Corrosion

modes de défaillance echanical La corrosion est décomposition des propriétés essentielles dans un matériel dû aux réactions à ses environnements. Dans le plus d'usage courant du mot, ceci signifie une perte d'un électron des métaux réagissant avec l'eau et l'oxygène . L'affaiblissement du fer dû à l'oxydation des atomes de fer est un exemple bien connu de la corrosion électrochimique . Ceci est généralement connu comme rouille . Ce type de dommages affecte habituellement les matériaux métalliques du , et produit typiquement l'oxyde (s) et/ou le sel (s) du métal original. La corrosion également inclut la dissolution des matériaux en céramique du et peut se rapporter à la décoloration et à l'affaiblissement des polymères par le la lumière ultra-violette du de s de Sun le '.

La plupart des alliages structuraux corrodent simplement de l'exposition à l'humidité à l'air , mais le processus peut être fortement affecté par exposition à certaines substances (voir ci-dessous). La corrosion peut être concentrée localement pour former un puits ou la fente, ou elle peut se prolonger à travers des zones amples pour produire la détérioration générale. Tandis que quelques efforts de réduire la corrosion réorientent simplement les dommages dans moins évident, les formes moins prévisibles, les traitements commandés de corrosion tels que la passivation et la chromate-conversion augmenteront la résistance à la corrosion d'un matériel.

Corrosion en non-métaux

La plupart des matériaux en céramique du sont presque entièrement immunisés contre la corrosion. Les liaisons ioniques et/ou covalentes fortes qui les tiennent ensemble laissent l'énergie chimique libre très petite dans la structure ; elles peuvent être considérées comme déjà corrodées. Quand la corrosion se produit, c'est presque toujours une dissolution simple de la réaction matérielle ou chimique, plutôt qu'un processus électrochimique. Un exemple commun de la protection de corrosion dans la céramique est la chaux supplémentaire au verre à chaux sodée pour réduire son hydrosolubilité ; bien qu'il ne soit pas presque aussi soluble que le silicate de sodium pur , le verre normal forme les pailles sous-microscopiques une fois exposé à l'humidité. En raison de ses pailles de la fragilité telles causer une réduction dramatique de la force d'un objet en verre pendant ses heures premières à la température ambiante.

La dégradation des matériaux polymères du est due à une grande sélection de complexe et de processus physiochimiques souvent mal compris. Ce sont de façon saisissante différents des autres processus discutés ici, et ainsi du " de limite ; corrosion" ; est seulement appliqué à eux dans un sens lâche du mot. En raison de leur grand poids moléculaire, l'entropie très petite peut être gagnée en mélangeant une masse indiquée de polymère à une autre substance, les rendant généralement tout à fait difficiles à se dissoudre. Tandis que la dissolution est un problème dans quelques applications de polymère, il est relativement simple de concevoir contre. Un problème plus commun et plus relatif est le gonflement de , où les petites molécules infiltrent la structure, réduisant la force et la rigidité et causant un changement de volume. Réciproquement, beaucoup de polymères (vinyle notamment flexible ) sont intentionnellement gonflés avec les plastifiants qui peuvent être lixiviés hors de la structure, entraînant la fragilité ou d'autres changements indésirables. La forme la plus commune de dégradation, cependant, est une diminution de la portée de polymère. Les mécanismes qui cassent des chaînes de polymère sont bien connus aux biologistes en raison de leur effet sur ADN : Rayonnements ionisants ionisants (le plus généralement lumière ultra-violette de ), radicaux libres et oxydants tel que l'oxygène , ozone , et chlore . Les additifs peuvent ralentir ces derniers de processus très effectivement, et peuvent être aussi simples qu'un colorant de UV-absorption (c., bioxyde titanique de ou noir de charbon ). Les sacs à provisions en plastique souvent n'incluent pas ces additifs de sorte qu'ils décomposent plus facilement comme civière .

Corrosion des verres

La corrosion des verres de silicate dans les solutés est régie par deux mécanismes : Diffusion - dissolution hydrolytique de de lixiviation commandée (échange ionique) et de réseau en verre. Les deux mécanismes de corrosion dépendent fortement du pH d'entrer en contact avec la solution : le taux d'échange ionique diminue avec le pH comme 10^-0.5pH tandis que le taux de dissolution hydrolytique augmente avec le pH à mesure que 10^0.5pH

Numériquement des taux de corrosion de verres sont caractérisés par des taux de corrosion normalisés des éléments NR_i (g/cm² d) qui sont déterminés comme le rapport du montant total d'espèces libérées dans l'eau M_i (G) à la superficie eau-prenante contact avec S (cm²), de la période du contact t (jours) et de la teneur en fraction de poids de l'élément dans le verre f_i :

NR_i=M_i/S·f_i·t

Le taux de corrosion global est une somme de contributions des deux mécanismes (lixiviant + dissolution) NR_i=Nrx_i+NRh. la lixiviation Diffusion-commandée (échange ionique) est caractéristique de la phase initiale de la corrosion et implique le remplacement des ions d'alcali dans le verre par un ion du hydronium (H₃O⁺) de la solution. Elle cause un épuisement ion-selective des couches extérieures proches de verres et donne une dépendance inverse de racine carrée du taux de corrosion avec la durée d'exposition. La diffusion a commandé normalisé lixiviant le taux de cations des verres (g/cm² d) est donné par :

NRx_i=2·ρ·(D_i/π·t)^1/2

là où t est temps, D_i est le coefficient de diffusion efficace de cation de je-Th (cm²/d), en tant que lequel dépend du pH d'entrer en contact avec l'eau D_i = D_i0·10^-pH, et ρ est la densité du verre (g/cm³). La dissolution en verre de réseau est caractéristique des phases postérieures de la corrosion et cause un dégagement conforme des ions dans la solution de l'eau à un taux indépendant du temps dans les solutions diluées (g/cm² d) :

NRh=ρr_h,

là où r_h est le taux stationnaire de l'hydrolyse (dissolution) de du verre (cm/d). Dans les systèmes fermés la consommation des protons des augmentations de phase aqueuse le pH et les causes une transition rapide à l'hydrolyse. Toutefois davantage de saturation de silice de solution empêche l'hydrolyse et fait retourner le verre à un échange ionique, par exemple régime diffusion-commandé de la corrosion.

En conditions normales typiques les taux de corrosion normalisés de verres de silicate sont très bas et sont de l'ordre de 10^-7 - 10^-5 g/cm² D. La longévité très élevée des verres de silicate dans l'eau les rend appropriés à l'immobilisation de perte dangereuse et nucléaire.

Essais de corrosion en verre

Là existent de nombreuses procédures normalisées pour mesurer la corrosion (également appelée le la longévité chimique ) des verres dans le neutre, le de base, et les environnements acides du , dans des conditions environnementales simulées, en liquide corporel simulé, à la température et à la pression, et dans d'autres conditions.

À l'OIN 719 de procédé standard un essai de l'extraction des composés de base hydrosolubles dans des conditions neutres est décrit : 2 verres de g, μm de la dimension particulaire 300-500, sont maintenus pour la minute 60 dans 50 ml d'eau désionisée de la catégorie 2 à 98° ; Le C. 25 ml de la solution obtenue est titré contre la solution de HCL de 0. Le volume de HCL a eu besoin pour la neutralisation est enregistré et classifié après les valeurs dans la table ci-dessous.

Théorie électrochimique

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l'électrochimie L'one-way pour comprendre la structure des métaux sur la base des particules est d'imaginer une rangée d'ions positively-charged se reposant dans un " negatively-charged ; " du gaz ; des électrons libres . L'attraction de Coulombic de tient ces particules opposé-chargées ensemble, mais les ions positively-charged sont attirés négativement - aux particules chargées en dehors du métal aussi bien, comme les ions négatifs (anions ) dans un électrolyte . Pour un ion donné sur la surface d'un métal, il y a une certaine quantité d'énergie à gagner ou perdu en se dissolvant dans l'électrolyte ou en devenant une partie du métal, qui reflète atome-mesurer le conflit entre le gaz d'électrons et les anions dissous. La quantité d'énergie dépend alors fortement d'une foule de variables, y compris les types d'ions dans une solution et leurs concentrations, et du nombre d'électrons actuels sur la surface de l'en métal. Alternativement, les procédés de corrosion causent les changements électrochimiques, signifiant qu'ils affectent fortement toutes ces variables. L'interaction globale entre les électrons et les ions tend à produire un état de l'équilibre thermo-dynamique local qui peut souvent être décrit using la chimie de base et une connaissance des conditions initiales.

Série galvanique

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galvanique de la série Dans un environnement donné de saeeff (un milieu standard est aéré, l'eau de mer de température ambiante), un métal sera plus noble de ou plus de actif que prochain, basé sur la façon dont fortement ses ions sont liés sur la surface. Deux métaux en contact électrique partagent le même gaz d'électrons, de sorte que le conflit sur chaque surface soit traduit en concurrence pour les électrons libres entre les deux matériaux. Le métal noble tendra à prendre des électrons de les actifs, alors que l'électrolyte accueille un écoulement des ions dans la même direction. L'écoulement de la masse en résultant ou le courant électrique peut être mesuré pour établir une hiérarchie des matériaux dans le milieu d'intérêt. Cette hiérarchie s'appelle une série galvanique de , et peut être très une utile dans la corrosion de prévision et de compréhension.

Résistance à la corrosion

Quelques métaux sont plus intrinsèquement résistants à la corrosion que d'autres, l'un ou l'autre en raison de la nature fondamentale des processus électrochimiques impliqués ou dus aux détails de la façon dont les produits de réaction forment. Pour quelques exemples, voir la série galvanique . Si un matériel plus susceptible est employé, beaucoup de techniques peuvent être appliquées pendant la fabrication et l'utilisation d'un article de protéger ses matériaux contre des dommages.

Chimie intrinsèque

Les matériaux les plus résistants à la corrosion sont ceux pour lesquels la corrosion est le thermodynamiquement défavorable. Tous les produits de corrosion de l'or ou du platine tendent à se décomposer spontanément en métal pur, qui est pourquoi ces éléments peuvent être trouvés en forme métallique sur terre, et sont une grande partie de leur valeur intrinsèque. Un " plus commun ; base" ; des métaux peuvent seulement être protégés par des moyens plus provisoires.

Quelques métaux ont la cinétique naturellement lente de la réaction , quoique leur corrosion soit thermodynamiquement favorable. Ceux-ci incluent des métaux tels que le zinc , le magnésium , et le cadmium . Tandis que la corrosion de ces métaux est continue et continue, elle se produit à un taux acceptablement lent. Un exemple extrême est le graphite , grands nombres de de dégagements de whitch d'énergie sur l'oxydation , mais a une telle cinétique lente qu'il est effectivement immunisé contre la corrosion électrochimique dans des conditions normales.

Passivation

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la passivation Etant donné les bonnes conditions, une couche mince des produits de corrosion peut former sur une surface de l'en métal spontanément, agissant en tant que barrière davantage à d'oxydation. Quand cette couche cesse de s'élever à moins qu'un micromètre profondément dans les conditions qu'un matériel sera employé dedans, le phénomène est connu comme passivation (la rouille, par exemple, devient habituellement soit beaucoup plus épaisse, et ainsi n'est pas considérée passivation, parce que ce couche oxydée mélangée n'est pas protectrice). Tandis que cet effet est dans un certain sens une propriété du matériel, il sert de barrière cinétique indirecte : la réaction est souvent tout à fait rapide à moins qu'et jusqu'à ce qu'une couche imperméable forme. La passivation dans l'air et l'eau au modéré pH est vue en des matériaux tels que l'aluminium , l'acier inoxydable , le titane , et le silicium .

Ces conditions exigées pour la passivation sont spécifiques au matériel. L'effet du pH est enregistré using les diagrammes de Pourbaix de mais beaucoup d'autres facteurs sont influents. Quelques conditions qui empêchent la passivation incluent : élevé pH pour l'aluminium, de pH faible ou la présence des ions du chlorure pour l'acier inoxydable, à hautes températures pour le titane (dans ce cas l'oxyde se dissout dans le métal, plutôt que l'électrolyte) et les ions du fluorure pour le silicium. D'une part, les conditions parfois peu communes peuvent apporter sur la passivation en matériaux qui sont normalement non protégés, comme l'environnement alkalin du concret fait pour le Rebar en acier du . L'exposition à un métal liquide tel que le mercure ou la soudure chaude peut souvent éviter des mécanismes de passivation.

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Enduits appliqués

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la galvanisation L'électrodéposition , la peinture et l'application de l'émail sont les traitements anti-corrosifs les plus communs. Elles fonctionnent à côté de fournir une barrière de matériel résistant à la corrosion entre l'environnement préjudiciable et (souvent meilleur marché, plus dur, et/ou facile-à-processus) le matériel structural. Hormis des issues de produit de beauté et de fabrication, il y a des différences dans la flexibilité mécanique contre la résistance à l'abrasion et à la température. Les électrodépositions échouent habituellement seulement dans de petites sections, et si l'électrodéposition est plus noble que le substrat (par exemple, chrome sur acier ), un couple galvanique feront corroder n'importe quel secteur exposé beaucoup plus rapidement qu'une surface unplated. Que, il est souvent sage plaque avec un métal plus actif tel que le zinc ou le cadmium.

Enduits réactifs

Si l'environnement est commandé (particulièrement en recyclant des systèmes), les inhibiteurs de corrosion peuvent souvent être ajoutés à lui. Ceux-ci forment électriquement une isolation et/ou un enduit chimiquement imperméable sur les surfaces exposées en métal, pour supprimer des réactions électrochimiques. De telles méthodes rendent évidemment le système moins sensible aux éraflures ou les défauts dans l'enduit, puisque des inhibiteurs supplémentaires peuvent être faits là où à métal disponible devient exposé. Les produits chimiques qui empêchent la corrosion incluent certains des sels dans l'eau calcareuse (les circuits de refroidissement romains sont célèbres pour leurs dépôts de minérai ), les phosphates des chromates et un éventail de produits chimiques spécial-conçus qui ressemblent aux agents tensio-actifs (c. molécules organiques à longue chaîne de avec les groupes ioniques d'extrémité).

Anodisation

voient également : anodisant le

Les alliages d'aluminium suivent souvent un traitement extérieur. Des conditions électrochimiques dans le bain sont soigneusement ajustées de sorte que l'uniforme étudie à fond plusieurs nanomètres de que apparaissent au loin dans le métal à pellicule d'oxyde. Ces pores permettent à l'oxyde de se développer beaucoup plus épais que la passivation des conditions laisserait. À la fin du traitement, on permet aux les pores de sceller, formant une couche extérieure dur-que-habituelle. Si cet enduit est rayé, les processus normaux de passivation succèdent pour protéger le secteur endommagé.

Coffrage commandé de perméabilité

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commandé du coffrage de perméabilité à Le coffrage commandé de perméabilité (CPF) est une méthode d'empêcher la corrosion du renfort en augmentant naturellement la longévité de la couverture pendant le placement concret. CPF a été employé dans les environnements pour combattre les effets de la carbonation , du gel des chlorures et de l'abrasion.

Protection cathodique

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la protection cathodique La protection cathodique (CP) est une technique pour commander la corrosion d'une surface en métal par la fabrication cette surface de la cathode d'une cellule électrochimique .

C'est une méthode employée pour protéger des structures en métal contre la corrosion. Les systèmes de protection cathodique sont les plus utilisés généralement pour protéger l'acier , l'eau, et les canalisations de carburant et les réservoirs ; le en acier de pilier empile , bateaux, et plateformes pétrolières en mer du

Pour le CP efficace, le potentiel de la surface en acier est plus négatif (poussé) polarisé jusqu'à ce que la surface en métal ait un potentiel uniforme. Avec un potentiel uniforme, la force d'entraînement pour la réaction de corrosion est arrêtée. Pour les systèmes galvaniques de CP, le matériel d'anode corrode sous l'influence de l'acier, et par la suite il doit être remplacé. La polarisation est provoquée par l'écoulement courant de l'anode à la cathode, conduite par la différence dans le potentiel électrochimique entre l'anode et la cathode.

Pour de plus grandes structures, les anodes galvaniques ne peuvent pas économiquement fournir assez de courant pour assurer la protection complète. Le a impressionné les anodes courantes d'utilisation de systèmes de la protection cathodique (ICCP) reliées à une source d'énergie de C.C (un redresseur de protection cathodique de ). Les anodes pour des systèmes d'ICCP sont des formes tubulaires et pleines de tige de divers matériaux spécialisés. Celles-ci incluent le haut fer de fonte de du silicium , le graphite , l'oxyde mélangé de en métal ou la tringle à vêtements et les fils de titane enduits par de platine de ou de niobium .

Corrosion en matériaux passivés

La passivation est extrêmement utile en allégeant des dommages de corrosion, mais le soin doit être pris pour ne pas leur faire confiance trop complètement. Même un alliage de haute qualité corrodera si sa capacité de former un film de passivation est gênée. Puisque les modes en résultant de la corrosion sont plus exotiques et leurs résultats immédiats sont moins évidents que la rouille et toute autre corrosion en bloc, ils souvent échappent à la notification et posent des problèmes parmi ceux qui ne sont pas familiarisés avec elles.

Corrosion piquetée

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la corrosion piquetée Certaines conditions, telles que de basses concentrations de l'oxygène ou concentrations élevées des espèces telles que le chlorure qui concurrencent pendant que les anions peuvent interférer la capacité d'un alliage donné de reformer un film de passivation. Dans le pire des cas, presque toute les surface demeurera protégée, mais les fluctuations locales minuscules dégraderont l'à pellicule d'oxyde à quelques points critiques. La corrosion à ces points sera considérablement amplifiée, et peut causer les puits de corrosion de de plusieurs types, selon des conditions. Tandis que la corrosion pique seulement le nucléé dans des circonstances assez extrêmes, elles peuvent continuer à se développer même lorsque les conditions reviennent à la normale, puisque l'intérieur d'un puits est naturellement privé de l'oxygène. Dans des cas extrêmes, les bouts pointus extrêmement de long et étroit peuvent causer la concentration de contrainte au point que les alliages autrement durs peuvent briser, ou une couche mince percée par un trou invisiblement petit peut cacher un puits classé par pouce de la vue. Ces problèmes sont particulièrement dangereux parce qu'il est difficile les détecter avant qu'un de pièce ou de structure échoue . Le dénoyautage reste parmi les formes les plus communes et les plus préjudiciables de corrosion en alliages passivés, mais il peut être empêché par la commande de l'environnement de l'alliage, qui inclut souvent s'assurer que le matériel est exposé à l'oxygène uniformément (c., éliminant des crevasses).

Affaiblissement de soudure et attaque knifeline

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la corrosion intergranulaire L'acier inoxydable peut lancer des défis spéciaux de corrosion, puisque son comportement de passivation se fonde sur la présence d'un composant d'alliage mineur (chrome , en général seulement 18% de ). En raison des températures elevated de la soudure ou pendant le traitement thermique inexact , les carbures de de chrome peut former dans les joints de grain des alliages inoxidables. Cette réaction chimique vole le matériel le chrome dans la zone près du joint de grain, rendant ces secteurs beaucoup moins résistants à la corrosion. Ceci crée un couple galvanique avec l'alliage bien-protégé tout près, qui mène à l'affaiblissement de soudure de (la corrosion des joints de grain près du soude ) dans les environnements fortement corrosifs. Alliages spéciaux, avec le contenu à faible teneur en carbone ou avec le " supplémentaire de carbone ; Quot des acquéreurs ; comme le titane et le niobium (dans types 321 et 347, respectivement), peut empêcher cet effet, mais ce dernier exigent le traitement thermique spécial après soudure pour empêcher le phénomène semblable de l'attaque knifeline de . Pendant que son nom s'applique, ceci est limité à une petite zone, souvent seulement quelques micromètres à travers, qui le fait procéder plus rapidement. Cette zone est très près de la soudure, lui faisant même moins de noticeable¹.

Corrosion de crevasse

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la corrosion de crevasse La corrosion de crevasse est une corrosion se produisant dans les espaces auxquels l'accès du fluide de fonctionnement de l'environnement est limité. Ces espaces s'appellent généralement les crevasses. Les exemples des crevasses sont des lacunes et des secteurs de contact entre les pièces, sous des garnitures ou scellent, les fissures et les coutures intérieures, les espaces remplis de dépôts et sous des piles de cambouis.

Corrosion galvanique

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la corrosion galvanique La corrosion galvanique se produit quand deux métaux différents se contactent électriquement et sont immergés dans un électrolyte . Pour que la corrosion galvanique se produise, un chemin électriquement conducteur et un chemin ionically conducteur sont nécessaires. Ceci effectue un couple galvanique où le métal plus actif corrode à un taux accéléré et plus de métal noble du corrode à un taux retardé. Une fois immergé, ni l'un ni l'autre métal ne corroderait normalement en tant que rapidement sans raccordement électriquement conducteur (habituellement par l'intermédiaire d'un fil ou d'un contact direct). La corrosion galvanique est souvent utilisée dans des anodes sacrificatoires quel type de métaux à employer est aisément déterminé en suivant la série galvanique . Par exemple, le zinc est employé souvent comme anode sacrificatoire pour les structures métalliques, telles que des canalisations ou des navires accouplés. La corrosion galvanique est d'intérêt principal à l'industrie marine et arrose également n'importe où peut entrer en contact avec des pipes ou des structures en métal.

Les facteurs tels que la taille relative de l'anode (plus petite est généralement moins souhaitable), dactylographie du métal, et les conditions de fonctionnement (la température, humidité, salinité, &c. ) affecteront la corrosion galvanique. Le rapport de superficie de l'anode et de la cathode affectera directement les taux de corrosion des matériaux.

Corrosion microbienne

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microbien de la corrosion La corrosion microbienne , ou la corrosion bactérienne, est une corrosion causée ou favorisé par le Chemoautotrophs des micro-organismes habituellement il peut s'appliquer aux métaux et aux matériaux non métalliques, en présence et manque de l'oxygène . les bactéries de Sulfate-réduction sont communes dans le manque de l'oxygène ; elles produisent le sulfure d'hydrogène , causant la fissuration d'effort de sulfure . En présence de l'oxygène, quelques bactéries oxydent directement le fer aux oxydes et aux hydroxydes de fer, d'autres bactéries oxydent le soufre et produisent l'acide sulfurique causant à la corrosion biogénique de sulfure. Les cellules de concentration peuvent former dans les dépôts des produits de corrosion, causant et augmentant le la corrosion galvanique .

Corrosion à hautes températures

La corrosion à hautes températures est détérioration chimique d'un matériel (typiquement un métal) dans des conditions très à hautes températures. Cette forme non-galvanique de corrosion peut se produire quand un métal est sujet à une atmosphère à hautes températures contenant l'oxygène, soufre ou autre compose capable d'oxyder (ou d'aider l'oxydation de) le matériel concerné. Par exemple, les matières employées dans l'espace, production d'électricité et même dans des moteurs de voiture doivent résister à des périodes soutenues à température élevée dans laquelle elles peuvent être exposées à une atmosphère contenant les produits de la combustion potentiellement fortement corrosifs.

Les produits de la corrosion à hautes températures peuvent potentiellement être tournés à l'avantage de l'ingénieur. La formation des oxydes sur les aciers inoxydables, par exemple, peut fournir une couche protectrice empêchant davantage d'attaque atmosphérique, laissant pour qu'un matériel soit employé pendant des périodes soutenues à la pièce et à la température élevée dans des conditions hostiles. De tels produits de corrosion à hautes températures sous forme de ont rendu des lustres compacts de couche d'oxyde que ont été également montrés pour empêcher ou réduire l'usage pendant le contact glissant à hautes températures des surfaces métalliques (ou métalliques et en céramique).

Impact économique

L'administration fédérale de route de des USA a libéré une étude, autorisee des coûts de corrosion de et des stratégies préventives aux Etats-Unis, en 2002 sur les coûts directs liés à la corrosion métallique dans presque chaque secteur industriel des États-Unis. L'étude a montré que cela pour 1998 tout le coût estimatif direct annuel de corrosion aux États-Unis était approximativement $276 milliards (approximativement 3.1% du produit intérieur brut des USA). Nombre de rapport de FHWA : FHWA-RD-01-156. Le site Web international du la NACE a une présentation récapitulative des résultats de rapport. Jones¹ écrit que des causes électrochimiques de corrosion entre $8 milliard et $128 milliards dans des dommages économiques par an dans les seuls, dégradants structures des Etats-Unis, machines, et récipients.

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