ROgift.ro(magazin de cadouri)

Coroziunea şi protecţia metalelor şi 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 chelutielile 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 caroziunea 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.
Formarea peliculelor oxidice de coroziune :
            Sub acţiunea oxigenului din aer sau a altor medii care conţin oxigen, metalele se acoperă cu pelicule de oxizi a căror grosime depinde de temperatura şi timpul de încălzire.
            În funţie de durata şi de temperatura de încălzire a metalului, peliculele formate au diferite grosimi şi proprietăţi de protecţie prezentate în tabelul următor :
           
Felul peliculei
Grosimea peliculei [Å ]
Proprietăţile peliculei
Pelicule subţiri
Sub 400
Nu protejează din cauza rezistenţei reduse pe care o opune difuziunii agentului corosiv
Pelicule medii
400-5000
Prezintă proprietăţi de protecţie a suprafeţei metalice
Pelicule groase
Peste 5000
Protecţie ineficientă deoarece se fisurează sub acţiunea tensiunilor interne
                                                                                                                                                 
           
            O apreciere rapidă a proprietăţilor protectoare a peliculei de oxid rezultate în urma coroziunii este posibilă cunoscând valoarea raportului dintre voluzmul oxidului format şi volumul metalului distrus :

            Vox =Mox /ρox ;    Vm=An/ρm;     Vox /Vm=Mox /ρox*ρm /An ,

în care: Mox-este masa moleculară a oxidului;
             ρox-greutatea specifică a oxidului;
                 A-masa atomică a metalului;
            ρm-greutatea specifică a metalului;
            n-coeficientul stoechiometric al metalului;
            Dacă acest raport este subunitar, adică Vox /V<1, stratul de oxid este discontinuu şi permeabil, ca urmare, nu prezintă proprietăţile protectoare. Astfel se comportă metalele alcaline şi alcalino-pământoase.
            Pentru alte metale, ca: Ni, Cr, Cu, Sn, Zn,…, raportul Vox /V >1; La suprafaţa acestora se formează pelicule care frânează considerabil desfăşurarea în continuare a procesului de oxidare, adică posedă proprietăţi protectoare.
            Condiţia Vox /V >1 nu asigură întotdeauna o protecţie anticorozivă, deoarece în timpul formării peliculelor, apar tensiuni care vor provoca fisurarea acestor pelicule.
            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

            Dr. H. Engell, de la Institutul Max Plank, descrie astfel ruginirea fierului la temperaturi înalte:
-          până la 570˚C se formează pe metal fazele de oxidare, magnetită şi hematită dintre care, magnetita reprezintă aproximativ 65-80% din grosimea stratului format.
-          De la 570˚C începe să apară FeO (vustita) care creşte mult odată cu temperatura de oxidare;
-          La 700˚C stratul de ţunder (oxid de laminare) se compune din 90% vustită.

Stratul de oxizi de laminare este alcătuit, de fapt, din mai multe straturi, dintre care, cel inferior, este format din FeO. Prezenţa acestuia este cauza slabei aderenţe a oxizilor formaţi succesiv la suprafaţa metalică, deoarece sub influenţa atmosferei, duce la hidroxid de fier, deci la rugină.
Coroziunea oţelurilor la temperaturi înalte sub acţiunea unor gaze oxigen, dioxid de carbon, hidrogen, apă, este însoţită de reducerea conţinutului  de carbon, ca urmare a descompunerii cementitei în straturile metalice din vecinătatea peliculei de oxid, după una din reacţiile:
 Fe3C+1/2O2↔3Fe+CO;
Fe3C+2H2↔3Fe+CH4 ;
Fe3C+ H2O↔Fe+CO+ H2; 
Fe3C+CO2↔3Fe+2CO.
Din aceste reacţii rezultă că, mărim concentraţia în CO şi CH4 în gaze echilibrele pot fi deplasate spre stânga. Pe acest principiu se aleg, în practică, atmosferele protectoare sub care se efectuează tratamentele termice fără oxidare, carburarea sau decarburarea oţelurilor.
Decarburarea duce la micşorarea rezistenţei mecanice, coborârea limitei de oboseală.
Viteza de coroziune în gaze se micşorează prin crearea unei atmosfere inerte şi mai ales prin alierea oţelului cu diferite elemente se măreşte stabilitatea oţelului la temperaturi ridicate.
În ceea ce priveşte coroziunea chimică  a unui aliaj, în oxigen sau aer uscat, în principiu, depinde de afinitatea chimică a componenţilor săi faţă de oxigen, precum şi de comportarea reciprocă a oxizilor susceptibili de a se forma. De exemplu în cazul aliajului Fe-Cu, fierul are pentru oxigen o afinitate mult mai mare decât cuprul. Spre deosebire însă de fierul pur, oxidare se produce în adâncime, provocând formare unui strat mixt de metal şi oxid. Fierul oxidându-se preferenţial, metalul ce rămâne în stratul mixt se îmbogăţeşte în cupru şi devin din acest motiv din ce în ce mai rezistent la coroziune. În cazul aliajului Ni-Cr, elementul de adiţie este cromul, mult mai oxidabil în raport cu metalul de baza, nichelul. În urma coroziunii stratul superficial al aliajului va sărăcii în crom, dar va fi protejat ulterior de oxidul de corm, continuu şi impermeabil.    

Vanzari icoane ortodoxe

 
 
 
eXTReMe Tracker