Prin definiție, coroziunea este distrugerea metalelor și a aliajelor acestora printr-un proces electrochimic în care metalul formează un compus cu un element nemetalic. Cuvântul latin corrosus – care înseamnă mușcat, mâncat bucățică cu bucățică – este o bună descriere a fenomenului distructiv al coroziunii. În condiții normale, reacția dintre un metal și un element nemetalic are loc numai atunci când elementul nemetalic se află în soluție apoasă.
Într-un mediu uscat, fierul nu se corodează. Climatul uscat al deșertului din interiorul piramidelor egiptene este cel care a permis supraviețuirea de mii de ani a ustensilelor din fier.
Procesul de ruginire – un pic de electrochimie
Atunci când o bucată de metal este scufundată într-o soluție, ionii de metal cu sarcină pozitivă migrează de la suprafața sa în soluție, lăsând în metal un număr de electroni egal cu valoarea lor chimică. Metalul va fi astfel încărcat negativ. În același timp, are loc un proces opus. Ionii metalici aflați deja în soluție tind să precipite pe suprafața metalului, cu atât mai mulți cu cât sunt mai mulți în soluție. După un timp, cele două procese ajung în echilibru. Această stare se numește potențial normal electrochimic. Potențialul propriu-zis nu poate fi măsurat, ci doar diferența de potențial, motiv pentru care se convine ca potențialul electrodului de hidrogen să fie considerat zero, iar potențialul celorlalte metale să fie comparat cu acesta. Unele metale trimit în soluție mai mulți ioni decât hidrogenul. Printre acestea se numără fierul, zincul și plumbul. Alte metale sunt mai puțin predispuse la dizolvare, cum ar fi argintul, aurul și platina.
Elementele galvanice și coroziunea
Atunci când metale cu potențiale diferite sunt plasate într-o soluție comună, cu contact electric în afara soluției, procesul de dizolvare se desfășoară într-un ritm spectaculos. Atunci când barele de zinc și de cupru sunt scufundate în același electrolit, zincul mai puțin nobil trimite mai mulți ioni în soluție decât cuprul, lăsând mai mulți electroni în zinc, ceea ce îi conferă acestuia o sarcină negativă mai puternică decât a cuprului. Dacă barele de cupru și zinc sunt conectate printr-un conductor electric în afara electrolitului, electronii vor curge spre cuprul mai puțin negativ. Acest lucru face ca zincul să își piardă sarcina, trimițând mai mulți ioni de zinc pozitivi în soluție și electroni spre cupru. În timp ce un curent electric circulă în conductorul extern, zincul care se dizolvă deja mai repede se va dizolva mai repede, în timp ce cuprul se va dizolva mai lent. Acesta este principiul de funcționare a unei celule galvanice.
Elementele locale
Din păcate, elementele galvanice precum cele descrise mai sus nu există doar în laborator, ci se formează spontan și în structurile metalice. Consecința: se accelerează coroziunea metalului mai instabil. Atunci când metale diferite intră în contact, trebuie să se ia întotdeauna în considerare riscul de formare a elementelor locale. Dar suprafața aliajelor cu o structură eterogenă este, de asemenea, un lanț de elemente locale, deoarece potențialul părților diferit îmbogățite ale aliajului va fi diferit. Un element local se formează, de asemenea, dacă există o diferență de concentrație a electrolitului în contact cu metalul. De exemplu, în cazul obiectelor metalice scufundate, există mai mult oxigen dizolvat mai aproape de suprafața apei decât în straturile mai adânci.
Daunele cauzate de coroziune
Din nefericire, majoritatea metalelor folosite de omenire nu se află într-o stare de echilibru stabil atunci când sunt în contact cu atmosfera și cu apa. Formarea de oxizi sau hidroxizi ai metalului creează o stare mai stabilă. Metalurgia produce metalul din compușii săi prin investirea de energie, iar natura anulează această muncă prin coroziune. Pe măsură ce metalul renunță la energie, acesta încearcă să revină la compusul din care a fost fabricat. Coroziunea este, de fapt, reversul metalurgiei. Pagubele cauzate de coroziune sunt, desigur, mult mai mari decât valoarea metalului pierdut, deoarece metalul corodat este întotdeauna distrus ca material pentru un anumit tip de construcție sau mașină. Nu putem opri complet coroziunea, dar o putem încetini. Anumite metale, cum ar fi aluminiul sau plumbul, se oxidează foarte repede, dar oxidul pe care îl formează aderă bine la suprafața metalului și formează un strat continuu, cunoscut sub numele de strat pasiv. Acest strat protejează piesele metalice interne de coroziunea ulterioară până când acest strat pasiv este deteriorat sau dizolvat în acid sau în alcalin. Din nefericire, acest lucru nu se întâmplă în cazul celui mai frecvent utilizat metal, fierul, care este corodat de oxidul de fier. Oxidul de fier (rugina) are o structură asemănătoare unei plăci, este ușor poros și nu aderă la suprafața metalului. Acesta este motivul pentru care, după un timp, întreaga secțiune transversală a obiectelor din fier va fi redusă la cenușă dacă nu se ia nicio măsură de protecție împotriva ruginii.
Trebuie să vă protejați împotriva coroziunii!
Sunt disponibile următoarele opțiuni:
- Prin tratarea mediului coroziv
- Metode electrochimice
- Acoperiri de protecție
- Prin utilizarea de aliaje rezistente la coroziune
Tratarea mediului coroziv cu ajutorul inhibitorilor de coroziune
Eliminarea oxigenului și a apei din mediul metalelor nu este o opțiune, deoarece nu putem trăi fără ele. Dar putem reduce cantitatea de gaze nocive (SO2, CO2, Cl2) din atmosferă, care formează acizi cu apa și accelerează coroziunea metalelor. Prin reducerea emisiilor acestor gaze, ne facem o favoare nouă înșine și obiectelor noastre metalice.
Gestionarea mediului este mai relevantă doar pentru sistemele închise, de obicei sistemele de răcire sau de încălzire. Prin alcalinizarea fluidului care circulă în sistem, reducem coroziunea internă. Extragerea oxigenului dizolvat în apă este, de asemenea, o metodă eficientă. Aceasta se realizează prin trecerea apei printr-un material care reduce oxigenul, cum ar fi pilitura de fier. În acest caz, pilitura de fier fără valoare și cu suprafață mare, în timp ce se corodează, extrage oxigenul dizolvat din apă.
Metoda electrochimică, cunoscută și sub numele de protecție catodică
Prin oxidarea catodică a metalului care trebuie protejat, coroziunea poate fi încetinită în mod semnificativ. Acest lucru se poate face prin conectarea acestuia la un circuit ca catod sau prin conectarea la un metal mai puțin nobil. Acest procedeu este cel mai des utilizat pentru a proteja conductele subterane de fier. Conductorul de fier este conectat electric la blocuri de magneziu îngropate sub pământ. Anodul de magneziu al elementului galvanic rezultat se dizolvă încet, protejând în același timp fierul de coroziune. Un bloc de 10 kg de magneziu se epuizează în aproximativ 40-50 de ani sub pământ.
Straturile de protecție.
Straturile de protecție sunt concepute pentru a ține umezeala și oxigenul departe de suprafața metalului. Numai suprafețele curate de metal ar trebui să fie acoperite. În cazul suprafețelor contaminate, coroziunea poate continua sub strat. Volumul de oxid de fier produs de coroziunea fierului este mai mare decât cel al fierului, astfel încât, dacă acoperirea nu este suficient de flexibilă, aceasta își va crăpa suprafața. Acest lucru se numește fisurare de rugină.
Straturile de protecție pot fi realizate din materiale nemetalice. Acestea includ vopsele, emailuri, lacuri, materiale plastice. Dar protecția temporară este asigurată și de unsori și uleiuri hidrofuge. O caracteristică comună a straturilor nemetalice este aceea că izolează electric obiectul metalic.
Un alt tip de acoperire protectoare este atunci când fierul este acoperit cu un metal care este mai rezistent la coroziune. Metalele care pot fi folosite ca acoperiri protectoare sunt zincul, staniul, nichelul, cromul, cadmiul, aluminiul, argintul, aurul, platina sau titanul. Zincul este cel mai frecvent utilizat datorită costului său scăzut. Aceasta se numește galvanizare.
Galvanizare.
Piesa de prelucrat este scufundată într-o baie care conține ioni ai metalului de acoperire și este conectată ca catod al unui circuit de curent continuu. Electrolitul, prin reducere electrochimică, precipită un strat metalic pe catod, adică pe obiectul care trebuie protejat. În cazul în care, pe lângă rezistența la coroziune, este necesară o rezistență ridicată la uzură și o duritate ridicată, se utilizează nichel sau crom ca strat de protecție. Ambele metale produc o suprafață lucioasă și, prin urmare, sunt utilizate și ca finisaje decorative.
Placare.
Se utilizează pentru a proteja plăcile împotriva coroziunii. Metalul care trebuie protejat este curățat, degroșat și se aplică prin laminare la rece stratul de metal protector. Această metodă este utilizată în principal în industria aeronautică, deoarece aliajele de aluminiu de înaltă rezistență nu sunt rezistente la coroziune.
Protecția suprafețelor în mai multe straturi.
În cazul echipamentelor utilizate în condiții extreme, peste stratul protector metalic se aplică, de obicei, un strat de protecție nemetalică, un polimer nemetalic* dezvoltat în acest scop. Prin combinarea acestor acoperiri, pot fi create piese de lucru rezistente la coroziune în condiții extreme. Un exemplu de astfel de protecție a suprafeței cu mai multe straturi este Delta Magni, un proces de tratare a suprafeței cu numele fantezist Delta Tone.
Urmărește-ne și pe Google News
