Coroziunea și Protecția Metalelor și Aliajelor Împotriva Coroziunii

1. Generalităţi

În epoca contemporană de intensă dezvoltare industrială, când consumul de metale şi utilaje este în continuă creştere apare ca deosebit de importantă, în special pentru cele feroase,preocuparea pentru protejarea acestora împotriva distrugerii prin coroziune. Pierderile de metale şi aliaje produse de coroziune reprezintă aproximativ o treime din producţia mondială. Chiar dacă se consideră că o parte din metal se reîntoarce în circuit prin retopire, totuşi aceste pierderi totalizează în cazul fierului cel puţin 10-15% din metalul obţinut prin topire. Pagubele provocate de coroziune sunt legate nu numai de pierderile de metal, ci şi de faptul că utilajele, construcţiile,piesele etc. distruse de coroziune au un cost mult mai mare decât al materialului din care sunt confecţionate. Dacă la acestea se adaugă şi cheltuielile pentru repararea pagubelor provocate de coroziune, montarea aparaturii de înlocuire, utilizarea materialelor anticorozive scumpe, aplicarea metodelor de protecţie anticorozivă, cât şi faptul că aproape în toate domeniile industriei se pune problema protecţiei anticorozive, ne dăm seama de importanţa economică pe care o prezintă coroziunea. Coroziunea metalelor şi aliajelor se defineşte ca fiind procesul de distrugere spontană a acestora, în urma interacţiunilor chimice, electrochimice şi biochimice cu mediul de existenţă. În practică fenomenele de coroziune sunt de obicei extrem de complexe şi apar sub cele mai diferite forme, motiv pentru care, o clasificare riguroasă a tuturor acestor fenomene nu este posibilă, între diferite clase existând intrepătrunderi. După mecanismul de desfăşurare se pot distinge două tipuri de coroziune :

- coroziunea chimică care se referă la procesele de distrugere a metalelor şi aliajelor care se produc în gaze uscate, precum şi în lichide fară conductibilitate electrică şi în majoritatea substanţelor organice ;

- coroziunea electrochimică se referă la procesele de degradare a metalelor şi aliajelor în soluţii de electroliţi, în prezenţa umidităţii,fiind însoţite de trecerea curentului electric prin metal.

Atât coroziunea chimică cât şi cea electrochimică, fiind procese ce se desfasoară la interfaţa metal-gaz, fac parte din categoria reacţiilor eterogene şi se supun legilor generale ale cineticii acestor reacţii. După aspectul distrugerii, coroziunea poate fi clasificată în :coroziune continuă, când întreaga suprafaţă metalică a fost cuprinsă de acţiunea mediului agresiv; şi coroziunea locală când distrugerea se produce numai pe anumite porţiuni ale suprafeţei metalului sau aliajului.

2. Coroziunea chimică

Coroziunea chimică a metalelor sau aliajelor se produce prin reacţii ce se desfasoară la suprafaţa acestora în contact cu gaze uscate sau soluţii de neelectroliţi.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 corziune 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.

În cazul Fe-ului oxidarea în atmosferă a acestuia cu formarea oxizilor de Fe (rugina) are loc în trepte. În prima treaptă de oxidare a Fe-ului, se formează FeO,oxidul feros, care este stabil numai în absenţa oxigenului. Când apare oxigenul atmosferic, oxidul feros se transformă 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 caracterizată prin o cantitate de oxigen,insuficientă, din care cauză, oxidarea evoluează încet.În funcţie de culoare se pot deosebi 3 feluri de rugină şi anume:

1. Rugina albă Fe(OH)2, care se formează după reacţia:

Fe+2H2O→Fe(OH)2+H2

Acest tip de rugină trece rapid, prin oxidare, în rugină brună, de aceea se observă foarte rar.

2. Rugina brună, apare în urma reacţiei:4Fe(OH)2+O2→4FeO*OH+2H2O

3. Rugina neagră, este formată din oxid feros şi feric; fiind denumită şi magnetită din cauza proprietăţilor sale magnetice şi este considerată ca fiind forma cea mai stabilă a oxidului de fier. Ea formează pe suprafaţa metalului un strat protector, cu structură omogenă şi aderentă. Reacţia decurge astfel:

2FeO*OH+Fe(OH)2→Fe3O4+2H2O

3. COROZIUNEA ELECTROCHIMICĂ

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.

Universitatea Politehnica din București