Bazele Teoretice Ale Coroziunii Metalelor

7/30/2019 Bazele Teoretice Ale Coroziunii Metalelor

1/7

CURSUL 2

BAZELE TEORETICE ALE COROZIUNII METALELOR

1. Coroziunea chimic1.1. Coroziunea chimic n gaze uscate

1.2. Coroziunea chimic n lichide rele conductoare de electricitate2. Coroziunea electrochimic

2.1. Mecanismul coroziunii electrochimice2.2. Elementul galvanic2.3. Tensiunea absolut de electrod la echilibru

1. Coroziunea chimic se produce datorit afinitii dintre materialele metalice saunemetalice i unele:

- gaze uscate: oxigen, hidrogen, hidrogen sulfurat, acid clorhidric gazos, oxid de

carbon, dioxid de carbon; (coroziune chimic uscat);- lichide rele conductoare de electricitate: ex. alcool, benzina, benzol.

1.1.Coroziunea chimic n gaze uscate este fenomenul cel mai des intalnit i sedatoreaz oxigenului care are aciunea cea mai duntoare asupra metalelor oxidarea.

Coroziunea metalelor i aliajelor n medii gazoase la temperaturi nalte const nformarea unor pelicule de coroziune a cror grosime depinde de temperatura i de durataexpunerii.

Rezistena metalelor n diferite medii agresive depinde de proprietile protectoareale peliculelor formate.

Etapele mecanismului procesului de oxidare a unui material metalic:

Pelicula de oxid format prezint proprieti protectoare cu att mai mari cu ctporozitatea ei este mai mic i aderena la suprafaa metalului mai mare. O pelicul stabili aderent frneaz ntr-o oarecare msura procesul de oxidare.

Coeficientul de expansiune pentru oxidul compact este dat de raportul Pilling-

Bedworth.

Raportul PILLING BEDWORTH

1


2/7

K =metal

oxid

V

V

Unde: Voxid volumul oxidului;Vmetal volumul metalului din care s-a format oxidul.

Funcie de valoarea lui K, pelicula format poate fi:

a) k < 1 pelicula este poroas, plin de fisuri i neprotectoare. Creterea grosimii x apeliculei este neliniar, dat de relaia:

x = k1 + k1'

unde: x grosimea peliculei;k1 , k1' constante;

timpul.Pelicula prezint tendine de exfoliere i procesul de oxidare continu pn ladistrugerea metalului.Exemplu: coroziunea magneziului.

VARIAIA GROSIMII OXIDULUI N TIMP

b) 1< k < 1,5 - pelicula este compact cu bune proprieti protectoare. Cretereagrosimii peliculei x este parabolic, fiind dat de relaia:

x2 = k2 + k2'

unde: x grosimea peliculei;k2 , k2' constante; timpul

Exemplu: coroziunea cuprului la 1000 C

VARIAIA GROSIMII OXIDULUI N TIMP

2


3/7

c) k > 1,5 pelicula format este compact, dar cu puternice tensiuni interne, careprovoac exfolierea peliculei respective.

Exemplu: coroziunea oelului n timpul laminrii la 900C- 1200C cnd se formeazunder (un complex de oxizi). underul se exfoliaz, permind continuarea oxidrii

oelului.

ETAPELE FORMRII UNDERULUI

Funcie de culoare se stabilesc 3 tipuri de rugin:

a) rugin alb - Fe(OH)2 se formeaz dup reacia:Fe + 2H2O Fe(OH)2 + H2i care se observ foarte rar, deoarece trece n rugin brun prin oxidare.

b) rugin brun - se formeaz dup reacia:4Fe(OH)2 +O24FeOH.OH+2H2Oc) rugin neagr numit i magnetit, din cauza proprietilor magnetice format

din oxid feros i feric:2FeOH.OH + Fe(OH)2 Fe3O4 + 2H2OMagnetita este considerat forma cea mai stabil a oxizilor de fier, formnd la suprafaa

metalului un strat cu caracter protector i aderent.

3


4/7

Concluzie: fenomenul de oxidare este un proces exoterm, care tinde s transformemetalul n oxizii si. Valoarea cldurii de oxidare este o msur a tendinei metalului de ase oxida. n funcie de valoarea ei, se poate realiza o ierarhizare a metalelor:

Au < Hg


5/7

c) pasivitatea materialului metalic;d) acoperirea materialului metalic cu un compus mineral.

2.2. Elementul galvanic este constituit din: anod, catod, conductor (contact), punte desare.

CELULA GALVANIC

Prin convenie, celula galvanic este reprezentat astfel:

M1/M1 n+// M2 n+/M2

Prin linia simpl se marcheaz limita de separare lichid-solid, iar prin linia dubl semarcheaz puntea de sare. Acelai element galvanic permite: coroziunea electrochimici depunerea electrolitic.

Anodul doneaz electroni circuitului i ioni electrolitului, corodndu-se.Catodul primete electroni din circuit prin intermediul unei reacii de catod sauchimice. Ionii care se combin cu electronii formeaz un subprodus la catod.

Conductorul (contactul) permite conectarea electric a anodului i catodului,permind electronilor trecerea de la anod la catod.

Electrolitul este un lichid aflat n contact cu anodul i catodul. El asigurdeplasarea ionilor de pe suprafaa anodului spre catod. Uneori se folosesc doielectrolii unii printr-o punte de sare, care permite numai contactul electric prinintermediul ionilor, dar mpiedic amestecarea elor doi electrolii.

Puntea de sare este un tub n form de U rsturnat ncrcat de obicei cu o soluiesaturat de KCl (clorur de potasiu), prevazut cu plci poroase la capete, ionii de K+ ide Cl- au mobiliti aproape egale.

ntr-un element galvanic se pot produce:- reacia anodic- reacia catodic:

o la electrodepunereo la coroziune.

Reacia anodic (de oxidare) n urma creia ionul metalic prsete reeaua

cristalin trecnd n mediul coroziv sub form de ioni hidratai i las n masa metaliccantitatea echivalent de electroni.Reacia anodic:

5


6/7

MMn+ + n e-

Datorit ionilor care l prsesc, anodul se corodeaz.Reacia catodic la electrodepunere este o reacie de reducere care este invers

reaciei anodice:Mn+ + n e-M

Ionii metalici formai prin reacia anodic sau adugai intenionat n electrolit secombin cu electronii la catod. Astfel, metalul respectiv se depune i acoper suprafaacatodului.

Reacia catodic la coroziune, cu mici excepii nu duce la depunerea metalului pecatod, ci la obinerea unui subprodus gazos, lichid sau solid la catod, care poate formaaa numitul electrod de :- hidrogen, oxigen, ap.Electrodul de hidrogen se formeaz cnd n electrolit lipsete oxigenul, ca de ex. n

cazul HCl sau a apei linitite conform reaciei:2H+ + 2e- H2 Electrodul de oxigen se formeaz cnd electrolitul este ap aerat, care conine

oxigen, conform reaciei:O2 + 2H2O + 4e- 4OH-

Electrodul de ap se formeaz cnd electrolitul conine acizi oxidani, conformreaciei:

O2 + 4H+ +4e- 2H2O

2.3. Tensiunea absolut de electrod la echilibruSe consider un electrod format dintr-o plac metalic M introdus ntr-un electrolit,care este o soluie a unei sri a acelui metal. Prin extensie, ansamblul M/Mn+ este denumitun electrod simplu.

De ex. o plac de Cu n contact cu o soluie de sare cupric este un electrod laechilibru. La echilibru se obine un dublu strat electrochimic asimilabil ntr-o primaproximare cu un condensator ncrcat. Grosimea acestui strat este de ordinul nanometrilor(1 nm = 10-9 m).

6


7/7

Tensiunea absolut a electrodului: tM-S = M - SM potenialul metalului;S potenialul soluiei.

Echilibrul este descris de relaia:

M+

+ neMI

In

0

0

Unde: I0 intensitatea fluxului de electroni a celor doi cureni electrici opui i egali

la echilibru.S-a constatat c este imposibil de a calcula sau determina tensiunea absolut deelectrod, dar se poate msura tensiunea relativ de electrod.

7

Documents

Bazele Teoretice Ale Coroziunii Metalelor