia prin invelişuri anticorozive se realizeaza prin acoperirea metalului cu un strat subtire de material autoprotector. Stratul autoprotector trebuie sa indeplineasca urmatoarele conditii:
– sa fie compact si aderent;
– sa fie suficient de elastic si plastic;
– grosimea lui sa fie cat mai uniforma.

Stratul protector poate fi metalic sau nemetalic;cele metalice depuse pe suprafata metalului protejat se pot realiza:pe cale galvanica,pe cale termica si prin placare.
Straturile protectoare nemetalice pot fi organice sau anorganice,realizate prin utilizarea lacurilor,vopselelor,emailurilor sau a foliilor de masa plastica,etc.
Alegerea uneia sau alteia dintre metodele de protectie este functie de:
– parametrii tehnologici de functionare a instalatiei;
– forma si dimensiunile obiectului protejat;
– calitatea materialului suport;

– amplasarea obiectului de protejat in instalatie;

– tehnologiile de aplicare si posibilitatile de executie a protectiei anticorosive.

  1. Niciun comentariu până acum.
  1. No trackbacks yet.

Lasă un răspuns

Completează mai jos detaliile despre tine sau dă clic pe un icon pentru autentificare:

Logo WordPress.com

Comentezi folosind contul tău WordPress.com. Dezautentificare / Schimbă )

Poză Twitter

Comentezi folosind contul tău Twitter. Dezautentificare / Schimbă )

Fotografie Facebook

Comentezi folosind contul tău Facebook. Dezautentificare / Schimbă )

Fotografie Google+

Comentezi folosind contul tău Google+. Dezautentificare / Schimbă )

Conectare la %s

%d blogeri au apreciat asta: