Qu'est-ce que la corrosion chimique et comment l'éliminer?

La corrosion chimique est un processus consistant à détruire un métal lors d'une interaction avec un environnement extérieur agressif. La variété chimique des processus de corrosion n'est pas liée aux effets du courant électrique. Dans ce type de corrosion, une réaction oxydative se produit, où le matériau à détruire est en même temps un agent réducteur pour les éléments du milieu.

Contenu:

• Corrosion gazeuse
• Caractéristiques du film d'oxyde
• Taux de corrosion
• Corrosion dans les liquides non électrolytiques
• Méthodes de protection contre la corrosion
• Revêtements organosilicates

La classification d'une variété d'environnements agressifs comprend deux types de destruction des métaux:

• corrosion chimique dans les liquides non électrolytiques;
• corrosion chimique des gaz.

Corrosion gazeuse

La forme la plus courante de corrosion chimique - le gaz - est un processus corrosif qui se produit dans les gaz à des températures élevées. Ce problème est typique du fonctionnement de nombreux types d'équipements technologiques et de pièces (raccords de fours, moteurs, turbines, etc.). De plus, des températures ultra-élevées sont utilisées dans le traitement des métaux sous haute pression (chauffage avant laminage, emboutissage, forgeage, procédés thermiques, etc.).

Les caractéristiques de l'état des métaux à des températures élevées sont déterminées par deux de leurs propriétés - la résistance à la chaleur et la résistance à la chaleur. La résistance à la chaleur est le degré de stabilité des propriétés mécaniques d'un métal à des températures très élevées. Sous la stabilité des propriétés mécaniques se réfère à la préservation de la résistance pendant une longue période et la résistance au fluage. La résistance à la chaleur est la résistance d'un métal à l'activité corrosive des gaz à des températures élevées.

Le taux de développement de la corrosion gazeuse est déterminé par un certain nombre d'indicateurs, notamment:

• température de l'atmosphère;
• composants inclus dans un métal ou un alliage;
• paramètres environnementaux où se trouvent les gaz;
• durée du contact avec le milieu gazeux;
• propriétés des produits corrosifs.

Le processus de corrosion est davantage influencé par les propriétés et les paramètres du film d'oxyde qui est apparu sur la surface métallique. La formation d'oxyde peut être chronologiquement divisée en deux étapes:

• adsorption de molécules d'oxygène sur une surface métallique en interaction avec l'atmosphère;
• entrer en contact avec la surface métallique avec du gaz, résultant en un composé chimique.

La première étape est caractérisée par l'apparition d'une liaison ionique, à la suite de l'interaction de l'oxygène et des atomes de surface, lorsqu'un atome d'oxygène prend une paire d'électrons d'un métal. La liaison qui est apparue se distingue par sa résistance exceptionnelle - elle est supérieure à la liaison de l'oxygène avec le métal dans l'oxyde.

L'explication de cette connexion réside dans l'effet du champ atomique sur l'oxygène. Dès que la surface métallique est remplie d'un agent oxydant (et cela se produit très rapidement), à basse température, grâce à la force du van der Waals, l'adsorption des molécules oxydantes commence. Le résultat de la réaction est l'apparition du film monomoléculaire le plus fin, qui au fil du temps devient plus épais, ce qui complique l'accès à l'oxygène.

Au deuxième stade, une réaction chimique se produit au cours de laquelle l'élément oxydant du milieu prend des électrons de valence du métal. La corrosion chimique est le résultat final de la réaction.

Caractéristiques du film d'oxyde

La classification des films d'oxyde comprend trois types:

• mince (invisible sans dispositifs spéciaux);
• moyen (décoloration);
• épais (visible à l'œil nu).

Le film d'oxyde résultant a des capacités de protection - il ralentit ou même inhibe complètement le développement de la corrosion chimique. De plus, la présence d'un film d'oxyde augmente la résistance à la chaleur du métal.

Cependant, un film vraiment efficace doit répondre à un certain nombre de caractéristiques:

• ne pas être poreux;
• avoir une structure continue;
• ont de bonnes propriétés adhésives;
• diffèrent dans l'inertie chimique par rapport à l'atmosphère;
• être dur et résistant à l'usure.

L'une des conditions ci-dessus - une structure solide est particulièrement importante. La condition de continuité est l'excès du volume des molécules du film d'oxyde sur le volume des atomes métalliques. La continuité est la capacité de l'oxyde à couvrir toute la surface métallique d'une couche continue. Si cette condition n'est pas remplie, le film ne peut pas être considéré comme protecteur. Il existe cependant des exceptions à cette règle: pour certains métaux, par exemple pour le magnésium et les éléments des groupes alcalino-terreux (à l'exclusion du béryllium), la continuité n'appartient pas aux indicateurs critiques.

Pour déterminer l'épaisseur du film d'oxyde, plusieurs techniques sont utilisées. Les qualités protectrices du film peuvent être clarifiées lors de sa formation. Pour ce faire, nous étudions le taux d'oxydation des métaux et les paramètres de l'évolution de la vitesse dans le temps.

Pour l'oxyde déjà formé, une autre méthode est utilisée, qui consiste à étudier l'épaisseur et les caractéristiques de protection du film. Pour ce faire, un réactif est appliqué sur la surface. Ensuite, les experts enregistrent le temps qu'il faudra pour que le réactif pénètre, et sur la base des données obtenues, ils concluent que l'épaisseur du film.

Faites attention! Même le film d'oxyde finalement formé continue d'interagir avec le milieu oxydant et le métal.

Taux de corrosion

L'intensité avec laquelle la corrosion chimique se développe dépend du régime de température. Aux températures élevées, les processus oxydatifs se développent plus rapidement. De plus, la diminution du rôle du facteur thermodynamique au cours de la réaction n'affecte pas le processus.

Le refroidissement et le chauffage variable sont d'une importance considérable. En raison des contraintes thermiques, des fissures apparaissent dans le film d'oxyde. À travers les trous, l'élément oxydant frappe la surface. En conséquence, une nouvelle couche de film d'oxyde est formée et la première est décollée.

Pas le moindre rôle n'est joué par les composants du milieu gazeux. Ce facteur est individuel pour différents types de métaux et correspond aux fluctuations de température. Par exemple, le cuivre est sensible à la corrosion s'il est en contact avec l'oxygène, mais résiste à ce processus dans un environnement d'oxyde de soufre. Pour le nickel, au contraire, l'oxyde sulfurique est mortel et une stabilité est observée dans l'oxygène, le dioxyde de carbone et le milieu aquatique. Mais le chrome résiste à tous ces environnements.

Faites attention! Si le niveau de pression de la dissociation de l'oxyde dépasse la pression de l'élément oxydant, le processus d'oxydation s'arrête et le métal acquiert une stabilité thermodynamique.

Les composants de l'alliage affectent également la vitesse de la réaction oxydative. Par exemple, le manganèse, le soufre, le nickel et le phosphore ne contribuent pas à l'oxydation du fer. Mais l'aluminium, le silicium et le chrome rendent le processus plus lent. Le cobalt, le cuivre, le béryllium et le titane ralentissent encore plus l'oxydation du fer. Les additifs de vanadium, de tungstène et de molybdène contribueront à rendre le processus plus intense, ce qui s'explique par la fusibilité et la volatilité de ces métaux. Les réactions d'oxydation se déroulent le plus lentement avec la structure austénitique, car elle est la plus adaptée aux températures élevées.

Un autre facteur dont dépend la vitesse de corrosion est la caractéristique de la surface traitée. Les surfaces lisses s'oxydent plus lentement et les surfaces inégales plus rapidement.

Corrosion dans les liquides non électrolytiques

Fluides non conducteurs (c.-à-d.liquides non électrolytiques) comprennent des substances organiques telles que:

• le benzène;
• chloroforme;
• les alcools;
• tétrachlorure de carbone;
• phénol;
• l'huile;
• essence;
• kérosène, etc.

De plus, une petite quantité de liquides inorganiques, tels que le brome liquide et le soufre fondu, sont classés comme liquides non électrolytiques.

Il convient de noter que les solvants organiques eux-mêmes ne réagissent pas avec les métaux, cependant, en présence d'une petite quantité d'impuretés, un processus d'interaction intense se produit.

Les éléments soufrés dans l'huile augmentent le taux de corrosion. De plus, les températures élevées et la présence d'oxygène dans le liquide améliorent les processus de corrosion. L'humidité intensifie le développement de la corrosion conformément au principe électromécanique.

Un autre facteur dans le développement rapide de la corrosion est le brome liquide. Aux températures normales, il est particulièrement dommageable pour les aciers à haute teneur en carbone, l'aluminium et le titane. Moins significatif est l'effet du brome sur le fer et le nickel. La plus grande résistance au brome liquide est indiquée par le plomb, l'argent, le tantale et le platine.

Le soufre fondu entre en réaction agressive avec presque tous les métaux, principalement avec le plomb, l'étain et le cuivre. Les nuances de carbone de l'acier et du soufre de titane sont moins affectées et détruisent presque complètement l'aluminium.

Les mesures de protection des structures métalliques situées dans des milieux liquides non conducteurs sont réalisées en ajoutant des métaux résistants à un milieu particulier (par exemple les aciers à haute teneur en chrome). De plus, des revêtements protecteurs spéciaux sont utilisés (par exemple, dans un environnement où il y a beaucoup de soufre, des revêtements en aluminium sont utilisés).

Méthodes de protection contre la corrosion

Les méthodes de contrôle de la corrosion comprennent:

• traitement du métal de base avec une couche protectrice (par exemple, application de peinture);
  
• l'utilisation d'inhibiteurs (par exemple les chromates ou les arsénites);
• l'introduction de matériaux résistants aux processus de corrosion.

Le choix d'un matériau spécifique dépend de l'efficacité potentielle (notamment technologique et financière) de son utilisation.

Les principes modernes de protection des métaux sont basés sur de telles techniques:

1. Amélioration de la résistance chimique des matériaux. Les matériaux chimiquement résistants (plastiques à haut polymère, verre, céramique) ont fait leurs preuves.
2. Isolement du matériau dans un environnement agressif.
3. Réduire l'agressivité de l'environnement technologique. Des exemples de telles actions comprennent la neutralisation et l'élimination de l'acidité dans des environnements corrosifs, ainsi que l'utilisation de divers inhibiteurs.
4. Protection électrochimique (imposant un courant externe).

Les méthodes ci-dessus sont divisées en deux groupes:

1. Une résistance chimique et une isolation accrues sont appliquées avant la mise en service de la ferronnerie.
2. La réduction de l'agressivité de l'environnement et la protection électrochimique sont déjà utilisées dans le processus d'utilisation d'un produit métallique. L'application de ces deux techniques permet d'introduire de nouvelles méthodes de protection, à la suite desquelles la protection est assurée par des conditions de fonctionnement changeantes.

L'une des méthodes de protection des métaux les plus utilisées - un revêtement anti-corrosion galvanique - n'est pas rentable sur les grandes surfaces. La raison en est le coût élevé du processus préparatoire.

La première place parmi les méthodes de protection est le revêtement des métaux avec des peintures et des vernis. La popularité de cette méthode de lutte contre la corrosion est due à une combinaison de plusieurs facteurs:

• propriétés protectrices élevées (hydrophobicité, répulsion des liquides, faible perméabilité aux gaz et perméabilité à la vapeur);
• fabricabilité;
• de nombreuses possibilités de solutions décoratives;
• maintenabilité;
• justification économique.

Dans le même temps, l'utilisation de matériaux largement disponibles n'est pas sans inconvénients:

• mouillage incomplet de la surface métallique;
• une adhérence cassée du revêtement avec le métal de base, ce qui conduit à l'accumulation d'électrolyte sous le revêtement résistant à la corrosion et contribue ainsi à la corrosion;
• porosité, ce qui augmente la perméabilité à l'humidité.

Et pourtant, la surface peinte protège le métal des processus corrosifs même avec des dommages fragmentaires au film, tandis que les revêtements galvaniques imparfaits peuvent même accélérer la corrosion.

Revêtements organosilicates

Pour une protection anticorrosion de haute qualité, l'utilisation de métaux avec un haut niveau d'hydrophobicité, d'imperméabilité dans les environnements d'eau, de gaz et de vapeur est recommandée. Ces matériaux comprennent des organosilicates.

La corrosion chimique ne s'applique pratiquement pas aux matériaux organosilicates. Les raisons en sont la stabilité chimique accrue de telles compositions, leur résistance à la lumière, leurs qualités hydrophobes et leur faible absorption d'eau. Les organosilicates sont également résistants aux basses températures, ont de bonnes propriétés adhésives et une résistance à l'usure.

Les problèmes de destruction des métaux dus aux effets de la corrosion ne disparaissent pas, malgré le développement des technologies pour les combattre. La raison en est l'augmentation constante de la production de métaux et les conditions de fonctionnement de plus en plus difficiles des produits qui en sont issus. Il est impossible de résoudre définitivement le problème à ce stade, les efforts des scientifiques se concentrent donc sur la recherche d'opportunités pour ralentir les processus de corrosion.