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 afinitatii dintre metal si unele gaze (O2;SO2;H2S;HCl
gazos;CO;CO2;H2) sau lichide rau conducatoare
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
are loc cu scaderea energiei libere.Molecula de oxigen este absorbita si 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,dat de relatia:
;unde k este coeficientul de volum al oxidului.
In 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 120016000K,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.
4. Metode de protectie anticorosiva 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.
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 0,20,3%,Cr sau Ni in oteluri etc.)
4.3.Metode de actionare asupra mediului corosiv
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 invelisuri anticorosive
Protectia prin invelisuri anticorosive 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.
5.BIBLIOGRAFIE
- Prof. dr. ing. Aurel Nanu - Tehnologia Materialelor
- Prof. dr. F.M. Albert si
Ing. Gh. Burlacu - Chimie generala
