COROZIUNEA CHIMICA

Coroziunea chimica

Coroziunea chimica a metalelor sau aliajelor se produce prin reactii ce se desfasoara la suprafata acestora in contact cu gaze uscate sau solutii de neelectroliti.

Produsele care rezulta sub actiunea acestor medii ramin, in general, la locul interactiunii metalului cu mediul corosiv, sub forma de pelicule de grosimi si compozitii diferite.

In functie de proprietatile lor fizico-chiniice peliculele de coroziune exercita o influenta importanta asupra desfasurarii ulterioare a procesului de coroziune, a cineticii acestuia, putindu-1 frina intr-o masura mai mare sau mai mica.

1. Formarea peliculelor oxidice de coroziune

Sub actiunea oxigenului din aer sau a altor medii care contin oxigen, metalele se acopera cu pelicule de oxizi a caror grosime depinde de temperatura si timpul de incalzire.

In functie de durata si de temperatura de incalzire a metalului, peliculele formate au diferite grosimi si proprietati de protectie prezentate in tabelul 14.

Tabelul 14.

Caracteristicile peliculelor de oxizi

O apreciere relativa a proprietatilor protectoare a peliculei de oxid rezultate in urma coroziunii este posibila cunoscind valoarea raportului dintre volumul oxidului format si volumul metalului distrus:

in care: M_ox este masa moleculara a oxidului; p_{ox -} greutatea specifica a oxidului; A - masa atomica a metalului; r_m - greutatea specifica a metalului; n - coeficientul stoechiometric al metalului.

Daca acest raport este subunitar, adica , stratul de oxid este discontinuu si permeabil, ca urmare, nu prezinta proprietatile protectoare. Astfel se comporta metalele alcaline si alcalino-pamintoase.

Pentru alte metale, ca: Ni, Cr, Cu, Sn, Zn, raportul ; la suprafata acestora se formeaza pelicule care frineaza considerabil desfasurarea in continuare a procesului de oxidare, adica poseda proprietati protectoare.

Conditia nu asigura intotdeauna o protectie anticoroziva, deoarece in timpul formarii peliculelor, apar tensiuni care vor provoca fisurarea acestor pelicule.

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

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

faza a care corespunde unui exces mare de oxigen si

faza b caracterizata prin o cantitate de oxigen, insuficienta, din care cauza, oxidarea evolueaza incet.

In functie de culoare se pot deosebi trei feluri de rugina si anume:

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

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

b) Rugina bruna, apare in urma reactiei:

c) Rugina neagra, este formata din oxid feros si feric (FeO, Fe₂O₃); 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 aderent.

Reactia decurge astfel:

D r. H. E n g e 11, de la Institutul Max Plank, descrie astfel ruginirea fierului la temperaturi inalte:

- pina la 570C se formeaza pe metal fazele de oxidare, magnetita, Fe₃O₄ si hematita Fe₂O₃ dintre care, magnetita reprezinta aproximativ 65-80% din grosimea stratului format;

- de la 570C incepe sa apara FeO (vustita) care creste mult odata cu temperatura de oxidare;

- la 700C stratul de tunder (oxid de laminare) se compune din 90% vustita.

Stratul de oxizi de laminare este alcatuit, de fapt, din mai multe straturi, dintre care, cel inferior, este format din FeO. Prezenta acestuia este cauza slabei aderente a oxizilor formati succesiv la suprafata metalica, deoarece sub influenta atmosferei, duce la hidroxid de fier, deci la rugina.

Coroziunea otelurilor la temperaturi inalte sub actiunea unor gaze O₂, CO₂, H₂, H₂O este insotita de reducerea continutului de carbon (decarburare superficiala), ca urmare a descompunerii cementitei in straturile metalice din vecinatatea peliculei de oxid, dupa una din reactiile:

Din aceste reactii rezulta ca, marind concentratia in CO si CH₄ in gaze echilibrele pot fi deplasate spre stinga. Pe acest pincipiu se aleg, in practica, atmosferele protectoare sub care se efectueaza tratamentele termice fara oxidare, carburarea sau decarburarea otelurilor.

Decarburarea duce la micsorarea rezistentei mecanice, coborirea limitei de oboseala.

Viteza de coroziune in gaze se micsoreaza prin crearea unei atmosfere inerte si mai ales prin alierea otelului cu diferite elemente se mareste stabilitatea otelului la temperaturi ridicate.

In ceea ce priveste coroziunea chimica a unui aliaj, in oxigen sau aer uscat, in principiu, depinde de afinitatea chimica a componentilor sai fata de oxigen, precum si de comportarea reciproca a oxizilor susceptibili de a se forma. De exemplu: in cazul aliajului Fe-Cu, fierul are pentru oxigen o afinitate mult mai mare decat cuprul. Spre deosebire insa de fierul pur, oxidarea se produce in adincime, provocind formarea unui strat mixt de metal si oxid. Fierul oxidindu-se preferential, metalul ce ramine in stratul mixt, se imbogateste in cupru si devine din acest motiv din ce in ce mai rezistent la coroziune. in cazul aliajului Ni-Cr, elementul de aditie este cromul, mult mai oxidabil in raport cu metalul de baza, nichelul. in urma coroziunii, stratul superficial al aliajului va saraci in crom, dar va fi protejat ulterior de oxidul de crom, continuu si impermeabil.