Coroziunea si protectia metalelor si aliajelor impotriva coroziunii

Coroziunea si protectia metalelor si aliajelor impotriva coroziunii

1. Generalitati:

In epoca contemporana de intensa dezvoltare industriala, cand consumul de metale si utilaje este in continua crestere apare ca deosebit de importanta, in special pentru cele feroase, preocuparea pentru protejarea acestora impotriva distrugerii prin coroziune.

Pierderile de metale si aliaje produse de coroziune reprezinta aproximativ o treime din productia mondiala. Chiar daca se considera ca o parte din metal se reintoarce in circuit prin retopire, totusi aceste pierderi totalizeaza in cazul fierului cel putin 10-15% din metalul obtinut prin topire.

Pagubele provocate de coroziune sunt legate nu numai de pierderile de metal, ci si de faptul ca utilajele, constructiile, piesele etc. distruse de coroziune au un cost mult mai mare decat al materialului din care sunt confectionate. Daca la acestea se adauga si chelutielile pentru repararea pagubelor provocate de coroziune, montarea aparaturii de inlocuire, utilizarea materialelor anticorozive scumpe, aplicarea metodelor de protectie anticoroziva, cat si faptul ca aproape in toate domeniile industriei se pune problema protectiei anticorozive, ne dam seama de importanta economica pe care o prezinta coroziunea.

Coroziunea metalelor si aliajelor se defineste ca fiind procesul de distrugere spontana a acestora, in urma interactiunilor chimice, electrochimice si biochimice cu mediul de existenta.

In practica fenomenele de coroziune sunt de obicei extrem de complexe si apar sub cele mai diferite forme, motiv pentru care, o clasificare riguroasa a tuturor acestor fenomene nu este posibila, intre diferite clase existand intrepatrunderi.

Dupa mecanismul de desfasurare se pot distinge doua tipuri de coroziune :

-coroziunea chimica care se refera la procesele de distrugere a metalelor si

aliajelor care se produc in gaze uscate, precum si in lichide fara conductibilitate electrica si in majoritatea substantelor organice ;

-coroziunea electrochimica se refera la procesele de degradare a metalelor si

aliajelor in solutii de electroliti, in prezenta umiditatii, fiind insotite de trecerea

curentului electric prin metal.

Atat coroziunea chimica cat si cea electrochimica, fiind procese ce se desfasoara la interfata metal-gaz, fac parte din categoria reactiilor eterogene si se supun legilor generale ale cineticii acestor reactii.

Dupa aspectul distrugerii, coroziunea poate fi clasificata in : coroziune continua, cand intreaga suprafata metalica a fost cuprinsa de actiunea mediului agresiv; si caroziunea locala cand distrugerea se produce numai pe anumite portiuni ale suprafetei metalului sau aliajului.

2. 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 raman, in general, la locul interactiunii metalului cu mediul coroziv, sub forma de pelicule de grosimi si compozitii diferite.

In functie de proprietatile lor fizico-chimice peliculele de corziune exercita o influenta importanta asupra desfasurarii ulterioare a procesului de coroziune, a cineticii acestuia, putandu-l frana intr-o masura mai mare sau mai mica.

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 funtie de durata si de temperatura de incalzire a metalului, peliculele formate au diferite grosimi si proprietati de protectie prezentate in tabelul urmator :

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

V_ox =M_ox / _ox  V_m=An/ρ_m; V_ox /V_m=M_ox / _{ox m} /An ,

in care: M_ox-este masa moleculara a oxidului;

ρ_ox-greutatea specifica a oxidului;

_{A-masa atomica a metalului;}

ρ_m-greutatea specifica a metalului;

n-coeficientul stoechiometric al metalului;

Daca acest raport este subunitar, adica V_ox /V_m <1, stratul de oxid este discontinuu si permeabil, ca urmare, nu prezinta proprietatile protectoare. Astfel se comporta metalele alcaline si alcalino-pamantoase.

Pentru alte metale, ca: Ni, Cr, Cu, Sn, Zn,., raportul V_ox /V_m  >1; La suprafata acestora se formeaza pelicule care franeaza considerabil desfasurarea in continuare a procesului de oxidare, adica poseda proprietati protectoare.

Conditia V_ox /V_m  >1 nu asigura intotdeauna o protectie anticoroziva, deoarece in timpul formarii peliculelor, apar tensiuni care vor provoca fisurarea acestor pelicule.

In cazul Fe-ului oxidarea in atmosfera a acestuia cu formarea oxizilor de Fe (rugina) are loc in trepte.

In prima treapta de oxidare a Fe-ului, se formeaza FeO, oxidul feros, care este stabil numai in absenta oxigenului. Cand apare oxigenul atmosferic, oxidul feros se transforma in 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 incet.

In 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, in rugina bruna, de aceea se observa foarte rar.

2. Rugina bruna, apare in 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

Dr. H. Engell, de la Institutul Max Plank, descrie astfel ruginirea fierului la temperaturi inalte:

pana la 570˚C se formeaza pe metal fazele de oxidare, magnetita si hematita dintre care, magnetita reprezinta aproximativ 65-80% din grosimea stratului format.

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

La 700˚C 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 oxigen, dioxid de carbon, hidrogen, apa, este insotita de reducerea continutului de carbon, ca urmare a descompunerii cementitei in straturile metalice din vecinatatea peliculei de oxid, dupa una din reactiile:

Fe₃C+1/2O₂↔3Fe+CO;

Fe₃C+2H₂↔3Fe+CH₄ ;

Fe₃C+ H₂O↔Fe+CO+ H₂;

Fe₃C+CO₂↔3Fe+2CO.

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

Decarburarea duce la micsorarea rezistentei mecanice, coborarea 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, oxidare se produce in adancime, provocand formare unui strat mixt de metal si oxid. Fierul oxidandu-se preferential, metalul ce ramane in stratul mixt se imbogateste in cupru si devin 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 saracii in crom, dar va fi protejat ulterior de oxidul de corm, continuu si impermeabil.

Mandica Mihaela

Cls. X-a A