Dobrescu Fraguta Metode electrochimice de protectie impotriva coroziunii

Proiect cofinanţat din Fondul Social European prin Programul Operaţional Sectorial Dezvoltarea Resurselor Umane 2007-2013 Investeşte în oameni

Formarea profesională a cadrelor didactice pentru
utilizarea resurselor informatice moderne în predarea
eficientă a chimiei
http://e-chimie.upb.ro

Titlul programului: Program Operaţional Sectorial pentru Dezvoltarea Resurselor Umane
Titlul proiectului: Privim către viitor - Formarea profesională a cadrelor didactice pentru utilizarea resurselor informatice moderne în predarea eficientă a chimiei (e-CHIMIE)
Număr de identificare contract: POSDRU/87/1.3/S/61839
Beneficiar: Universitatea ‘Politehnica’ din Bucureşti
Conţinutul acestui material nu reprezintă în mod obligatoriu poziţia oficială a Uniunii Europene sau a Guvernului României


Metode electrochimice
de protecţie împotriva
coroziunii
AGC4_Frăguța_ DOBRESCU_CF-EL_ppt



Cuprins
1. Definiția coroziunii
2. Clasificarea coroziunii
3. Coroziunea chimică
4. Coroziunea electrochimică
5. Coroziunea atmosferică
6. Mijloace de protecție anticorozivă
7. Tipuri de protecţie;
7a. Protecția pasivă
Nichelarea; Cadmierea; Cromarea
Aplicarea de straturi protectoare nemetalice
Utilizarea de materiale rezistente la coroziune
7. b. Protecția activă
8. Captura unui ecran din lecţie
9. Concluzii
10. Bibliografie


1.Definiția coroziunii

 COROZIUNEA este un proces de degradare lentă și progresivă a
materialelor metalice ( feroase si neferoase ), de la suprafată spre interior,
sub acțiunea mediilor chimice active.



Definiția coroziunii
 Coroziunea este un proces spontan
caracterizat prin variația entalpiei libere
negative.
 Este un proces eterogen deoarece se
produce la limita dintre faze diferite. Prin
coroziune reteaua cristalină metalică se
distruge, metalul trecând sub forma de ioni
metalici în mediu coroziv sau sub formă de
compuși.
Acești compuși în anumite condiții dependente
de natura metalului, a mediului coroziv și a
condițiilor fizice ale procesului pot să adere
pe suprafața metalului și să-l protejeze
împortriva coroziunii.



2.Clasificare
1. Dupa mecanism exista 3 tipuri :
 chimică,
 biochimică,
 electrochimică.
Cea chimică se supune legilor cineticii chimice în sistem eterogen și nu este însotită de
generare de curent electric.
Cea biochimică este varianta coroziunii chimice și se produce sub actiunea
microorganismelor.
Cea electrochimică respectă legile cineticii electrochimice și este insotită de generare
de curent electric.
2. Dupa aspectul fenomenului există coroziune:
 generală (uniformă, neuniformă)
 locală (în puncte, pete , plăgi)
3. Dupa mediu există coroziune :
 în gaze,
gaze
 în electroliți,
 în neelectroliți (in atmosferă umedă, în sol umed, în baze acizi sau săruri)



3.Coroziunea chimică
 Coroziunea chimică se produce în gaze uscate la temperaturi ridicate și în lichide
neconducătoare de electricitate. În gaze, coroziounea este provocată de Cl2, H2,
SO2, CO2, H2S.
 Cinetica chimică a oxidării metalelor la temperaturi înalte studiază legile creșterii
peliculei de oxid y în funcție de timp.
Legea liniară : y=kt
Legea parabolică : y^2=kt
Lega logaritmică : y=lnkt
 După legea liniară se corodează metalele care se distrug total, nu formează
pelicule protectoare (metalele alcaline, alcalino-feroase).
 După legea parabolică se corodează metalele care formează pelicule protectoare
la temperaturi ridicate. Aplatizarea parabolei indică formarea peliculei protectoare.
 După legea logaritmică se corodează metalele care formează pelicule
protectoare la temperaturi mai mici. Aplatizarea funcției arată formarea peliculei.



Coroziunea chimică
 Toate metalele la începutul coroziunii urmează legea liniară, apoi în funcție de
natură și condiții.
Exemple de coroziune chimică în atmosfera industrială: decarburarea oțelurilor,
fragilizarea de hidrogen.
 Decarburarea oțelurilor – scăderea conținutului de C din stratul superficial al
oțelului datorită reacției cementitei cu H2, O2, CO2. apariția fierului pulbere și a
gazelor determină scăderea rezistenței superficiale a oțelului.
 Fragilizarea de hidrogen – H2 atacă oțelurile și cuprul, asupra oțelului
acționează prin decarburare și prin reducerea oxizilor metalici dizolvați în oțel.
Asupra cuprului actionează prin reducerea oxidului de cupru dizolvat în el. H2
pătrunde în material de-a lungul legăturilor metalice sub formă de atom. Produșii
de coroziune ramân în interiorul materialului provocând tensiuni interne. Este o
coroziune foarte periculoasă deoarece aparent nu sunt modificări iar în timp se
pot produce fisurări sau ruperi ale instalațiilor metalice. În plus Cu își pierde
complet elasticitatea.


4. Coroziunea electrochimică

Coroziunea electrochimică
- se produce în medii bune conducătoare de electricitate, ape naturale,
electricitate
atmosferă umedă, sol umed, soluții de acizi, baze sau săruri.
- este o reactie redox insotita de generare de curent electric.
- Reacția de oxidare se numește reacție anodică
- Reacția de reducere se numește reacție catodică.
 Reacția anodică : R.de oxidare a metalului supus coroziunii constă în ionizrea
lui. Deci rețeaua cristalină se distruge. Metalul trece în mediu coroziv ca ion
pozitiv. Acești ioni în anumite condiții care țin de metal, mediu, condiții fizice pot
forma oxizi, hidroxizi sau săruri greu solubile care pot să aibă acțiune protectoare
asupra metalelor.
 Reacția catodică este o reacție de reducere a unui agent din mediu coroziv care
câștigă electroni pierduți prin oxidarea metalului și care se numește depolarizant.
 Deci reacția anodică depinde de natura metalului dar întotdeauna este ionizarea
lui, iar reactia catodică depinde de natura mediului coroziv.


Interpretarea fenomenului de coroziune electrochimică :
a) În cazul suprafetelor eterogene :
- eterogenitatea chimica (incluziuni metalice sau nemetalice cu caracter mai
electropozitiv dacât metalul de bază)
- eterogenitate fizica (dezordini structurale)
- eterogenitatea conditiilor fizice ( distribuția neuniformă a temperaturii, a
energiei radiante solare, prezența unor curenți de dispersie în sol).
b) În cazul suprafetelor omogene : aliaje cu structura de solutii
- coroziunea se aplica prin instabilitatea termodinamica a metalului in raport cu
mediul coroziv.

5.Coroziunea atmosferică( biologică)– se produce, în special, pe cale
electrochimică, deoarece în atmosferă există întotdeauna o anumită proporție de
apă ( umiditatea).
Concluzie : Indiferent de starea suprafeței, coroziunea electrochimică înseamnă o
reacție anodică de ionizare a metalului și una catodică de reducere. În cazul
suprafețelor neomogene coroziunea este localizată în anumite zone.


Forme de coroziune

 Dupa modul în care se produce atacarea materialelor metalice, coroziunea
metalice
poate fi :
- SUPERFICIALĂ
- LOCALĂ
- INTERCRISTALINĂ



 COROZIUNEA SUPERFICIALĂ – constă în corodarea întregii suprafețe metalice și
poate fi : uniformă sau neuniformă

 COROZIUNEA LOCALĂ – cuprinde anumite zone, formând puncte, pete, adâncituri
sau umflături.

 COROZIUNEA INTERCRISTALINĂ – constă în pătrunderea coroziunii pe marginea
grăunților cristalini.



6.Mijloace de protecție anticorozivă
1. Pregătirea suprafeţelor de acoperire în vederea realizării protecţiei anticorozive
implică operaţiile care asigură înlăturarea completă a grăsimilor, urmelor de pastă de
lustruit, urmelor de emulsii sau lichide diverse de la prelucrările mecanice şi
tratamentele termice anterioare, uleiuri, unsori, vopsele, oxizi.
2. Operaţiile de bază ale unui flux complex de pregătire sunt:
- precurăţirea, îndepărtarea straturilor groase de impurităţi de pe suprafaţa
precurăţirea
pieselor.
- îndepărtarea parţială a grăsimilor solubile în solvenţiorganici (degresare cu
solvenţi organici)
- degresarea, înlăturarea grăsimilor pe cale chimică, electrochimică sau cu
degresarea
ultrasunete
- decaparea, procesul chimic sau electrochimic prin care se realizează îndepărtarea
decaparea
straturilor de coroziune de pe suprafeţele metalice.
- lustruirea, este procesul prin care pe suprafaţa pieselor se obţine o structură fină
lustruirea
şiuniformă, prin prelucrare mecanică, electrochimică sau chimică, în scop decorativ
sau funcţional.


7.Tipuri de protecţie;
7.a. Protecția pasivă

Protecția pasivă constă în acoperirea metalului cu un strat de
natură anorganică (oxid, fosfat, silicat) sau cu un strat de natură
organică mai rezistent la coroziune decât metalul.
metalul
O condiţie esenţială pentru realizarea unei acoperiri metalice de bună
calitate este pregătirea iniţială a suprafeţei care influenţează direct:
- aderenţa şi uniformitatea grosimii depunerii,
- uniformitatea culorii şi aspectului,
- apariţia pittingului sau a exfolierii,
- rezistenţa la coroziune,
- rugozitatea şi structura cristalină ale acoperirii.



Procedee de realizare a protecției pasive
Protecţia pasivă se poate realiza prin următoarele procedee:
procedee
- Aplicarea de straturi protectoare metalice;
- Protecţia suprafeţei metalice prin imersie în metale topite se aplică în cazul în care
metalul de protecţie este Zn, Sn, Al sau Pb sau unele aliaje ale acestora care au
temperaturi joase de topire.
 În practică se întâlneşte tabla zincată, ţevi şi profile zincate, vase cositorite.
O condiţie esenţială pentru realizarea unei acoperiri metalice de bună calitate este
pregătirea iniţială a suprafeţei care influenţează direct aderenţa şi uniformitatea
grosimii depunerii, uniformitatea culorii şi aspectului, rezistenţa la coroziune,
rugozitatea şi structura cristalină ale acoperirii, precum şi caracteristicile importante
ale metalului de bază.
La contactul cu mediu corosiv,
- dacă pelicula e compactă şi aderentă, ea oferă protecţie fierului.
- dacă pelicula e poroasă apare o anumită discontinuitate mică pe suprafaţa metalului
care constituie anodul iar acoperirea este catodică.


Nichelarea
 Întrucât nichelul are un potenţial standard mai electropozitiv decât fierul (-
0,25 V), protecţia anticorozivă a acestuia se realizează numai în condiţiile unei
depuneri lipsite de pori. Acoperirile cu nichel sunt rezistente la acţiunea corozivă a
atmosferei, a apei de mare, a soluţiilor alcaline, de săruri şi acizi organici, a
gazelor uscate care conţin acid clorhidric, fluorhidric şi clor până la o temperatură
de 5000C. Baza procesului de obţinere a straturilor de nichel electrolitic o
constituie următoarele reacţii conjugate, catodice şi anodice care au loc în mediu
acid:
 La catod: Ni2+ + 2e → Ni
2H++ 2e → H2
 La anod: Ni - 2e → Ni2+
4OH - 4e → 2H2O + O2
 Electroliţii de nichelare sunt constituiţi din sulfat de nichel, clorură de nichel şi acid
boric. Sulfatul de nichel este principala sursă de ioni de nichel şi concentraţia sa
determină limitele densităţii de curent la care se obţin depuneri de bună calitate.



Cadmierea
 Domeniile de utilizare ale acoperirilor cu cadmiu sunt determinate de proprietăţile
specifice ale acestuia.
 Datorită faptului că potenţialul de electrod al cadmiului (-0,402 V) este foarte
apropiat de cel al fierului (-0,44 V), acoperirea cu cadmiu poate fi catodică sau
anodică.
Electroliţii de cadmiere sunt electroliţi alcalini şi electroliţi acizi
 În electroliţii alcalini cadmiul se află sub formă de ion complex. complex
Din această categoriefac parte electroliţii cianurici, electroliţii cu pirofosfaţi şi cei amoniacali.
 În electroliţii acizi cadmiul se găseşte sub formă de ion bivalent hidratat.
hidratat
Din această categorie fac parte electroliţii pe bază de sulfaţi, cloruri şi fluoroboraţi.
Pentru a favoriza procesul de electrodepunere se adaugă în electrolit substanţe
organice (amidon, dextrină, aldehide) sau anorganice ( săruri de nichel, cobalt,
cupru).
 Electroliţii de cadmiere trebuie verificaţi în mod curent pe baza unor analize chimice
cantitative de laborator, iar componenţii electrolitului trebuie să se încadreze în
anumite limite optime şi anume: concentraţia Cd2+ să fie între 23 – 38 g/l.
 Anozii utilizaţi sunt din cadmiu de puritate electrolitică (99,9%)


Cromarea
Principalele calităţi ale cromului depus electrolitic sunt duritatea, rezistenţa la uzură,
frecare, abraziune şi coroziune, aspectul decorativ. Fenomenele care au loc la
decorativ
depunerea cromului sunt:
- la catod are loc reducerea cromului hexavalent la crom trivalent, depunerea cromului
trivalent
metalic şi degajarea puternică a hidrogenului
- la anod are loc oxidarea cromului trivalent la crom hexavalent concomitent cu
degajarea oxigenului .
Comparativ cu alte procedee de depunere, cromarea prezintă o serie de particularităţi şi
anume:
- Structura depunerilor este caracterizată de prezenţa unor fisuri
care depind de grosimea stratului de crom depus. Structura depunerii de
crom nu este omogenă, astfel încât fisurile, porii, discontinuităţile sunt
repartizate neregulat în depunere.
- Formarea fisurilor este însoţită simultan cu degajarea de hidrogen
- Depunerile lucioase de crom se caracterizează printr-o structură cu un
număr foarte mare de fisuri în comparaţie cu depunerea mată de



Acoperirile nemetalice pot fi realizate prin depunerea de pelicule de oxizi, fosfaţi
saudin pelicule de lacuri şi vopsele.
vopsele
Depunerea peliculelor de oxizi sau de fosfaţi se realizează cu ajutorul unor
reacţii chimice sau electrolitice care au loc pe suprafaţa metalului.
metalului
Protecţia suprafeţei metalice prin grunduire şi vopsire se realizează cu ajutorul
unor vopsele şi lacuri pe bază de substanţa anorganice sau organice amestecate
cu un ulei sicativ(care se usucă) sau cu un solvent volatil. Prin vopsire nu se
sicativ
realizează oprirea coroziunii ci doar izolarea suprafeţei metalice de mediul corosiv.
Protecţia suprafeţei metalice prin emailare sau smălţuire se realizează prin
aplicarea la cald pe metalul de bază a unui strat de email de natură anorganică
(pulbere de sticlă numităfrită) sau de natură mixtă (răşini organice – pigmenţi
anorganici – ulei).



Protecţia suprafeţei metalice se mai realizează prin acoperiri cu mase plastice,
cauciuc natural sau sintetic, pulberi de grafit. Acest tip de protecţie este folosit
grafit
frecvent la bordul navei, atât în atmosferă marină câtşi în imersie.
Succesul unei protecţii anticorozive cu vopsea depinde de:
- pregătirea suprafeţei suport
- respectarea tehnologiei de aplicare
- calitatea vopselei
Pentru protecţia corpului navei (partea imersată) acoperirile de protecţie se
folosesc împreună cu protecţie electrochimică (catodică).
Din această cauză pregătirea suprafeţei are oimportanţă şi mai mare iar
vopseaua care se aplică trebuie să fie compatibilă cu protecţia
electrochimică.-



Utilizarea de materiale rezistente la coroziune

Un alt mijloc de protecţie contra coroziunii este construirea aparaturii
din materiale rezistente faţă de mediile agresive.
Cele mai folosite materiale din această categorie sunt:
Lemnul impregnat – care se obţine prin impregnare cu răşinii sintetice sau cu
răşini pebază de celuloză şi uree
Grafitul impregnat - este rezistent la acizi şi se prelucrează uşor mecanic.
Textolitul reprezintă un material presat, preparat din ţesături de bumbac
îmbibat cu răşină fenolică şi întărit la temperatura de 130 – 1500C.
 Este întrebuinţat pentru confecţionarea de plăci sau foi din care se pot
fabrica apoi ţevi, agitatoare, răcitoare.



7.b. Protecția activă

Se referă la acţiunea de modificare a sistemului de coroziune care cuprinde
metalul,mediul atacant şi condiţiile de corodare. Protecţia activă se poate
efectua prin trei metode:
b1) modificarea compoziţiei materialelor metalice;
metalice
b2) reducerea agresivităţii mediului coroziv;
coroziv
b3) metode electrochimice (utilizarea electrozilor de sacrificiu, utilizarea unei
surseexterioare de curent).



Protecția activă

b1)Modificarea compoziţiei materialelor metalice
Metoda constă în elaborarea unor materiale metalice rezistente la
coroziune, utilizând materiale rezistente la acel mediu.
Exemple
- Pb - rezistent la soluţii concentrate de H2SO4, HNO3, HCl,
-Al - rezistent în medii oxidante;
-fonta - rezistentă în medii ce folosesc temperaturi ridicate;



Protecția activă

b2) Reducerea agresivităţii mediului corosiv
Protecţia anticorozivă se realizează prin modificarea compoziţiei
mediului corosiv.
corosiv
Coroziunea în mediu gazos: -constă în îndepărtarea agentului oxidant
gazos
prin:
- degazare termică
- îndepărtarea O2, aerului şi a gazelor dizolvate în lichide
Dezoxigenarea chimică - se face prin trecerea apei printr-un strat de
material capabilsă formeze legături cu oxigenul
Dezoxigenarea electrochimică - se trece apa printr-un sistem de celule
de electroliză,prevăzute cu electrozi bipolari de oţel, iar oxigenul se
îndepărtează total.
Coroziunea în mediu lichid: -constă în îndepărtarea agentul oxidant prin
lichid
degazaretermică, dezoxigenare chimică sau electrochimică sau prin
adăugare de inhibitori decoroziune



Protecția activă
- Utilizarea de inhibitori de coroziune -
Inhibitorii de coroziune sunt substanţe denatură organică sau minerală care au
proprietatea de a diminua procesul de coroziune.Mecanismul de acţiune a inhibitorilor
de coroziune este legat de fenomenul de adsorbţie a lor pe suprafaţa metalului
micşorând astfel viteza de coroziune.
Inhibitorii anodici pun în libertate anioni ce formează cu metalul compuşi
insolubili care împiedică procesul anodic de dizolvare a acestuia.
Inhibitorii catodici sunt substanţe minerale sau organice care micşorează
viteza reacţiilor dereducere a ionilor de H+şi a oxigenului.
oxigenului
Prin adsorbţia moleculelor organice pe suprafaţa metalului se formează complecşi
superficiali cu ionii metalici dispuşi sub forma unui film protector.
- Modificarea pH-ului, se poate face prin utilizarea unor soluţii neutre care să asigure
pH-ului
un maxim de rezistenţă tuturor metalelor (pH = 7,0 – 7,5), deoarece valoarea pH-ului
are un rol important în formarea peliculelor protectoare. Un exemplu în acest caz este
hidrazina N2H4 care este un inhibitor perfect şi foarte eficace al coroziunii pentru toate
metalele dar şi un agent de conservare chiar în prezenţa oxigenului.


Protecția activă
b3) Metode electrochimice
Procedeul de protecţie electrochimică împotriva coroziunii se bazează pe
crearea unei pile în care metalul de protejat are rol de catod.
Metodele de protecţie electrochimică se aplică în special construcţiilor
metalice subterane şi a celor care vin în contact direct cu apa de mare.
Protecţia catodică cu sursă exterioară de curent
Această protecţie nu este folosită pe scară largă (nu se utilizează la navele
sub pavilion românesc, deoarece implică cheltuieli mari).
Principiul metodei: Instalaţia de protejat se leagă la polul negativ al unei
surse exterioare de curent continuu, iar polul pozitiv al sursei de curent se
leagă la un electrod auxiliar, închizându-se un circuit electric: sursă – anod
auxiliar – electrolit – metalul care se corodează (anodul) – sursa.



8.Captura unui ecran din lecţie



9.Concluzii



10.Bibliografie

1. Suport de curs Proiect POSDRU 61839
2. Lectiile digitizate din platforma AeL create in cadrul Proiectului
3.http://www.scritube.com/files/chimie/267_poze/image020.gif
4. …- A. Ţonea ş.a. - MATERII PRIME ŞI MATERIALE , Manual pentru
clasa a IX- a liceu tehnologic, Editura „ ARAMIS ”,2004
5- http://www.referat.ro/c_coroziunea_metalelor_
referate_9f14e.html
6- Imagini preluate de pe site- urile :
- www.emalion.ro/ images/img0392.png
- www.bizoo.ro/produse/ fosfat-tricalcic/start-0/10
- www.modelshop.ro/ image/Citro%201.jpg
- www.cartula.ro/galerie/ d/71500-2/final2.jpg


Vă mulţumesc!


Dobrescu Fraguta Metode electrochimice de protectie impotriva coroziunii

Recommended

Recommended

More Related Content

Viewers also liked

Viewers also liked (8)

More from Fraguta Dobrescu

More from Fraguta Dobrescu (18)

Dobrescu Fraguta Metode electrochimice de protectie impotriva coroziunii