Tipi e metodi di corrosione. Cos'è la corrosione chimica e come eliminarla? Per la natura degli impatti aggiuntivi

Tutti noi incontriamo periodicamente vari tipi di corrosione nella nostra vita. È presente corrosione del metallo, del cemento e di alcuni tipi di plastica. Per imparare come affrontare adeguatamente la corrosione, devi prima capire cos'è la corrosione.

La corrosione è la distruzione di corpi solidi causata da processi chimici ed elettrochimici che si sviluppano sulla superficie del corpo durante la sua interazione con l'ambiente esterno. Anche la parola stessa corrosione deriva dal tardo latino corrosio - corrodere. La corrosione dei metalli provoca danni particolari. Il tipo di corrosione più comune e familiare a tutti noi è la ruggine del ferro. Il termine "corrosione" si applica ai metalli, al cemento, ad alcune plastiche e ad altri materiali. Oltre alla corrosione, le strutture metalliche (in particolare quelle edili) sono soggette a erosione: distruzione della superficie del materiale sotto l'influenza di sollecitazioni meccaniche. L'erosione è causata dalla pioggia, dai venti, dalla polvere di sabbia e da altri fattori naturali. Pertanto gli archi dei ponti, le capriate degli edifici e altre strutture devono essere protetti in modo completo. Pertanto, la corrosione è un'interazione fisica e chimica di un metallo con il suo ambiente, che porta alla distruzione del metallo. Come risultato della corrosione, i metalli si trasformano in composti stabili: ossidi o sali, nella forma in cui si trovano in natura. La corrosione consuma fino al 10% del metallo prodotto nel paese. È difficile tenere conto delle maggiori perdite indirette derivanti dai tempi di fermo e dalla diminuzione della produttività delle apparecchiature soggette a corrosione, dall'interruzione del normale corso dei processi tecnologici, dagli incidenti causati dalla diminuzione della resistenza delle strutture metalliche, ecc.

Perché la corrosione si chiama corrosione?

La parola corrosione deriva dal latino “corrodo” - “rosicchiare”. Alcune fonti si riferiscono al tardo latino “corrosio” - “corrosione”. I concetti di “corrosione” e “ruggine” non devono essere confusi. Se la corrosione è un processo, la ruggine è uno dei suoi risultati. Questa parola si applica solo al ferro, che fa parte dell'acciaio e della ghisa. Nel seguito con il termine “corrosione” si intenderà la corrosione dei metalli. Secondo lo standard internazionale ISO8044 Per corrosione si intende un'interazione fisico-chimica o chimica tra un metallo (lega) e l'ambiente, che porta al deterioramento delle proprietà funzionali del metallo (lega), dell'ambiente o al loro inclusione sistema tecnico. La RUGGINE è uno strato di ossidi di ferro parzialmente idratati che si formano sulla superficie del ferro e di alcune sue leghe a seguito della corrosione. Calcestruzzo, pietra da costruzione, legno, altri materiali; La corrosione dei polimeri è chiamata degradazione.

L'ambiente in cui il metallo si corrode (corrode) è chiamato ambiente corrosivo o aggressivo. Nel caso dei metalli, quando si parla di corrosione, si intende il processo indesiderato di interazione del metallo con l'ambiente.

L'essenza fisico-chimica dei cambiamenti che il metallo subisce durante la corrosione è l'ossidazione del metallo. Qualsiasi processo di corrosione è multistadio:

1. È necessario fornire il mezzo corrosivo o i suoi singoli componenti alla superficie metallica.
2. Interazione dell'ambiente con il metallo.
3. Rimozione completa o parziale dei prodotti dalla superficie metallica (nel volume del liquido, se il mezzo è liquido).

È noto che la maggior parte dei metalli (eccetto Ag, Pt, Cu, Au) si trovano in natura allo stato ionico: ossidi, solfuri, carbonati, ecc., solitamente chiamati minerali metallici. Lo stato ionico è più favorevole; è caratterizzato da una minore energia interna. Ciò è evidente nella produzione di metalli dai minerali e nella loro corrosione. L'energia assorbita durante la riduzione del metallo dai composti indica che il metallo libero ha un'energia maggiore rispetto al composto metallico. Ciò porta al fatto che il metallo a contatto con un ambiente corrosivo tende a spostarsi in uno stato energeticamente favorevole con una minore riserva di energia. Cioè, possiamo dire che la causa principale della corrosione è l'instabilità termodinamica di un sistema costituito da metallo e componenti dell'ambiente circostante (corrosivo). Una misura dell'instabilità termodinamica è l'energia libera rilasciata quando il metallo interagisce con questi componenti. Ma l’energia libera di per sé non determina ancora la velocità del processo di corrosione, cioè il valore più importante per valutare la resistenza alla corrosione di un metallo. In alcuni casi, gli strati di adsorbimento o di fase (film) che compaiono sulla superficie del metallo a seguito dell'inizio del processo di corrosione, formano una barriera così densa e impenetrabile che la corrosione si arresta o viene fortemente inibita. Pertanto, in condizioni operative, un metallo con maggiore affinità per l'ossigeno può rivelarsi più stabile, non meno (ad esempio, l'energia libera di formazione dell'ossido per Cr o Al è maggiore che per Fe, e spesso sono superiori a Fe in resistenza).

Classificazione dei processi di corrosione

A seconda del tipo (natura geometrica) dei danni da corrosione sulla superficie o nel volume del metallo.

Si chiama corrosione che interessa l'intera superficie di un metallo solido. È diviso in uniforme E irregolare, a seconda che la profondità della distruzione dovuta alla corrosione sia la stessa aree diverse. A Locale Il danno da corrosione è locale e lascia praticamente inalterata una parte significativa (a volte schiacciante) della superficie. A seconda del grado di localizzazione, ci sono macchie di corrosione, ulcere e macchie (vaiolature). Possono dar luogo lesioni puntiformi sottosuperficie corrosione che si diffonde lateralmente sotto uno strato di metallo molto sottile (ad esempio rivettato), che poi si forma bolle o si stacca. I tipi più pericolosi di corrosione locale sono intercristallino (intercristallino), che, senza distruggere i grani metallici, si muove più in profondità lungo i loro confini meno stabili, e transcristallino, che taglia il metallo con una fessura direttamente attraverso i grani. Non lasciando quasi segni visibili sulla superficie, queste lesioni possono portare alla completa perdita di resistenza e alla distruzione della parte o della struttura. Vicino a loro nel carattere coltello corrosione, come un coltello che taglia il metallo longitudinalmente saldare quando si utilizzano alcune leghe in soluzioni particolarmente aggressive. A volte sono appositamente assegnati filiforme superficiale sviluppo di corrosione, ad esempio, sotto rivestimenti non metallici, e strato dopo strato la corrosione procede prevalentemente nella direzione della deformazione plastica. Specifica elettorale corrosione, in cui anche i singoli componenti di soluzioni solide possono dissolversi selettivamente nella lega (ad esempio dezincificazione dell'ottone).

Secondo il meccanismo di reazione dell'interazione del metallo con l'ambiente (corrosione chimica ed elettrochimica).

La corrosione lo è chimico, se, dopo la rottura di un legame metallico, gli atomi del metallo sono direttamente collegati da un legame chimico con quegli atomi o gruppi di atomi che fanno parte degli agenti ossidanti che portano via gli elettroni di valenza del metallo. La corrosione chimica è possibile in qualsiasi ambiente corrosivo, ma molto spesso si osserva nei casi in cui l'ambiente corrosivo non è un elettrolita (corrosione da gas, corrosione in liquidi organici non conduttivi). La sua velocità è spesso determinata dalla diffusione delle particelle metalliche e dell'ossidante attraverso la pellicola superficiale dei prodotti della corrosione (ossidazione ad alta temperatura della maggior parte dei metalli da parte dei gas), talvolta dalla dissoluzione o evaporazione di questa pellicola (ossidazione ad alta temperatura di W o Mo), il suo cracking (ossidazione di Nb ad alte temperature) e occasionalmente per cessione convettiva dell'agente ossidante dall'ambiente esterno (a concentrazioni molto basse).

La corrosione lo è elettrochimico se, uscendo dal reticolo metallico, il catione risultante entra in contatto non con l'agente ossidante, ma con altri componenti dell'ambiente corrosivo; gli elettroni vengono trasferiti all'agente ossidante, che vengono rilasciati durante la formazione del catione. Tale processo è possibile nei casi in cui nell'ambiente sono presenti due tipi di reagenti, di cui alcuni (solvatanti o complessanti) sono in grado di combinarsi con legami stabili con un catione metallico senza la partecipazione dei suoi elettroni di valenza, mentre altri (agenti ossidanti ) può attaccare gli elettroni di valenza del metallo senza trattenere i cationi intorno a te. Soluzioni o fusioni di elettroliti, dove i cationi solvatati mantengono una mobilità significativa, hanno proprietà simili. Pertanto, durante la corrosione elettrochimica, la rimozione di un atomo dal reticolo metallico (che è l'essenza di qualsiasi processo di corrosione) viene effettuata come risultato di due processi elettrochimici indipendenti, ma accoppiati e interconnessi: anodico - la transizione dei cationi metallici solvatati in soluzione e ossidante legante catodico degli elettroni rilasciati. Ne consegue che il processo di corrosione elettrochimica può essere rallentato non solo inibendo direttamente il processo anodico, ma anche influenzando la velocità di quello catodico. I due processi catodici più comuni sono: scarica di ioni idrogeno (2 e+ 2H + = H 2) e riduzione dell'ossigeno disciolto (4 e+ O2 + 4H + = 2H2O o 4 e+ O 2 + 2H 2 O = 4OH -), che sono spesso chiamate rispettivamente depolarizzazione dell'idrogeno e dell'ossigeno.

I processi anodici e catodici, con una o un'altra probabilità e in un ordine o nell'altro, avvengono in qualunque punto della superficie metallica dove cationi ed elettroni possono interagire con i componenti dell'ambiente corrosivo. Se la superficie è omogenea, i processi catodici e anodici sono ugualmente probabili su tutta la sua area; in un caso ideale del genere, la corrosione è detta elettrochimica omogenea (notando così l'assenza di qualsiasi eterogeneità nella distribuzione di probabilità dei processi elettrochimici in qualsiasi punto della superficie, il che, ovviamente, non esclude l'eterogeneità termodinamica delle fasi interagenti) . In realtà, ci sono aree sulle superfici metalliche con diverse condizioni per la consegna dei componenti reagenti, con diversi stati energetici degli atomi o con diverse impurità. In tali aree, i processi anodici o catodici possono verificarsi in modo più vigoroso e la corrosione diventa elettrochimica eterogenea.

Per tipo di ambiente corrosivo

Alcuni ambienti corrosivi e la distruzione che provocano sono così caratteristici che anche i processi di corrosione che si verificano in essi vengono classificati con il nome di questi ambienti.

Di norma, i prodotti e le strutture in metallo sono esposti a molti tipi di corrosione: in questi casi si parla dell'azione della cosiddetta corrosione mista.

Corrosione da gas– corrosione in ambiente gassoso ad alte temperature.

Corrosione atmosferica– corrosione dei metalli in condizioni atmosferiche con umidità sufficiente a formare un film elettrolitico sulla superficie metallica (soprattutto in presenza di gas aggressivi o aerosol di acidi, sali, ecc.). Una caratteristica della corrosione atmosferica è la forte dipendenza della sua velocità e del suo meccanismo dallo spessore dello strato di umidità sulla superficie metallica o dal grado di umidità dei prodotti della corrosione risultanti.

Corrosione liquida– corrosione in mezzi liquidi. A seconda delle condizioni di esposizione del mezzo liquido al metallo, questo tipo di corrosione è anche caratterizzato come corrosione in immersione completa, in immersione parziale, in immersione variabile, che hanno le loro caratteristiche caratteristiche.

Corrosione sotterranea– corrosione del metallo nei terreni e nei terreni. Una caratteristica della corrosione sotterranea è la grande differenza nella velocità di apporto di ossigeno (il principale depolarizzatore) alla superficie delle strutture sotterranee in diversi terreni (decine di migliaia di volte).

Per la natura degli impatti aggiuntivi

La tensocorrosione si sviluppa nell'area dei carichi meccanici di trazione o flessione, nonché di deformazioni residue o sollecitazioni termiche e, di regola, porta a fenomeni transcristallini fessurazione per corrosione, a cui sono soggetti, ad esempio, cavi d'acciaio e molle in condizioni atmosferiche, acciai al carbonio e inossidabili nelle centrali elettriche a vapore, leghe di titanio ad alta resistenza nell'acqua di mare, ecc. Sotto carichi alternati, può manifestarsi la fatica da corrosione, espressa in una diminuzione più o meno brusca del limite di fatica della metallo in presenza di un ambiente corrosivo. Erosione per corrosione(o corrosione dovuta all'attrito) è l'usura accelerata del metallo sotto l'influenza simultanea di fattori corrosivi e abrasivi che si rafforzano reciprocamente (attrito radente, flusso di particelle abrasive, ecc.). Imparentato con lei cavitazione la corrosione si verifica durante le modalità di cavitazione del flusso di un mezzo aggressivo attorno al metallo, quando la continua comparsa e il "collasso" di piccole bolle di vuoto crea un flusso di shock microidraulici distruttivi che colpiscono la superficie metallica. Si può considerare una varietà simile agitazione- corrosione osservata nei punti di contatto tra parti fortemente compresse o rotolanti, se si verificano spostamenti di taglio microscopici tra le loro superfici a causa delle vibrazioni.

Una perdita corrente elettrica attraverso il confine del metallo con l'ambiente aggressivo provoca, a seconda della natura e della direzione della perdita, ulteriori reazioni anodiche e catodiche che possono portare direttamente o indirettamente ad una distruzione accelerata locale o generale del metallo (corrosione corrente vagante). Una distruzione simile, localizzata vicino al contatto, può essere causata dal contatto nell'elettrolita di due metalli diversi che formano una cella galvanica chiusa - contatto corrosione. Negli spazi stretti tra le parti, così come sotto un rivestimento allentato o un accumulo, dove l'elettrolita penetra, ma l'accesso dell'ossigeno necessario per la passivazione del metallo è difficile, può svilupparsi scanalato corrosione in cui la dissoluzione del metallo avviene principalmente nella fessura e accanto ad essa si verificano reazioni catodiche parzialmente o completamente sulla superficie aperta.

È anche consuetudine evidenziare biologico corrosione che si verifica sotto l'influenza di prodotti di scarto di batteri e altri organismi, e radiazione corrosione - se esposto a radiazioni radioattive.

Indicatore del tasso di corrosione

Per stabilire la velocità di corrosione di un metallo in un dato ambiente, vengono solitamente effettuate osservazioni sui cambiamenti nel tempo di alcune caratteristiche che riflettono oggettivamente un cambiamento nelle proprietà del metallo. I seguenti indicatori vengono spesso utilizzati nella pratica della corrosione.

Indicatore di cambiamento di massa

L'indicatore di variazione di massa è la variazione della massa del campione a seguito della corrosione, per unità di superficie metallica S e per unità di tempo (ad esempio, g/m·h).

A seconda delle condizioni di corrosione, ci sono:

1. indicatore negativo del cambiamento di massa
Km=
dove m è la perdita di massa metallica durante la corrosione dopo la rimozione dei prodotti della corrosione.

2. indicatore positivo della variazione di massa K+m=
dove m è l’aumento della massa metallica nel tempo dovuto alla crescita di un film di prodotti della corrosione.

Se si conosce la composizione dei prodotti della corrosione, è possibile convertire da K a K e viceversa K-m= K+m (nok A Me / n Me Aok)
dove A e M sono rispettivamente la massa atomica e molecolare di Me e dell'agente ossidante; n e n sono la valenza del metallo e dell'agente ossidante in un ambiente ossidante.

Indice di corrosione volumetrico

K è il volume di gas V assorbito o rilasciato durante il processo per unità di superficie metallica e unità di tempo (ad esempio cm/cm h).
K=vol. V/s
il volume del gas di solito porta a condizioni normali.
In relazione alla corrosione elettrochimica, quando il processo di depolarizzazione catodica viene effettuato a causa della scarica di ioni idrogeno, ad esempio secondo lo schema 2H + 2 e= H, ovvero ionizzazione delle molecole di ossigeno O+4 e+2HO = 4OH; vengono inseriti rispettivamente gli indicatori di ossigeno (K) e idrogeno (K).
L'indice di corrosione dell'idrogeno è il volume di H rilasciato durante il processo di corrosione, riferito a Su.
L'indice di corrosione dell'ossigeno è il volume di O assorbito nel processo, denominato Su.

Indicatore di resistenza

La variazione della resistenza elettrica di un campione di metallo durante un certo tempo di prova può essere utilizzata anche come indicazione della corrosione (K).
ÚR = (R/Ro) 100% per il tempo t
dove Ro e R sono rispettivamente la resistenza elettrica del campione prima e dopo la corrosione.
Questo metodo presenta qualche inconveniente: lo spessore del metallo deve essere lo stesso durante tutta la prova, e per questo motivo molto spesso viene determinata la resistività, ad es. variazione della resistenza elettrica per unità di area del campione (cm, mm) con una lunghezza pari a un'unità. Questo metodo ha dei limiti di applicazione (per lamiere non più di 3 mm). I dati più accurati si ottengono per i campioni di filo. Questo metodo non è adatto per giunti saldati.

Indicatore di corrosione meccanica

Un cambiamento in qualsiasi proprietà del metallo durante la corrosione. Le modifiche alla resistenza alla trazione vengono utilizzate relativamente spesso. indicatore di forza questo è espresso come:
Ko = (in/in) 100% per il tempo t
dove c è la variazione della resistenza a trazione dopo la corrosione del campione nel tempo; in – resistenza finale prima della corrosione.

Indice di corrosione in profondità

K – profondità di distruzione del metallo P per unità di tempo (ad esempio mm/anno).
La profondità della distruzione della corrosione P può essere media o massima. L'indice di corrosione profonda può essere utilizzato per caratterizzare la corrosione sia uniforme che irregolare (anche locale) dei metalli. È utile per confrontare la velocità di corrosione di metalli con densità diverse. Il passaggio da massa, corrente e volume alla profondità è possibile con corrosione uniforme.

Corrosione(dal latino corrosio - corrosione) è la distruzione spontanea dei metalli a seguito dell'interazione chimica o fisico-chimica con l'ambiente. In generale, si tratta della distruzione di qualsiasi materiale, sia esso metallo o ceramica, legno o polimero. La causa della corrosione è l'instabilità termodinamica dei materiali strutturali per gli effetti delle sostanze presenti nell'ambiente a contatto con essi.

Un esempio è la corrosione da parte dell'ossigeno del ferro nell'acqua: 4Fe + 6H2O + 3O2 = 4Fe(OH)3. L'idrossido di ferro idrato Fe(OH)3 è ciò che viene chiamato ruggine.

Meccanismo di corrosione dell'auto

Prima di provare a proteggersi dalla corrosione, è necessario rispondere alla domanda su cosa sia la corrosione dei metalli. Nella vita di tutti i giorni la corrosione è la comparsa di ruggine sulla superficie di un metallo. Quali sono i principali meccanismi di formazione della ruggine?

Bisogna riconoscere che fino ad oggi non esiste una risposta completa a questa domanda, e i risultati delle ricerche in corso mostrano che il processo di corrosione è molto complesso, poiché il suo verificarsi è influenzato da un gran numero di fattori: la composizione chimica del metallo, l’ambiente in cui si trova, temperatura, pressione, presenza di gas ecc. Per questo motivo il libro contiene solo le informazioni più basilari della teoria della corrosione, la cui conoscenza è necessaria per la corretta protezione della carrozzeria dell'auto. Il lettore può acquisire una comprensione più completa dei meccanismi di corrosione dalla letteratura consigliata.

La corrosione del ferro (cioè questo è il processo che considereremo più avanti) si verifica se sono presenti almeno altri due componenti: un elettrolita, con il quale confina il ferro, e un altro conduttore, anch'esso confinante con l'elettrolita. In condizioni normali, l'elettrolita è costituito da acqua piovana, umidità atmosferica, neve e sporco stradale. Il secondo conduttore rispetto alla carrozzeria dell'auto è molto spesso la superficie terrestre, l'atmosfera o qualche altro conduttore esterno situato vicino all'auto. Due conduttori (che in questo caso si chiamano elettrodi) immersi in un elettrolita formano una cosiddetta cella galvanica. La proprietà principale di una cella galvanica è che se gli elettrodi sono realizzati con metalli diversi, tale elemento è una fonte di tensione. In questo caso l'elettrodo positivo si chiama anodo; l'elettrodo negativo si chiama catodo.

Prova un semplice esperimento. Sciogliere un cucchiaio di sale da cucina in un bicchiere di acqua tiepida e abbassare due piatti: uno di rame e l'altro di acciaio. La fonte di tensione più semplice è pronta. Utilizzando un voltmetro, puoi facilmente verificare che la cella galvanica crea una piccola tensione inferiore a mezzo volt. Se continui l'esperimento per diversi giorni, noterai come inizierà ad apparire la ruggine sulla superficie dell'acciaio. Questo semplice esperimento dimostra chiaramente il meccanismo della corrosione del metallo. La spiegazione di questo meccanismo è la seguente.

Dal corso di fisica è noto che i conduttori sono caratterizzati dalla capacità di rilasciare elettroni nell'ambiente esterno. Si può chiaramente immaginare che ogni conduttore sia circondato da una nuvola di elettroni che, sotto l'influenza dell'energia termica, volano fuori da esso e quindi, se nulla interferisce con loro, ritornano al conduttore sotto l'influenza delle forze elettriche. Se un metallo viene inserito in un elettrolita, gli ioni metallici positivi (cioè quegli atomi di metallo i cui elettroni si trovano nell'ambiente esterno) inizieranno a spostarsi nell'elettrolita. Di conseguenza, il metallo acquisisce un certo potenziale che può essere misurato. In pratica il potenziale di un metallo viene determinato in relazione ad uno speciale elettrodo standard il cui potenziale si assume pari a zero. La differenza di potenziale risultante tra l'elettrodo standard e il metallo è chiamata potenziale dell'elettrodo standard (SEP).

Di grande interesse è il processo di corrosione del ferro in un elettrolita in presenza di un metallo meno attivo. In questo caso, il ferro è di più metallo attivoè l'anodo e quello meno attivo è il catodo. In una coppia galvanica il metallo più attivo, l'anodo, si corrode sempre.

La corrosione dell'anodo è accompagnata da due tipi di reazioni: l'ossidazione all'anodo e la riduzione al catodo. Nel seguito, per chiarezza, considereremo il ferro (Fe) come un anodo, tuttavia tutti i risultati riguardanti la sua corrosione sono validi, almeno qualitativamente, per qualsiasi metallo precedentemente menzionato.

La reazione di ossidazione può essere rappresentata come un processo in cui gli atomi di ferro cedono due elettroni e, di conseguenza, si trasformano in ioni di ferro caricati positivamente (Fe2+), che passano nella soluzione elettrolitica nel punto di contatto con l'anodo. Questi due elettroni conferiscono una carica negativa all'anodo e quindi fanno fluire una corrente verso il catodo, dove si combinano con ioni positivi. Allo stesso tempo, gli ioni positivi dell'anodo si combinano con i gruppi ossidrile (OH) caricati negativamente, che sono sempre presenti nella soluzione elettrolitica.

Schematicamente la reazione all’anodo può essere scritta come segue:

Fe + 20Н- = Fe2+ + 2е + 20Н- = Fe(OH)2 + 2е

Sotto l'influenza degli ioni ferro, sul catodo compaiono ioni idrogeno (H+), ai quali si combinano gli elettroni dell'anodo. Questo processo è descritto schematicamente come segue:

Í+ + 2е = 2Í = Ý2

quelli. L'evoluzione dell'idrogeno avviene al catodo.

Se le reazioni anodica e catodica si combinano, portano ad una reazione di corrosione generale:

Fe + 2H20 = Fe(OH)2 + H2

Pertanto, il ferro, in combinazione con acqua e un metallo meno attivo, si trasforma in idrossido di ferro, comunemente chiamato ruggine.

La presenza di ulteriore sale nell'acqua porta ad un aumento della conduttività dell'elettrolita e, di conseguenza, ad un aumento della velocità di ossidazione dell'anodo. In questo caso si formano inoltre soluzioni di cloruro ferrico e acido cloridrico. Queste sono le condizioni che i nostri lavoratori stradali creano per gli automobilisti ogni inverno. Tuttavia, anche la pioggia acida che cade con le precipitazioni non contribuisce alla longevità dell'auto.

Una caratteristica importante della corrosione è la velocità di corrosione, che è definita come la profondità di penetrazione della corrosione nel metallo per unità di tempo. Per il ferro, la velocità di corrosione più tipica è compresa tra 0,05 e 0,02 nm/anno. Dai valori indicati del tasso di corrosione ne consegue che se il rivestimento della vernice viene danneggiato in 5 anni di funzionamento dell'auto, lo spessore del metallo può diminuire di 0,25-1 mm, vale a dire, se si adottano misure protettive speciali non sono forniti, il metallo arrugginirà, come si suol dire, attraverso.

Il meccanismo di corrosione descritto indica anche le principali modalità per combattere questo fenomeno. La soluzione fondamentale è eliminare il catodo o l'elettrolita, tuttavia questo metodo è il meno adatto, poiché l'auto non può essere isolata dall'ambiente e, in particolare, dalla superficie terrestre. Rimangono due modi: isolare il metallo dall'elettrolita utilizzando un rivestimento o trasformare la carrozzeria dell'auto da anodo a catodo.

Il primo metodo è noto a tutti gli appassionati di auto ed è ampiamente utilizzato nella pratica, tuttavia, non arresta la corrosione in quanto tale, ma protegge solo il metallo dalla ruggine. Se la vernice è danneggiata, la corrosione inizia a corrodere il metallo e la riapplicazione del rivestimento è associata a grandi costi in termini di tempo e materiale (Appendice 1, 2).

Le parti più vulnerabili della carrozzeria dell'auto sono le cavità e le fessure nascoste, come davanzali, travi interne, longheroni, montanti, superfici interne delle porte, soffitto e quasi l'intera carrozzeria dell'auto (vedere Appendice 1). La forma complessa di crepe e cavità nascoste rende difficile, e spesso impossibile, preparare adeguatamente la superficie per la verniciatura e la verniciatura stessa, e le tensioni interne del metallo piegato in questi luoghi contribuiscono alla sua intensa corrosione. In queste condizioni, la durata della carrozzeria di un'autovettura prima che si guasti è di 6 anni.

Allo stesso tempo, senza negare l'importanza del regolare restauro della vernice, l'autore richiama l'attenzione su un metodo fondamentalmente diverso per proteggere la carrozzeria dell'auto dalla corrosione, vale a dire la completa cessazione del processo di corrosione stesso modificando il potenziale della carrozzeria . In letteratura questo metodo è chiamato protezione catodica.

La protezione catodica dei metalli si basa sul fatto che la velocità di corrosione è proporzionale all'attività dei metalli che formano una coppia galvanica. In condizioni normali la carrozzeria dell'auto è un anodo e quindi si corrode. Se si modifica il potenziale della carrozzeria rispetto all'ambiente esterno, utilizzando una fonte di tensione esterna o mettendola in contatto con un metallo più attivo, la carrozzeria stessa diventerà un catodo e non si corroderà affatto (almeno la velocità di corrosione diminuirà centinaia di volte) e l'anodo inizierà a deteriorarsi. In conformità con il metodo di modifica del potenziale del metallo protetto, si distinguono la protezione sacrificale ed elettrochimica. Tuttavia, prima di considerare i metodi di protezione, è opportuno descrivere le caratteristiche della corrosione dell'auto nelle diverse condizioni operative.

Corrosione dell'auto durante il funzionamento e metodi passivi per combatterla

Le condizioni di conservazione dell'auto influiscono in modo particolare sulla corrosione della carrozzeria. Ciò è dovuto al fatto che l'auto viene parcheggiata per la maggior parte del tempo, in un garage, e solo una piccola parte del tempo è in movimento. Durante la guida, l'auto viene intensamente soffiata con aria fresca, "ventilata", che, a parità di altre condizioni, riduce il tasso di corrosione.

Le condizioni di stoccaggio, in prima approssimazione, possono essere suddivise in rimessaggio dell'auto parcheggio aperto(anche sotto una tenda da sole) e riporre l'auto in garage. Consideriamo le opzioni di archiviazione.

Corrosione di un'auto in un parcheggio all'aperto

In un parcheggio all'aperto, l'auto è costantemente esposta all'umidità dell'aria e alle precipitazioni. In condizioni di umidità bassa e media nella stagione calda, quando la temperatura dell'aria cambia (ad esempio, la sera o la mattina presto), l'umidità atmosferica si condensa su tutta la superficie dell'auto, sia all'esterno che all'interno dell'abitacolo. Il suo maggiore accumulo si osserva nelle cavità nascoste (soglie, longheroni, montanti, sulla superficie interna delle porte, soffitti sotto i rivestimenti decorativi). All'aumentare della temperatura, l'umidità evapora dalle superfici aperte ma rimane a lungo nelle cavità nascoste. Di conseguenza, sono queste parti del corpo, solitamente difficili da raggiungere, che soffrono di corrosione più di altre. Quando l'umidità dell'aria è elevata o durante le precipitazioni, l'umidità è distribuita più o meno uniformemente su tutta la superficie esterna dell'auto e, poiché in questo caso non ristagna, provoca in minima parte il processo di corrosione.

Tuttavia, va notato che in questo caso è possibile l'accumulo di umidità all'interno dell'auto. Pertanto, quando si ripone un'auto in un parcheggio all'aperto, le superfici interne della sua carrozzeria sono più suscettibili alla corrosione. Le superfici esterne si corrodono solo dove la verniciatura è danneggiata.

Per quanto strano possa sembrare, è necessario prendere ulteriori precauzioni quando si ripone un'auto sotto una tenda. Un tendalino (ad esempio in tela cerata) protegge in modo affidabile l'auto da polvere, sporco, neve e parzialmente dall'acqua, ma non protegge affatto l'auto dall'esposizione all'umidità dell'aria. Inoltre, l'umidità si condensa sotto il tendalino e rimane a lungo sulla carrozzeria dell'auto. Pertanto, l'auto sotto il tendalino è, per così dire, a bagnomaria, il che contribuisce alla corrosione dell'auto in periodo estivo quando la temperatura dell'aria aumenta dopo il fresco della notte. Il meccanismo con cui si verifica la ruggine in questo caso è chiaro dalla discussione precedente. La carrozzeria e l'aria umida formano insieme una coppia galvanica di cui la carrozzeria costituisce l'anodo. Se la copertura tocca la superficie dell'auto, anche lo strato di vernice non può proteggere dalla corrosione e la ruggine traspare attraverso la vernice.

Di solito, bastano poche nebbie mattutine estive perché un'auto nuova si trasformi in un mucchio di metallo arrugginito. Pertanto, se copri la tua auto con un tendalino, assicurati di seguire le regole:

1. Evitare che la copertura venga a contatto con la carrozzeria dell'auto;
2. garantire la ventilazione dell'aria sotto la copertura;
3. Periodicamente, soprattutto durante i periodi di elevata umidità e sbalzi di temperatura, rimuovere la copertura e ventilare l'auto.

Queste regole possono essere messe in pratica in vari modi.

Un telaio a forma di scala è realizzato con angoli in duralluminio di 40x40 mm. La lunghezza del telaio corrisponde alla lunghezza dell'auto, la larghezza del telaio è leggermente maggiore della larghezza dell'auto. Le traverse centrali del telaio sono fissate al portapacchi dell'auto mediante viti o funi.

Un telone rettangolare viene gettato sul telaio risultante. Questo design protegge l'auto dalla pioggia e dallo sporco, fornisce una buona ventilazione (poiché non ci sono pareti anteriori e posteriori) e può essere smontato e montato in pochi minuti.

Corrosione dell'auto quando conservata in un garage

A prima vista, le migliori condizioni per conservazione a lungo termine l'auto viene creata in un garage, poiché il garage protegge l'auto dalle precipitazioni esterne. Tuttavia, numerosi studi hanno dimostrato che ciò è vero solo in caso di bassa umidità dell’aria. In condizioni di elevata umidità (nella zona centrale questo periodo comprende l'autunno e soprattutto la primavera, cioè quasi sei mesi), il tasso di corrosione del metallo in una normale scatola di acciaio con un pavimento di cemento è di 1 mm/anno, ovvero 5-20 volte superiore a quello all'aria aperta. La ragione di questo fenomeno, a prima vista paradossale, è che le pareti metalliche del garage sono un esempio di un catodo aggiuntivo, che aumenta il tasso di corrosione. La presenza di un catodo aggiuntivo così grande provoca corrosione sia all'interno che all'esterno dell'intero alloggiamento. In questo caso, quelle parti del corpo che si trovano negli strati inferiori più umidi dell'atmosfera - il pavimento, il fondo, i cerchioni e la trasmissione - soffrono maggiormente.

Per preservare al meglio l'auto, le pareti del garage devono essere verniciate e il pavimento deve essere protetto in modo affidabile dalle acque sotterranee. A tal fine, prima di posare cemento, asfalto o pietrisco, posizionare a terra dei fogli di polietilene che copriranno completamente la superficie del pavimento. In questo modo proteggerai in modo affidabile il tuo garage dall'umidità contenuta nel terreno, cosa particolarmente importante durante il periodo delle piogge autunnali e delle inondazioni primaverili. Alcuni appassionati di auto rivestono le pareti e il pavimento del garage con legno. Tale protezione del veicolo, tuttavia, riduce drasticamente la sicurezza antincendio. Pertanto, se possibile, è meglio utilizzare per questo scopo un rivestimento in amianto o fibra di vetro. Quando si organizza un garage, assicurarsi di fornire ventilazione. La ventilazione del garage favorisce un costante ricambio d'aria, riduce l'umidità dell'aria e quindi rallenta il tasso di corrosione. Il modo più semplice per garantire la ventilazione del garage consiste nell'utilizzare un tubo di amianto installato verticalmente ad un'altezza di 30-40 cm sopra il livello del pavimento e rialzato di 1 m sopra il tetto del garage.

Il diametro del tubo per un garage standard con un volume di 50-60 m3 dovrebbe essere di almeno 20 cm. Per evitare che la pioggia entri nel garage attraverso il tubo, decorarne la parte superiore con un cono di metallo, che, inoltre, deve essere a terra.

Corrosione dell'auto in movimento

Di norma, durante la guida, il tasso di corrosione della carrozzeria dell'auto diminuisce. La ragione di questo fenomeno è che l'aria in arrivo soffia intensamente sulla carrozzeria dell'auto, di conseguenza l'umidità dell'aria diminuisce sia all'esterno che all'interno della carrozzeria. Tuttavia, quando si guida su una strada sporca o bagnata, l'impatto sulla carrozzeria della vettura di pioggia, neve, sale sparso sulle strade in inverno, combinato con gli effetti meccanici di sabbia, piccoli sassi, banchi di ghiaccio e vibrazioni, porta a invecchiamento e distruzione del rivestimento. I luoghi più vulnerabili in questo caso sono le superfici interne dei parafanghi anteriori e posteriori, il fondo, la trasmissione e le sospensioni dell'auto. Lo stress meccanico combinato con l'umidità porta al fatto che queste aree della carrozzeria dell'auto iniziano a corrodersi per prime.

I metodi più conosciuti per proteggere la carrozzeria di un'auto in movimento sono il trattamento anticorrosione del fondo e l'uso di rivestimenti per parafanghi. Il miglior rivestimento protettivo per il fondo è un rivestimento a base di resine di gomma, che ha un'eccellente adesione al metallo e forma uno strato spesso e sciolto in cui le particelle meccaniche (sabbia, sporco) rimangono intrappolate e non raggiungono il metallo.

I rivestimenti dei parafanghi proteggono perfettamente le superfici interne delle ali dagli effetti meccanici di sporco e sabbia. Allo stesso tempo, tra i rivestimenti del parafango e la superficie protetta si forma uno spazio chiuso, che contribuisce all'accumulo di umidità. Pertanto, quando si installano i rivestimenti dei parafanghi, è necessario garantire il libero accesso dell'aria per la ventilazione ed è consigliabile rimuovere i rivestimenti dei parafanghi quando l'auto rimane parcheggiata per un lungo periodo.

I fatti di cui sopra, così come le osservazioni degli appassionati di auto, indicano un’ampia varietà di condizioni in cui si verifica la corrosione della carrozzeria dell’auto. Tra questa varietà, segnaliamo due condizioni che, a nostro avviso, hanno il maggiore impatto: la formazione di luoghi locali di accumulo di umidità e la condensazione dell'umidità su entrambe le superfici interne ed esterne della carrozzeria. È per questi casi che verranno presi in considerazione i metodi di protezione catodica.

CORROSIONE DEI METALLI– interazione fisico-chimica o chimica tra un metallo (lega) e l’ambiente, che porta al deterioramento delle proprietà funzionali del metallo (lega), dell’ambiente o del sistema tecnico che li comprende.

La parola corrosione deriva dal latino "corrodo" - "rosicchiare" (il tardo latino "corrosio" significa "corrosione").

La corrosione è causata da una reazione chimica tra il metallo e le sostanze ambientali che avviene all'interfaccia tra il metallo e l'ambiente. Molto spesso si tratta dell'ossidazione del metallo, ad esempio da parte dell'ossigeno atmosferico o degli acidi contenuti nelle soluzioni con cui il metallo è in contatto. Particolarmente sensibili a ciò sono i metalli che si trovano nella serie di tensione (serie di attività) a sinistra dell'idrogeno, compreso il ferro.

A causa della corrosione, il ferro arrugginisce. Questo processo è molto complesso e comprende diverse fasi. Può essere descritto dall’equazione riassuntiva:

4Fe + 6H 2 O (umidità) + 3O 2 (aria) = 4Fe(OH) 3

L'idrossido di ferro (III) è molto instabile, perde rapidamente acqua e si trasforma in ossido di ferro (III). Questo composto non protegge la superficie del ferro da ulteriore ossidazione. Di conseguenza, l'oggetto di ferro può essere completamente distrutto.

Molti metalli, compresi quelli piuttosto attivi (ad esempio l'alluminio), quando corrosi si ricoprono di una pellicola di ossido densa e ben legata, che non consente agli agenti ossidanti di penetrare negli strati più profondi e quindi protegge il metallo dalla corrosione. Quando questa pellicola viene rimossa, il metallo inizia a interagire con l'umidità e l'ossigeno presenti nell'aria.

L'alluminio in condizioni normali è resistente all'aria e all'acqua, anche all'acqua bollente, ma se il mercurio viene applicato sulla superficie dell'alluminio, l'amalgama risultante distrugge la pellicola di ossido, lo spinge dalla superficie e il metallo si trasforma rapidamente in scaglie bianche di alluminio metaidrossido:

4Al + 2H2O + 3O2 = 4AlO(OH)

L'alluminio amalgamato reagisce con l'acqua per rilasciare idrogeno:

2Al + 4H2O = 2AlO(OH) + 3H2

Alcuni metalli piuttosto inattivi sono anche suscettibili alla corrosione. Nell'aria umida, la superficie del rame si ricopre di uno strato verdastro (patina) a seguito della formazione di una miscela di sali basici.

A volte quando i metalli si corrodono non si verifica un'ossidazione, ma la riduzione di alcuni elementi contenuti nelle leghe. Ad esempio, a pressioni e temperature elevate, i carburi contenuti negli acciai vengono ridotti dall'idrogeno.

La distruzione dei metalli in presenza di idrogeno fu scoperta a metà del XIX secolo. L'ingegnere francese Sainte-Claire Deville studiò le cause delle rotture inaspettate delle canne dei fucili. Con loro analisi chimica ha trovato idrogeno nel metallo. Deville decise che era la saturazione di idrogeno la ragione dell'improvviso calo della resistenza dell'acciaio.

L'idrogeno ha causato molti problemi ai progettisti di apparecchiature per uno dei processi chimici industriali più importanti: la sintesi dell'ammoniaca. I primi dispositivi per questa sintesi durarono solo decine di ore, per poi frantumarsi in piccole parti. Solo l’aggiunta di titanio, vanadio o molibdeno all’acciaio ha contribuito a risolvere questo problema.

La corrosione dei metalli può includere anche la loro dissoluzione in metalli fusi liquidi (sodio, piombo, bismuto), che vengono utilizzati, in particolare, come refrigeranti nei reattori nucleari.

In termini di stechiometria, le reazioni che descrivono la corrosione dei metalli sono abbastanza semplici, ma in termini di meccanismo appartengono a processi complessi ed eterogenei. Il meccanismo della corrosione è determinato principalmente dal tipo di ambiente aggressivo.

Quando un materiale metallico entra in contatto con un gas chimicamente attivo, sulla sua superficie appare una pellicola di prodotti di reazione. Impedisce ulteriori contatti tra metallo e gas. Se attraverso questo film avviene una controdiffusione delle sostanze reagenti, la reazione continua. Il processo è facilitato alle alte temperature. Durante la corrosione, la pellicola del prodotto si ispessisce continuamente e il metallo viene distrutto. La metallurgia e altre industrie che utilizzano temperature elevate subiscono pesanti perdite a causa della corrosione del gas.

La corrosione è più comune negli ambienti elettrolitici. In alcuni processi tecnologici, i metalli entrano in contatto con elettroliti fusi. Tuttavia, molto spesso la corrosione si verifica nelle soluzioni elettrolitiche. Il metallo non deve essere completamente immerso nel liquido. Le soluzioni elettrolitiche possono essere presenti sotto forma di film sottile sulla superficie del metallo. Spesso permeano l'ambiente circostante il metallo (terreno, cemento, ecc.).

Durante la costruzione del ponte della metropolitana e della stazione Leninskie Gory a Mosca, al calcestruzzo sono state aggiunte grandi quantità di cloruro di sodio per evitare il congelamento del calcestruzzo non ancora indurito. La stazione fu costruita nel più breve tempo possibile (in soli 15 mesi) e inaugurata il 12 gennaio 1959. Tuttavia, la presenza di cloruro di sodio nel calcestruzzo causò la distruzione delle armature in acciaio. Il 60% delle strutture in cemento armato erano soggette a corrosione, quindi la stazione è stata chiusa per lavori di ricostruzione , durato quasi 10 anni. Solo il 14 gennaio 2002 furono riaperti il ​​ponte della metropolitana e la stazione, chiamata “Vorobyovy Gory”.

Anche l’uso di sali (solitamente cloruro di sodio o di calcio) per rimuovere neve e ghiaccio dalle strade e dai marciapiedi provoca la decomposizione più rapida dei metalli. I veicoli e le comunicazioni sotterranee sono gravemente colpiti. Si stima che solo negli Stati Uniti l’uso dei sali per combattere le nevicate e il ghiaccio porti a perdite di circa 2 miliardi di dollari all’anno a causa della corrosione dei motori e 0,5 miliardi di dollari in ulteriori riparazioni di strade, autostrade sotterranee e ponti.

Negli ambienti elettrolitici la corrosione è causata non solo dall'azione dell'ossigeno, dell'acqua o degli acidi sui metalli, ma anche da processi elettrochimici. Già all'inizio del XIX secolo. La corrosione elettrochimica è stata studiata dagli scienziati inglesi Humphry Davy e Michael Faraday. La prima teoria della corrosione elettrochimica fu avanzata nel 1830 dallo scienziato svizzero De la Rive. Ha spiegato il verificarsi della corrosione nel punto di contatto di due metalli diversi.

La corrosione elettrochimica porta alla rapida distruzione dei metalli più attivi, che in vari meccanismi e dispositivi entrano in contatto con metalli meno attivi situati a destra nella serie di tensione elettrochimica. L'uso di parti in rame o ottone in strutture in ferro o alluminio che operano in acqua di mare aumenta significativamente la corrosione. Sono noti casi di distruzione e affondamento di navi la cui placcatura di ferro era fissata con rivetti di rame.

Separatamente, l'alluminio e il titanio sono resistenti all'acqua di mare, ma se entrano in contatto in un prodotto, ad esempio in una custodia per attrezzatura fotografica subacquea, l'alluminio si rompe molto rapidamente e la custodia perde.

I processi elettrochimici possono verificarsi anche in un metallo omogeneo. Si attivano se sono presenti differenze nella composizione del grano metallico nella massa e al confine, stress meccanici disomogenei, microimpurità, ecc. Molti dei nostri compatrioti hanno preso parte allo sviluppo della teoria generale della corrosione elettrochimica dei materiali metallici, tra cui Vladimir Aleksandrovich Kistyakovsky (1865–1952) e Alexander Naumovich Frumkin (1895–1976).

Uno dei motivi per cui si verifica la corrosione elettrochimica sono le correnti vaganti, che appaiono a causa della dispersione di parte della corrente dai circuiti elettrici nel terreno o in soluzioni acquose, dove cadono su costruzioni metalliche. Dove la corrente esce da queste strutture, ricomincia la dissoluzione del metallo nel suolo o nell'acqua. Tali zone di distruzione dei metalli sotto l'influenza di correnti vaganti sono particolarmente spesso osservate nelle aree di trasporto elettrico terrestre (linee del tram, trasporto ferroviario elettrico). Queste correnti possono raggiungere diversi ampere, il che porta a grandi danni da corrosione. Ad esempio, il passaggio di una corrente di 1 A per un anno provocherà la dissoluzione di 9,1 kg di ferro, 10,7 kg di zinco, 33,4 kg di piombo.

La corrosione può verificarsi anche sotto l'influenza delle radiazioni, nonché dei prodotti di scarto di batteri e altri organismi. Lo sviluppo di batteri sulla superficie delle strutture metalliche è associato al fenomeno della biocorrosione. Anche l'imbrattamento della parte subacquea delle navi da parte di piccoli organismi marini influisce sui processi di corrosione.

Quando il metallo è esposto contemporaneamente all'ambiente esterno e alle sollecitazioni meccaniche, tutti i processi di corrosione vengono attivati, poiché ciò riduce la stabilità termica del metallo, distrugge le pellicole di ossido sulla superficie metallica e intensifica i processi elettrochimici nei luoghi in cui compaiono crepe e disomogeneità.

La corrosione porta ad ingenti perdite irreversibili di metalli; circa il 10% del ferro prodotto viene completamente distrutto ogni anno. Secondo l'Istituto di Chimica Fisica dell'Accademia Russa delle Scienze, un altoforno su sei in Russia funziona invano: tutto il metallo fuso si trasforma in ruggine. La distruzione di strutture metalliche, veicoli agricoli e da trasporto e attrezzature industriali provoca fermi macchina, incidenti e deterioramento della qualità dei prodotti. La presa in considerazione della possibile corrosione comporta un aumento dei costi dei metalli nella produzione di apparecchi ad alta pressione, caldaie a vapore, contenitori metallici per sostanze tossiche e radioattive, ecc. Ciò aumenta le perdite complessive per corrosione. Occorre spendere notevoli somme di denaro per la protezione anticorrosione. Il rapporto tra perdite dirette, perdite indirette e costi per la protezione dalla corrosione è stimato come (3–4):1:1. Nell'industriale paesi sviluppati I danni da corrosione raggiungono il 4% del reddito nazionale. Nel nostro Paese ammonta a miliardi di rubli all'anno.

I problemi di corrosione peggiorano costantemente a causa della continua crescita della produzione di metalli e dell’inasprimento delle condizioni operative. L'ambiente in cui vengono utilizzate le strutture metalliche sta diventando sempre più aggressivo, anche a causa del suo inquinamento. I prodotti metallici utilizzati nella tecnologia operano in condizioni di temperature e pressioni sempre più elevate, potenti flussi di gas e liquidi. Pertanto, le questioni relative alla protezione dei materiali metallici dalla corrosione stanno diventando sempre più rilevanti. È impossibile prevenire completamente la corrosione dei metalli, quindi l’unico modo per combatterla è trovare modi per rallentarla.

Il problema della protezione dei metalli dalla corrosione è sorto quasi all'inizio del loro utilizzo. Si cercava di proteggere i metalli dagli influssi atmosferici con l'aiuto di grassi, oli e successivamente rivestendoli con altri metalli e, soprattutto, con stagno a basso punto di fusione (stagnatura). Nelle opere dello storico greco Erodoto (V secolo a.C.) e dello scienziato romano Plinio il Vecchio (I secolo a.C.) si trovano già riferimenti all'uso dello stagno per proteggere il ferro dalla ruggine. Attualmente, la lotta contro la corrosione viene effettuata in più direzioni contemporaneamente: stanno cercando di cambiare l'ambiente in cui opera un prodotto metallico, influenzare la resistenza alla corrosione del materiale stesso e impedire il contatto tra il metallo e le sostanze aggressive dell'esterno ambiente.

La corrosione può essere completamente prevenuta solo in un ambiente inerte, ad esempio in un'atmosfera di argon, ma nella stragrande maggioranza dei casi è impossibile creare effettivamente un tale ambiente durante il funzionamento di strutture e meccanismi. In pratica, per ridurre la corrosività di un mezzo, si cerca di eliminare da esso i componenti più reattivi, ad esempio si riduce l'acidità delle soluzioni acquose e dei terreni con cui i metalli possono entrare in contatto. Uno dei metodi per combattere la corrosione del ferro e delle sue leghe, rame, ottone, zinco e piombo è la rimozione dell'ossigeno e dell'anidride carbonica dalle soluzioni acquose. Nel settore energetico e in alcuni rami della tecnologia, l'acqua viene anche liberata dai cloruri, che stimolano la corrosione locale. Per ridurre l'acidità del suolo, viene effettuata la calcinazione.

L'aggressività dell'atmosfera dipende fortemente dall'umidità. Per ogni metallo esiste una certa umidità relativa critica, al di sotto della quale non è soggetto alla corrosione atmosferica. Per ferro, rame, nichel, zinco è del 50–70%. A volte, per preservare oggetti di valore storico, la loro temperatura viene mantenuta artificialmente al di sopra del punto di rugiada. Negli spazi chiusi (ad esempio nelle scatole da imballaggio), l'umidità viene ridotta utilizzando gel di silice o altri adsorbenti. L'aggressività dell'atmosfera industriale è determinata principalmente dai prodotti della combustione del carburante ( cm. INQUINAMENTO AMBIENTALE). La prevenzione delle piogge acide e l’eliminazione delle emissioni di gas nocivi contribuiscono a ridurre le perdite dovute alla corrosione.

La distruzione dei metalli in ambienti acquosi può essere rallentata utilizzando inibitori di corrosione, che vengono aggiunti in piccole quantità (di solito meno dell'1%) alle soluzioni acquose. Promuovono la passivazione della superficie metallica, cioè la formazione di un film sottile e denso di ossidi o altri composti scarsamente solubili, che impedisce la distruzione della sostanza principale. A questo scopo vengono utilizzati alcuni sali di sodio (carbonato, silicato, borato) e altri composti. Se le lamette vengono immerse in una soluzione di cromato di potassio, dureranno molto più a lungo. Spesso vengono utilizzati inibitori organici, che sono più efficaci di quelli inorganici.

Uno dei metodi di protezione dalla corrosione si basa sullo sviluppo di nuovi materiali che abbiano una maggiore resistenza alla corrosione. La ricerca di sostituti dei metalli corrosivi è in corso. Plastica, ceramica, vetro, gomma, amianto e cemento sono più resistenti agli influssi ambientali, ma in molte altre proprietà sono inferiori ai metalli, che continuano a fungere da principali materiali strutturali.

I metalli nobili sono praticamente resistenti alla corrosione, ma sono troppo costosi per un uso diffuso, quindi vengono utilizzati solo nelle parti più critiche, ad esempio per la produzione di contatti elettrici non corrosivi. Nichel, alluminio, rame, titanio e le leghe a base di essi hanno un'elevata resistenza alla corrosione. La loro produzione sta crescendo abbastanza rapidamente, ma anche adesso il metallo più accessibile e ampiamente utilizzato rimane il ferro che arrugginisce rapidamente. La lega viene spesso utilizzata per conferire resistenza alla corrosione alle leghe a base di ferro. Si ottiene così l'acciaio inossidabile che, oltre al ferro, contiene cromo e nichel. L'acciaio inossidabile più comune dei nostri tempi, il grado 18–8 (18% di cromo e 8% di nichel), è apparso nel 1923. È abbastanza resistente all'umidità e all'ossigeno. Le prime tonnellate di acciaio inossidabile nel nostro paese furono fuse nel 1924 a Zlatoust. Al giorno d'oggi sono state sviluppate molte qualità di tali acciai che, oltre al cromo e al nichel, contengono manganese, molibdeno, tungsteno e altri elementi chimici. Viene spesso utilizzata la lega superficiale di leghe di ferro economiche con zinco, alluminio e cromo.

Per resistere alla corrosione atmosferica, sui prodotti in acciaio vengono applicati rivestimenti sottili di altri metalli più resistenti all'umidità e all'ossigeno atmosferico. Spesso vengono utilizzate cromature e nichelature. Poiché le placcature cromate spesso contengono crepe, vengono solitamente applicate su placcature in nichel meno decorative. Proteggere i barattoli di latta dalla corrosione degli acidi organici presenti nei prodotti alimentari richiede una quantità significativa di stagno. Per molto tempo il cadmio è stato utilizzato per rivestire gli utensili da cucina, ma ora è noto che questo metallo è pericoloso per la salute e i rivestimenti di cadmio vengono utilizzati solo nella tecnologia.

Per rallentare la corrosione, sulla superficie metallica vengono applicati vernici e vernici, oli minerali e lubrificanti. Le strutture sotterranee sono ricoperte da uno spesso strato di bitume o polietilene. Le superfici interne dei tubi e dei serbatoi in acciaio sono protette con rivestimenti cementizi economici.

Per rendere la verniciatura più affidabile, la superficie metallica viene accuratamente pulita da sporco e prodotti di corrosione e sottoposta a trattamenti speciali. Per i prodotti in acciaio vengono utilizzati i cosiddetti convertitori di ruggine contenenti acido ortofosforico (H 3 PO 4) e i suoi sali. Dissolvono gli ossidi residui e formano una pellicola di fosfati densa e durevole, in grado di proteggere per qualche tempo la superficie del prodotto. Quindi il metallo viene rivestito con uno strato di primer, che dovrebbe aderire bene alla superficie e avere proprietà protettive (solitamente viene utilizzato minio o cromato di zinco). Solo dopo è possibile applicare vernice o vernice.

Uno dei metodi più efficaci per combattere la corrosione è la protezione elettrochimica. Per la protezione di piattaforme di perforazione, basi metalliche saldate, condutture sotterranee sono collegati come catodo a una sorgente di corrente esterna. Gli elettrodi ausiliari inerti vengono utilizzati come anodo.

Un'altra versione di tale protezione viene utilizzata per strutture in acciaio relativamente piccole o oggetti metallici ulteriormente isolati (ad esempio condutture). In questo caso viene utilizzato un protettore: un anodo costituito da un metallo relativamente attivo (solitamente magnesio, zinco, alluminio e loro leghe), che collassa gradualmente, proteggendo l'oggetto principale. Con l'aiuto di un anodo di magnesio vengono protetti fino a 8 km di tubazioni. La protezione del battistrada è diffusa; ad esempio, negli Stati Uniti, ogni anno vengono spese circa 11,5 mila tonnellate di alluminio per la produzione di protezioni.

La protezione di un metallo da parte di un altro metallo più attivo situato nella serie di tensione a sinistra è efficace senza imporre una differenza di potenziale. Il metallo più attivo (ad esempio lo zinco sulla superficie del ferro) protegge il metallo meno attivo dalla distruzione.

I metodi elettrochimici per combattere la corrosione includono anche la protezione contro la distruzione delle strutture causata da correnti vaganti. Uno dei modi per eliminare tale corrosione è collegare un conduttore metallico alla sezione della struttura da cui scorre la corrente vagante con la rotaia lungo la quale si muove il tram o il treno elettrico.

Elena Savinkina

CORROSIONE DEI METALLI
distruzione fisica e chimica spontanea e trasformazione dei metalli utili in composti chimici inutili. La maggior parte dei componenti ambientali, siano essi liquidi o gassosi, contribuiscono alla corrosione dei metalli; Gli influssi naturali costanti causano la ruggine delle strutture in acciaio, danni alle carrozzerie delle automobili, formazione di vaiolature (cavi di incisione) sui rivestimenti cromati, ecc. In questi esempi la superficie del metallo è visibilmente distrutta, ma il concetto di corrosione comprende casi di azione distruttiva interna, ad esempio all'interfaccia tra i cristalli metallici. Questa cosiddetta corrosione strutturale (intercristallina) avviene in modo impercettibile verso l'esterno, ma può portare a guasti e persino a incidenti. Spesso, i danni imprevisti alle parti metalliche sono legati allo stress, in particolare quello associato alla fatica da corrosione del metallo. La corrosione non è sempre distruttiva. Ad esempio, la patina verde spesso vista sulle sculture in bronzo è ossido di rame, che protegge efficacemente il metallo sotto la pellicola di ossido da ulteriore corrosione atmosferica. Ciò spiega l'eccellente stato di molte monete antiche di bronzo e rame. Il controllo della corrosione viene effettuato utilizzando metodi protettivi sviluppati sulla base di principi scientifici ben noti, ma rimane uno dei problemi più seri e impegnativi della tecnologia moderna. OK. Ogni anno il 20% della quantità totale di metalli viene persa a causa della corrosione e vengono spese enormi quantità di denaro per la protezione dalla corrosione.
Natura elettrochimica della corrosione. M. Faraday (1830-1840) stabilì una connessione tra reazioni chimiche e corrente elettrica, che fu la base della teoria elettrochimica della corrosione. Tuttavia, una comprensione dettagliata dei processi di corrosione è arrivata solo all’inizio del XX secolo. L'elettrochimica come scienza è nata nel XVIII secolo. grazie all'invenzione di A. Volt (1799) del primo elemento galvanico (colonna voltaica), con l'aiuto del quale si otteneva una corrente continua convertendo l'energia chimica in energia elettrica. Una cella voltaica è costituita da un'unica cella elettrochimica in cui due diversi metalli (elettrodi) sono parzialmente immersi in una soluzione acquosa (elettrolita) in grado di condurre elettricità. Gli elettrodi esterni all'elettrolita sono collegati da un conduttore elettrico (filo metallico). Un elettrodo (l'"anodo") si dissolve (si corrode) nell'elettrolita, producendo ioni metallici che vanno in soluzione, mentre gli ioni idrogeno si accumulano sull'altro elettrodo (il "catodo"). Il flusso di ioni positivi nell'elettrolita è compensato dal passaggio della corrente di elettroni (corrente elettrica) dall'anodo al catodo in un circuito esterno.

Gli ioni metallici, passando in soluzione, reagiscono con i componenti della soluzione, producendo prodotti di corrosione. Questi prodotti sono spesso solubili e non impediscono l'ulteriore corrosione dell'anodo metallico. Pertanto, se due aree adiacenti, ad esempio sulla superficie dell'acciaio, differiscono anche leggermente l'una dall'altra per composizione o struttura, in un ambiente adatto (ad esempio umido) in questo punto si formerà una cella di corrosione. Un'area è l'anodo dell'altra ed è quest'area che si corroderà. Pertanto, tutte le piccole disomogeneità locali del metallo formano microcelle anodico-catodiche, per questo motivo la superficie metallica contiene numerose aree potenzialmente suscettibili alla corrosione. Se l'acciaio è immerso in acqua normale o in quasi tutti i liquidi contenenti acqua, l'elettrolita adatto è già pronto. Anche in un'atmosfera moderatamente umida, la condensa dell'umidità si depositerà sulla superficie del metallo, portando alla formazione di una cella elettrochimica. Come già notato, una cella elettrochimica è costituita da elettrodi immersi in un elettrolita (cioè due semicelle). Il potenziale (forza elettromotrice, EMF) di una cella elettrochimica è uguale alla differenza di potenziale tra gli elettrodi di entrambe le semicelle. I potenziali degli elettrodi vengono misurati rispetto a un elettrodo di riferimento dell'idrogeno. I potenziali degli elettrodi misurati dei metalli vengono ridotti a una serie di tensioni, in cui i metalli nobili (oro, platino, argento, ecc.) si trovano all'estremità destra della serie e hanno un valore di potenziale positivo. I metalli di base ordinari (magnesio, alluminio, ecc.) hanno potenziali fortemente negativi e si trovano più vicino all'inizio della riga a sinistra dell'idrogeno. La posizione del metallo nella serie di sollecitazioni indica la sua resistenza alla corrosione, che aumenta dall'inizio alla fine della serie, cioè da sinistra a destra.
Vedi anche ELETTROCHIMICA; ELETTROLITI.
Polarizzazione. Il movimento degli ioni positivi (idrogeno) nell'elettrolita verso il catodo, seguito da una scarica, porta alla formazione di idrogeno molecolare al catodo, che modifica il potenziale di questo elettrodo: si stabilisce un potenziale di segno inverso (stazionario), che riduce la tensione complessiva della cella. La corrente nella cella scende molto rapidamente fino a valori estremamente piccoli; in questo caso la cellula si dice “polarizzata”. Questa condizione comporta una riduzione o addirittura la cessazione della corrosione. Tuttavia, l’interazione dell’ossigeno disciolto nell’elettrolita con l’idrogeno può annullare questo effetto, motivo per cui l’ossigeno è chiamato “depolarizzatore”. L'effetto di polarizzazione a volte si manifesta come una diminuzione della velocità di corrosione nelle acque stagnanti a causa della mancanza di ossigeno, sebbene tali casi siano insoliti poiché gli effetti della convezione in un mezzo liquido sono generalmente sufficienti per fornire ossigeno disciolto alla superficie del catodo. Anche una distribuzione non uniforme del depolarizzatore (solitamente ossigeno) sulla superficie metallica può causare corrosione, poiché ciò crea una cella di concentrazione di ossigeno in cui la corrosione avviene allo stesso modo di qualsiasi cella elettrochimica.
Passività e altri effetti anodici. Il termine passivazione veniva originariamente utilizzato per riferirsi alla resistenza alla corrosione del ferro immerso in una soluzione concentrata di acido nitrico. Si tratta però di un fenomeno più generale, poiché in determinate condizioni molti metalli si trovano in uno stato passivo. Il fenomeno della passività fu spiegato nel 1836 da Faraday, il quale dimostrò che era causato da un film di ossido estremamente sottile formatosi a seguito di reazioni chimiche sulla superficie del metallo. Tale pellicola può essere ripristinata (cambiata chimicamente) e il metallo diventa nuovamente attivo al contatto con un metallo che ha un potenziale più negativo, ad esempio il ferro in prossimità dello zinco. In questo caso si forma una coppia galvanica in cui il metallo passivo è il catodo. L'idrogeno rilasciato al catodo ripristina la sua pellicola protettiva di ossido. Le pellicole di ossido sull'alluminio lo proteggono dalla corrosione, e quindi l'alluminio anodizzato, risultante dal processo di ossidazione anodica, viene utilizzato sia per scopi decorativi che nella vita di tutti i giorni. In senso chimico ampio, tutti i processi anodici che avvengono su un metallo sono ossidativi, ma il termine “ossidazione anodica” implica la formazione mirata di una quantità significativa di ossido solido. Sull'alluminio, che costituisce l'anodo di una cella il cui elettrolita è acido solforico o fosforico, si forma una pellicola di un certo spessore. Molti brevetti descrivono varie modifiche di questo processo. La superficie inizialmente anodizzata ha una struttura porosa e può essere verniciata in qualsiasi colore desiderato. L'introduzione del dicromato di potassio nell'elettrolita conferisce una tinta giallo-arancio brillante, mentre l'esacianoferrato di potassio (II), il permanganato di piombo e il solfuro di cobalto colorano le pellicole rispettivamente blu, rosso-marrone e nero. In molti casi vengono utilizzati coloranti organici idrosolubili che conferiscono una lucentezza metallica alla superficie verniciata. Lo strato risultante deve essere fissato, per cui è sufficiente trattare la superficie con acqua bollente, sebbene vengano utilizzate anche soluzioni bollenti di acetato di nichel o cobalto.
Corrosione strutturale (intercristallina). Diverse leghe, in particolare l'alluminio, aumentano la loro durezza e resistenza con l'invecchiamento; il processo viene accelerato sottoponendo la lega a trattamento termico. In questo caso si formano particelle submicroscopiche che si trovano lungo gli strati limite dei microcristalli (nello spazio intercristallino) della lega. In determinate condizioni, la regione immediatamente adiacente al confine diventa un anodo rispetto all'interno del cristallo e, in un ambiente corrosivo, i confini tra i cristalliti saranno preferenzialmente soggetti a corrosione, con crepe da corrosione che penetrano profondamente nella struttura metallica. Questa "corrosione strutturale" compromette gravemente le proprietà meccaniche. Ciò può essere evitato mediante regimi di trattamento termico opportunamente selezionati o proteggendo il metallo con un rivestimento resistente alla corrosione. Il rivestimento è il rivestimento a freddo di un metallo con un altro: una lega ad alta resistenza viene arrotolata tra sottili strisce di alluminio puro e compattata. Il metallo incluso in tale composizione diventa resistente alla corrosione, mentre il rivestimento stesso ha poco effetto sulle proprietà meccaniche.
Vedi anche RIVESTIMENTI METALLICI.
Prevenire la corrosione. Durante la corrosione elettrochimica, i prodotti risultanti spesso si dissolvono (vanno in soluzione) e non impediscono l'ulteriore distruzione del metallo; In alcuni casi alla soluzione può essere aggiunto un composto chimico (inibitore) che reagisce con i prodotti primari della corrosione formando composti insolubili con proprietà protettive che si depositano sull'anodo o sul catodo. Ad esempio, il ferro si corrode facilmente in una soluzione diluita di sale comune (NaCl), ma l'aggiunta di solfato di zinco alla soluzione produce idrossido di zinco leggermente solubile al catodo, e l'aggiunta di fosfato di sodio produce fosfato di ferro insolubile all'anodo (esempi di fosfato catodico e anodico inibitori, rispettivamente). Tali metodi di protezione possono essere utilizzati solo nei casi in cui la struttura è completamente o parzialmente immersa in un ambiente liquido corrosivo. La protezione catodica viene spesso utilizzata per ridurre il tasso di corrosione. In questo metodo al sistema viene applicata una tensione elettrica tale che l'intera struttura da proteggere costituisce il catodo. Ciò si ottiene collegando la struttura a un polo di un raddrizzatore o generatore CC, mentre un anodo esterno chimicamente inerte, come la grafite, è collegato all'altro polo. Ad esempio, nel caso della protezione dalla corrosione delle tubazioni, un anodo insolubile viene sepolto nel terreno vicino ad esse. In alcuni casi, per questi scopi vengono utilizzati anodi protettivi aggiuntivi, ad esempio sospesi all'interno di contenitori di stoccaggio dell'acqua, dove l'acqua nel contenitore funge da elettrolita. Altri metodi di protezione catodica consentono il flusso di corrente sufficiente da qualche altra sorgente attraverso una struttura che diventa interamente il catodo e contiene eventuali anodi locali e catodi allo stesso potenziale. Per fare ciò, al metallo protetto viene collegato un metallo con potenziale più negativo, che svolge il ruolo di anodo sacrificale nella coppia galvanica formata e viene distrutto per primo. Gli anodi sacrificali di zinco vengono utilizzati fin dal 1825, quando il famoso chimico inglese H. Davy propose di utilizzarli per proteggere la placcatura in rame sugli scafi di navi in ​​legno. Gli anodi basati su leghe di magnesio sono ampiamente utilizzati per proteggere gli scafi delle navi moderne dalla corrosione dell'acqua di mare. Gli anodi sacrificali sono più spesso utilizzati rispetto agli anodi incollati. fonti esterne corrente, poiché non richiedono consumo di energia. La verniciatura superficiale viene utilizzata anche per proteggere dalla corrosione, soprattutto se la struttura non è completamente immersa nel liquido. I rivestimenti metallici possono essere applicati mediante spruzzatura o galvanica del metallo (ad esempio cromatura, zincatura, nichelatura).
Tipi di corrosione specifica. La tensocorrosione è la distruzione del metallo sotto l'azione combinata di carico statico e corrosione. Il meccanismo principale è la formazione iniziale di vaiolature e crepe da corrosione seguita dal cedimento strutturale causato dalle concentrazioni di stress in queste fessure. I dettagli del meccanismo di corrosione sono complessi e non sempre compresi e possono essere associati a tensioni residue. I metalli puri, così come l'ottone, non sono soggetti a corrosione sotto stress. Nel caso delle leghe le cricche compaiono nello spazio intercristallino, che costituisce l'anodo rispetto alle regioni interne dei grani; ciò aumenta la probabilità di corrosione lungo i confini intercristallini e facilita il successivo processo di fessurazione lungo di essi. La fatica da corrosione è anche una conseguenza dell'azione combinata di stress meccanico e corrosione. Tuttavia, i carichi ciclici sono più pericolosi di quelli statici. Le fessurazioni da fatica spesso si verificano in assenza di corrosione, ma l’effetto distruttivo delle fessurazioni da corrosione, che creano concentrazioni di sollecitazioni, è evidente. È probabile che tutti i cosiddetti meccanismi di fatica coinvolgano la corrosione, poiché la corrosione superficiale non può essere completamente eliminata. La corrosione dovuta ai metalli liquidi è una forma speciale di corrosione che non prevede un meccanismo elettrochimico. I metalli liquidi sono di grande importanza soprattutto nei sistemi di raffreddamento reattori nucleari. Come refrigeranti vengono utilizzati potassio e sodio liquidi e loro leghe, nonché piombo liquido, bismuto e leghe piombo-bismuto. La maggior parte dei metalli e delle leghe strutturali, quando entrano in contatto con un mezzo liquido, sono soggetti a distruzione in un modo o nell'altro e il meccanismo di corrosione può essere diverso in ciascun caso. Innanzitutto, il materiale del contenitore o dei tubi in un sistema di trasferimento di calore può dissolversi in piccola misura nel metallo liquido e, poiché la solubilità generalmente varia con la temperatura, il metallo disciolto può precipitare dalla soluzione nella parte raffreddata del sistema, quindi intasamento di passaggi e valvole. In secondo luogo, la penetrazione intercristallina del metallo liquido è possibile se avviene una reazione selettiva con gli additivi leganti del materiale strutturale. Qui, come nel caso della corrosione intergranulare elettrochimica, le proprietà meccaniche si deteriorano senza manifestazioni visibili e senza modificare la massa della struttura; tuttavia, tali casi di impatto distruttivo sono rari. In terzo luogo, i metalli liquidi e solidi possono reagire per formare una lega superficiale, che in alcuni casi funge da barriera alla diffusione per ulteriori attacchi. La corrosione da erosione (impatto, corrosione da cavitazione) si riferisce all'impatto meccanico del metallo liquido che scorre in modalità turbolenta. In casi estremi, ciò porta alla cavitazione e al cedimento erosivo della struttura.
Vedi anche CAVITAZIONE. Gli effetti corrosivi delle radiazioni vengono studiati intensamente in connessione con lo sviluppo dell’energia nucleare, ma in stampa aperta ci sono poche informazioni su questo problema. Il termine comunemente usato "danno da radiazioni" si riferisce a tutti i cambiamenti nella natura meccanica, fisica o chimica dei materiali solidi che sono causati dall'esposizione ai seguenti tipi di radiazioni: radiazioni ionizzanti (raggi X o g), particelle cariche leggere (elettroni ), particelle cariche pesanti (particelle a) e particelle pesanti prive di carica (neutroni). È noto che bombardare un metallo con particelle pesanti alte energie porta a disturbi a livello atomico che, in circostanze appropriate, possono essere siti di reazioni elettrochimiche. Tuttavia, il cambiamento più importante non avviene nel metallo stesso, ma nel suo ambiente. Tali effetti indiretti derivano dall'azione delle radiazioni ionizzanti (ad esempio i raggi G), che non modificano le proprietà del metallo, ma nelle soluzioni acquose provocano la formazione di radicali liberi altamente reattivi e perossido di idrogeno, e tali i composti contribuiscono ad aumentare il tasso di corrosione. Inoltre, un inibitore della corrosione come il bicromato di sodio verrà ridotto e perderà la sua efficacia. Sotto l'influenza delle radiazioni ionizzanti, anche i film di ossido si ionizzano e perdono le loro proprietà di protezione dalla corrosione. Tutte le caratteristiche di cui sopra dipendono fortemente dalle condizioni specifiche associate alla corrosione.
Ossidazione dei metalli. La maggior parte dei metalli reagiscono con l'ossigeno atmosferico per formare ossidi metallici stabili. La velocità con cui avviene l'ossidazione dipende fortemente dalla temperatura, e a temperature normali sulla superficie del metallo si forma solo una sottile pellicola di ossido (sul rame, ad esempio, ciò si nota dall'oscuramento della superficie). A temperature più elevate, il processo di ossidazione avviene più velocemente. I metalli nobili costituiscono un'eccezione a questa regola poiché hanno una bassa affinità per l'ossigeno. Si presume che l'oro non si ossidi affatto se riscaldato in aria o ossigeno e che la debole ossidazione del platino a temperature fino a 450 ° C cessi se riscaldato a temperature più elevate. I metalli strutturali convenzionali si ossidano per formare quattro tipi di composti di ossido: volatili, densi, protettivi o non porosi. Un piccolo numero di metalli refrattari, come tungsteno e molibdeno, diventano fragili alle alte temperature e formano ossidi volatili, quindi uno strato protettivo di ossido non si forma nemmeno a temperature elevate. alta temperatura i metalli devono essere protetti da un'atmosfera inerte (gas inerti). I metalli ultraleggeri tendono a formare ossidi troppo densi, che sono porosi e non proteggono i metalli da ulteriore ossidazione. Per questo motivo il magnesio si ossida molto facilmente. Su molti metalli si formano strati protettivi di ossido, ma di solito sono solo moderatamente protettivi. Una pellicola di ossido sull'alluminio, ad esempio, ricopre completamente il metallo, ma sotto sollecitazione di compressione si sviluppano crepe, apparentemente dovute a cambiamenti di temperatura e umidità. L'effetto protettivo degli strati di ossido è limitato a temperature relativamente basse. Molti " metalli pesanti"(ad esempio rame, ferro, nichel) formano ossidi non porosi che, sebbene non si fessurano, non sempre proteggono il metallo base. Teoricamente questi ossidi sono di grande interesse e vengono attivamente studiati. Contengono una quantità inferiore alla quantità stechiometrica di metallo; gli atomi di metallo mancanti formano buchi nel reticolo di ossido. Di conseguenza, gli atomi possono diffondersi attraverso il reticolo e lo spessore dello strato di ossido aumenta costantemente.
Applicazione delle leghe. Poiché tutti i metalli strutturali conosciuti sono soggetti all'ossidazione, gli elementi strutturali che si trovano ad alte temperature in un ambiente ossidante dovrebbero essere realizzati con leghe che contengono un metallo resistente all'azione dell'ossidante come elemento di lega. Questi requisiti sono soddisfatti dal cromo, un metallo abbastanza economico (utilizzato sotto forma di ferrocromo), presente in quasi tutte le leghe ad alta temperatura che soddisfano i requisiti di resistenza all'ossidazione. Pertanto, tutti gli acciai inossidabili legati al cromo hanno una buona resistenza all'ossidazione e sono ampiamente utilizzati nelle case e nelle industrie. La lega di nichelcromo, ampiamente utilizzata come filo per spirali di forni elettrici, contiene l'80% di nichel e il 20% di cromo ed è completamente resistente all'ossidazione a temperature fino a 1000 ° C. Le proprietà meccaniche non sono meno importanti della resistenza all'ossidazione, e spesso risulta che alcuni elementi della lega (come il cromo) conferiscono alla lega sia resistenza alle alte temperature che resistenza all'ossidazione, così che il problema dell'ossidazione ad alta temperatura non è diventato un problema serio fino a quando non è stato utilizzato olio combustibile contenente vanadio (nel gas motori a turbina) o sodio. Questi contaminanti, insieme allo zolfo nel carburante, producono prodotti di combustione estremamente corrosivi. I tentativi di risolvere questo problema hanno portato allo sviluppo di additivi che, quando bruciati, formano composti volatili innocui con vanadio e sodio. La corrosione da sfregamento non comporta corrosione galvanica o ossidazione diretta in fase gassosa, ma è principalmente un effetto meccanico. Si tratta del danneggiamento delle superfici metalliche articolate a seguito dell'abrasione durante i loro piccoli e multipli spostamenti relativi; osservato sotto forma di graffi, ulcere, conchiglie; è accompagnato da inceppamenti e riduce la resistenza alla fatica da corrosione, perché i graffi risultanti servono come punto di partenza per lo sviluppo della fatica da corrosione. Esempi tipici- danni alle scanalature di montaggio delle pale delle turbine dovuti a vibrazioni, abrasione delle giranti dei compressori, usura dei denti degli ingranaggi, collegamenti filettati, ecc. A piccoli spostamenti multipli, le pellicole protettive di ossido vengono distrutte, ridotte in polvere e la velocità di corrosione aumenta. La corrosione da sfregamento dell'acciaio è facilmente identificabile dalla presenza di particelle di ossido rosso-marrone. La lotta contro la corrosione da sfregamento viene effettuata migliorando i progetti, utilizzando rivestimenti protettivi, guarnizioni elastomeriche, lubrificanti.
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Distruzione superficiale dei metalli sotto l'influenza di sostanze chimiche. o elettrochimico fattori: esposizione a gas (ossigeno, anidride carbonica, idrogeno solforato, ecc.), sali solubili (di cui i più pericolosi sono i cloruri), acidi minerali e organici... Dizionario tecnico ferroviario

CORROSIONE DEI METALLI- distruzione spontanea dei metalli causata da sostanze chimiche. ed elettrochimico processi sulla loro superficie quando interagiscono con l'ambiente esterno, a seguito dei quali cambia prima l'aspetto della superficie, poi si perde la plasticità, la resistenza meccanica diminuisce... Grande Enciclopedia del Politecnico

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- (dal tardo lat. corrosio corrosione), fisico. chimico. interazione metallica materiale e ambiente, con conseguente deterioramento delle prestazioni. St. in materia, ambiente o tecnologia. sistemi, di cui sono parti. K. m. si basa sulla sostanza chimica. zione tra il materiale e... ... Enciclopedia chimica

corrosione dei metalli- metalų korozija statusas T sritis chemija apibrėžtis Metalų, jų lydinių ir metalinių gaminių irimas dėl aplinkos poveikio. atikmenys: ingl. corrosione dei metalli; corrosione dei metalli; corrosione metallica rus. corrosione dei metalli... Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

Corrosione dei metalli- Corrosione: interazione fisico-chimica tra il metallo e l'ambiente, a seguito della quale le proprietà del metallo cambiano e spesso si verifica un deterioramento delle caratteristiche funzionali del metallo, dell'ambiente o del sistema tecnico che le comprende...

Ministero dell'Istruzione della Federazione Russa

Università economica dello Stato del Pacifico

ASTRATTO

Disciplina: Chimica

Argomento: corrosione dei metalli

Completato:

Studente del gruppo 69

Krivitskaya Evgenia

Nakhodka

Corrosione di materiali non metallici

Man mano che le condizioni operative diventano più severe (aumento della temperatura, stress meccanico, aggressività ambientale, ecc.), anche i materiali non metallici sono esposti all'azione dell'ambiente. In relazione a ciò, il termine "corrosione" ha iniziato ad essere utilizzato in relazione a questi materiali, ad esempio "corrosione del calcestruzzo e cemento armato", "corrosione della plastica e della gomma". Ciò si riferisce alla loro distruzione e perdita delle proprietà operative a seguito dell'interazione chimica o fisico-chimica con l'ambiente. Ma va tenuto presente che i meccanismi e la cinetica dei processi per i non metalli e i metalli saranno diversi.

Corrosione dei metalli

La formazione di coppie galvaniche è utilmente utilizzata per realizzare batterie ed accumulatori. D'altra parte, la formazione di una tale coppia porta a un processo sfavorevole, la cui vittima è un certo numero di metalli: la corrosione. La corrosione si riferisce alla distruzione elettrochimica o chimica di un materiale metallico che si verifica sulla superficie. Molto spesso, durante la corrosione, il metallo viene ossidato per formare ioni metallici che, dopo ulteriori trasformazioni, producono vari prodotti di corrosione. La corrosione può essere causata da un processo chimico o elettrochimico. Di conseguenza, viene fatta una distinzione tra corrosione chimica ed elettrochimica dei metalli.

Corrosione chimica

La corrosione chimica è l'interazione della superficie metallica con (corrosione- attivo) ambiente, non accompagnato dal verificarsi di processi elettrochimici al confine di fase. In questo caso, le interazioni di ossidazione del metallo e riduzione della componente ossidante dell'ambiente corrosivo avvengono in un unico atto. Ad esempio, la formazione di incrostazioni quando i materiali a base di ferro reagiscono ad alte temperature con l'ossigeno:

4Fe+3O2 → 2Fe2O3

Durante la corrosione elettrochimica, la ionizzazione degli atomi metallici e la riduzione della componente ossidante dell'ambiente corrosivo non avvengono in un unico atto e le loro velocità dipendono dal potenziale dell'elettrodo del metallo (ad esempio, la ruggine dell'acciaio nell'acqua di mare).

Corrosione elettrochimica

La distruzione del metallo sotto l'influenza di elementi galvanici derivanti in un ambiente corrosivo è chiamata corrosione elettrochimica. La corrosione di un materiale omogeneo, ad esempio la ruggine del ferro o simili, non deve essere confusa con la corrosione elettrochimica. Nella corrosione elettrochimica (la forma più comune di corrosione) è sempre necessaria la presenza di un elettrolita (condensa, acqua piovana, ecc.) con il quale gli elettrodi sono in contatto - o diversi elementi della struttura del materiale o due diversi materiali a contatto con diversi potenziali redox. Se nell'acqua si sciolgono ioni di sali, acidi o simili, la sua conduttività elettrica aumenta e la velocità del processo aumenta.

Elemento corrosivo

Quando due metalli con potenziale redox diverso entrano in contatto e vengono immersi in una soluzione elettrolitica, ad esempio acqua piovana con anidride carbonica CO 2 disciolta, si forma una cella galvanica, la cosiddetta cella di corrosione. Non è altro che una cella galvanica chiusa. Dissolve lentamente materiali metallici con potenziale redox inferiore; il secondo elettrodo in una coppia, di regola, non si corrode. Questo tipo di corrosione è particolarmente caratteristico dei metalli con elevati potenziali negativi. Pertanto, una piccolissima quantità di impurità sulla superficie di un metallo con elevato potenziale redox è già sufficiente per la formazione di un elemento corrosivo. Particolarmente a rischio sono le aree in cui i metalli entrano in contatto con potenziali diversi, ad es. cordoni di saldatura o rivetti.

Se l'elettrodo di dissoluzione è resistente alla corrosione, il processo di corrosione viene rallentato. Questa è la base, ad esempio, per proteggere i prodotti in ferro dalla corrosione mediante stagnatura o zincatura: lo stagno o lo zinco hanno un potenziale più negativo del ferro, quindi in tale coppia il ferro viene ripristinato e lo stagno o lo zinco devono corrodersi. Tuttavia, a causa della formazione di una pellicola di ossido sulla superficie dello stagno o dello zinco, il processo di corrosione viene notevolmente rallentato.

Corrosione da idrogeno e ossigeno

Se si verifica una riduzione degli ioni H 3 O + o delle molecole d'acqua H 2 O, si parla di corrosione da idrogeno o corrosione con depolarizzazione dell'idrogeno. La riduzione ionica avviene secondo il seguente schema:

2H3O + + 2e − → 2H2O + H2

2H2O + 2e − → 2OH − + H2

Se l'idrogeno non viene rilasciato, cosa che spesso avviene in ambiente neutro o fortemente alcalino, l'ossigeno si riduce e si parla di corrosione dell'ossigeno o corrosione con depolarizzazione dell'ossigeno:

O2 + 2H2O + 4e − → 4OH −

Un elemento corrosivo può formarsi non solo quando due metalli diversi entrano in contatto. Un elemento corrosivo si forma anche nel caso di un metallo, se ad esempio la struttura superficiale è eterogenea.

Anti corrosivo

La corrosione provoca perdite per miliardi di dollari ogni anno e risolvere questo problema è un compito importante. Il principale danno causato dalla corrosione non è la perdita del metallo in quanto tale, ma l’enorme costo dei prodotti distrutti dalla corrosione. Ecco perché le perdite annuali che ne derivano nei paesi industrializzati sono così grandi. Le reali perdite derivanti da esso non possono essere determinate valutando solo le perdite dirette, che comprendono il costo di una struttura crollata, il costo della sostituzione delle attrezzature e i costi delle misure di protezione dalla corrosione. Danni ancora maggiori derivano dalle perdite indirette. Questi includono tempi di inattività delle apparecchiature durante la sostituzione di parti e gruppi corrosi, perdite di prodotto e interruzione dei processi tecnologici.

La protezione ideale dalla corrosione è garantita per l'80% da un'adeguata preparazione della superficie e solo per il 20% dalla qualità delle pitture e vernici utilizzate e dal metodo di applicazione. . Il più produttivo e metodo efficace preparazione della superficie prima dell'ulteriore protezione del supporto sabbiatura .

In genere, esistono tre aree di metodi di protezione dalla corrosione:

1. Strutturale

2. Attivo

3. Passivo

Per prevenire la corrosione, vengono utilizzati come materiali strutturali. acciai inossidabili , Acciai Corten , metalli non ferrosi .

Come protezione contro la corrosione, applicazione di qualsiasi rivestimenti, che impedisce la formazione di un elemento corrosivo (metodo passivo).

Corrosione da ossigeno del ferro zincato

Corrosione da ossigeno del ferro rivestito di stagno

Il rivestimento in vernice, il rivestimento polimerico e la smaltatura devono innanzitutto impedire l'accesso di ossigeno e umidità. Spesso viene utilizzato anche il rivestimento, ad esempio, dell'acciaio con altri metalli come zinco, stagno, cromo e nichel. Il rivestimento di zinco protegge l'acciaio anche quando il rivestimento è parzialmente distrutto. Lo zinco ha un potenziale più negativo e si corrode per primo. Gli ioni Zn 2+ sono tossici. Nella produzione di lattine viene utilizzato lo stagno rivestito con uno strato di stagno. A differenza della lamiera zincata, quando lo strato di stagno viene distrutto, il ferro comincia a corrodersi, e in modo più intenso, poiché lo stagno ha un potenziale più positivo. Un altro modo per proteggere il metallo dalla corrosione è utilizzare un elettrodo protettivo con un elevato potenziale negativo, ad esempio in zinco o magnesio. A tale scopo viene creato appositamente un elemento di corrosione. Il metallo protetto funge da catodo e questo tipo di protezione è chiamata protezione catodica. L'elettrodo di dissoluzione viene quindi chiamato anodo di protezione sacrificale. Questo metodo viene utilizzato per la protezione dalla corrosione. navi marittime, ponti, impianti caldaia, tubazioni sotterranee. Per proteggere lo scafo della nave, all'esterno dello scafo vengono fissate piastre di zinco.

Se confronti i potenziali di zinco e magnesio con il ferro, hanno potenziali più negativi. Tuttavia, si corrodono più lentamente a causa della formazione di una pellicola protettiva di ossido sulla superficie, che protegge il metallo da ulteriore corrosione. La formazione di un tale film è chiamata passivazione del metallo. Nell'alluminio viene esaltato mediante ossidazione anodica (anodizzazione). Quando una piccola quantità di cromo viene aggiunta all'acciaio, sulla superficie del metallo si forma una pellicola di ossido. Il contenuto di cromo nell'acciaio inossidabile è superiore al 12%.

Sistema di zincatura a freddo

Il sistema di zincatura a freddo è progettato per esaltare le proprietà anticorrosive di un rivestimento multistrato complesso. Il sistema fornisce una protezione catodica (o galvanica) completa delle superfici in ferro dalla corrosione in vari ambienti aggressivi

Il sistema di zincatura a freddo è disponibile in uno, due o tre pacchi e comprende:

· legante: sono note composizioni a base di cloruratocaucciù, etilsilicato, polistirolo, resina epossidica, uretano, alchidico (modificato);

· riempitivo anticorrosivo - polvere di zinco (“polvere di zinco”), contenente più del 95% di zinco metallico, avente una dimensione delle particelle inferiore a 10 micron e un grado minimo di ossidazione.;

· indurente (nei sistemi a due e tre componenti)

I sistemi di zincatura a freddo monocomponente vengono forniti pronti all'uso e richiedono solo un'accurata miscelazione della composizione prima dell'applicazione. I sistemi a due e tre componenti possono essere forniti in più confezioni e richiedono operazioni aggiuntive per preparare la composizione prima dell'applicazione (miscelazione del legante, del riempitivo, dell'indurente).