Coroziunea Metalelor

Noţiuni introductive

Fenomenul de distrugere spontană a suprafeţei metalelor sau a aliajelor sub acţiunea agenţilor chimici, electrochimici sau microbiologici din mediu se numeşte coroziune.

Coroziunea este un fenomen nedorit care depinde de trei factori:

- natura materialului metalic (compoziţie, structură, neomogenităţi, tensiuni);

- mediul coroziv (compoziţie, concentraţia elementelor active, temperatura, presiunea, viteza de curgere);

- interfaţa material metalic / mediu care dictează aspectele cinetice ale coroziunii şi poate influenţa tipul produşilor de reacţie.

Există multe particularităţi ale fenomenelor de coroziune datorate celor trei factori anterior menţionaţi; în funcţie de domeniul de cercetare care se ocupă de acest fenomen (metalurgie, ştiinţa materialelor, electrochimie), există şi diferite tipuri de clasificări ale coroziunii:

1) după aspectul zonei corodate se disting două forme de coroziune:

a) coroziune generalizată care afectează întreaga suprafaţă a metalului, uniform sau aproape uniform (oxidare anodică, dizolvare activă în acizi);

b) coroziune localizată în care anumite zone de pe suprafaţa metalului se corodează cu viteză mai mare decât alte zone datorită unor neomogenităţi în material sau în mediu. Dacă gradul de concentrare al coroziunii localizate este foarte ridicat (suprafaţa corodată este foarte mică şi de obicei adâncimea de corodare este foarte mare) coroziunea se numeşte în pitting (în puncte); dacă extinderea este ceva mai mare coroziunea este în zone (în plăgi). În cazul aliajelor policristaline este posibilă coroziunea intercristalină, la limita de separare a grăunţilor, ducând la friabilizarea piesei. Dacă materialul piesei este supus unor tensiunui mecanice, pot rezulta fisuri conducând - în medii corozive - la "ruperi la oboseală". Acest tip de coroziune este numit în crevase sau coroziune fisurantă.

2) în funcţie de natura agentului coroziv, procesul poate fi:

a) coroziune chimică (coroziune uscată) datorată gazelor uscate la temperaturi ridicate;

b) coroziune electrochimică (coroziune umedă) datorată soluţiilor de electroliţi;

c) coroziune biochimică datorată microorganismelor.

Din punct de vedere chimic, coroziunea reprezintă un proces de oxidare a unui metal:

M0 Mz+ +ze-

Produsul de reacţie, o combinaţie ionică a metalului, poate rămâne sau poate părăsi suprafaţa metalului.

Aprecierea distrugerilor provocate de coroziune se poate face prin analiză macroscopică, cu ochiul liber sau cu lupa, cu microscopul metalografic, în control nedistructiv cu raze X sau cu ultrasunete.

Caracterizarea cantitativă a fenomenului de coroziune se face prin teste de laborator care permit calculul următoarelor mărimi:

- viteza de coroziune sau indicele gravimetric, vcor, definită ca masa de material corodat (Dm) în unitatea de timp (t), pe unitatea de arie (S):

[g / m2h]

- viteza de uzură sau indicele de penetraţie, notată cu vu sau Pmm, care reprezintă adâncimea, exprimată în mm, până la care s-ar produce fenomenul de coroziune dacă materialul metalic cu densitatea r [kg/m3] ar fi expus în mediu coroziv timp de un an (8760 ore):

[mm / an]

Coroziunea chimică

Distrugerea metalelor prin coroziune în gaze uscate, la temperaturi ridicate, are loc în urma unor reacţii chimice. Produsul de reacţie rămâne - cu rare excepţii - pe suprafaţa metalului formând pelicule; acestea pot fi protectoare sau nu. Pentru a fi protectoare pelicula trebuie să fie compactă, continuă, aderentă, stabilă şi cu grosime mică, de câţiva mm.

Oxidarea metalelor la temperaturi ridicate este unul dintre cele mai importante procese, de aceea el va fi studiat ca model de coroziune chimică.

Pilling şi Bedworth consideră că pentru procesele de oxidare, caracterul protector al unei pelicule se judecă după raportul volumului molar al oxidului şi al metalului oxidat, V0xid/Vmetal numit şi coeficient de expansiune. În funcţie de acest criteriu metalele se pot clasifica în:

- metale pentru care V0xid/Vmetal < 1; pelicula de oxizi este poroasă, discontinuă şi deci neprotectoare.

- metale pentru care V0xid/Vmetal = 1...2,5; pelicula de oxizi este continuă, aderentă şi poate prezenta caracter protector.

- metale pentru care V0xid /Vmetal > 2,5; pelicula de oxid este voluminoasă, sediul unor tensiuni care duc la fisurare şi la o aderenţă scăzută, având deci caracter de protecţie redus.

În tabelul de mai jos sunt prezentate câteva metale şi valorile corespunzătoare ale coeficientului de expansiune: