Curs nr

PAGE

Cursul nr.6Metode de protecie a metalelor

mpotriva coroziunii

Posibilitile de baz pentru protecia materialelor mpotriva coroziunii sunt: protecia pasiv i protecie activ (tabelul 6.1).

6.1 Protecie pasiv

Se realizeaz prin aplicarea de straturi protectoare. Straturile trebuie s fie mai rezistente la coroziune n condiiile date dect materialul pe care-l protejm.

n domeniul proteciei mpotriva coroziunii alegerea raional a materialului este cea mai important metod de protecie. n tabelul 6.1 se prezint comportarea ctorva metale n diverse medii corozive.

6.1.1 Aplicarea depunerilor protectoare

Metoda const n acoperirea suportului cu un strat de metal, oxid, fosfat, silicat, sau cu un strat de natur organic rezistent la coroziune dect metalul-suport.

Straturi protectoare metalice

Depunerea straturilor protectoare metalice se poate realiza prin electrodepunere (galvanizare), prin cufundarea la cald, prin pulverizare, prin difuzie termic, sau prin placare.

Acoperiri anodice sunt acelea la care potenialul metalului de baz este mai electropozitiv. De exemplu acoperirile de zinc i cadmiu pe fier i oel. Metalul din stratul depus are potenial mai electronegativ dect a metalului de baz, i n cazul existenei unor discontinuiti n stratul protector (pori, zgrieturi, fisuri, exfolieri, etc.) se pot forma elemente n care stratul metalic depus (mai electronegativ), joaca un rol de anod i se dizolv, iar stratul de baz (piesa ) este catod.

Aceste acoperiri prezint dezavantajul c n timp, aspectul lor se nrutaete.

Acoperiri catodice. Stratul metalic depus este mai electropozitiv dect metalul de baz. Aceste straturi protectoare numai dac nu prezint poroziti, zgrieturi, fisuri, deci sunt continue. Existena porilor sau a discontinuitilor n strat de orice natur, duce la formarea micropilelor, n care metalul piesei funcineaz drept anod i se dizolv, iar metalul din strat de orice natur, duce la formarea micropilelor, n care metalul piesei funcioneaz drept anod i se dizolv iar metalul din strat este catod.

Tabelul 6.1

Comportarea ctorva metale n diverse medii coroziveSubstanaRezistent la coroziune n:

f= foarte, p= putinNerezistent la coroziune n:

Cuprul-n acizi care nu produc oxidarea lui- aer: CuO2 rou brun

temperatur (CuO brun nchis)

- aer+ CO2, hidrocarburi de cupru

- HCl, H2SO4- la temperatur

- cianuri

- acizi organici (nitric)

- vapori de ap H2O+H2 (boala hidrogenului- fragilitate Cu)

Aluminiul-datorit filmului de Al2O3

- acid cianhidric

- acid clorhidric

- acid clorhidric

- acid nitric- Cl, F la temperatur ridicat

- NaOH

- Hg i sruri de Hg

Nichelul- atmosfer

- aer uscat- acizi

- atmosfer umed

- CO

Fierul- soluii oxidante

- alcaline

- ap dur- ape dulci

- acizi

Cromul- HNO3- aer rece i cald

- oxigen, alte gaze- soluii alcaline concentrate

- HCl, H2SO4

Plumbul- HCl, H2SO4- atmosfer

- ap- HNO3

Staniul- atmosfer

- mediu acid P- HF

Wolframul

Molibdenul- sruri acizi,

- soluii alcaline la temperaturi joase- la temperatur este atacat de majoritatea substanelor (necesit atmosfer protectoare)

Titanul- aer, ap, ap de mare, soluii alcaline diluate- acizi

Tabelul 6.2

Caracteristicile straturilor protectoareFelul depuneriiCaracteristici

Catodic- continue

- lipsite de pori

- aderen bun la suprafaa materialului suport

- rezisten mecanic

- rezisten la uzur

- grosime uniform

Anodic- nu este necesar sa fie complet lipsit de pori, deoarece metalul suport este catodul

De aceea ele se realizeaz n staturi suficient de groase de aproximativ 50m, dar niciodat prea groase.

Caracterul anodic sau catodic al depunerilor metalice este influenat de mediul de coroziune i de condiiile de exploatare. n funcie de temperatur i de pH-ul mediului, metalele i modific potenialul de electrod. Astfel zincul nu mai protejeaz oelul la temperatuir peste 70- trecnd un potenial mai electropozitiv. De asemenea, stratul de Sn pe oel este o acoperire catodic tipic, dar n mediu de acizi organici devine anodic deoarece staniul forneaz combinaii complexe cu compuii organici i astfel potenialul lui devine mai electronegativ.

Straturi metalice depuse electrochimic

Se realizeaz prin electroliza soluiilor apoase care conin ionii metalului de depunere. Piesa de acoperit constituie catodul, iar anodul poate fi din metalul care urmeaz s fie depus (anod solubil) sau dintr-un material inert n condiiile de electropunere (anod insolubil). Piesa ce urmeaz s fie acoperit, dup ce a fost pregtit corespunztor (decapat, degresat, splat, etc.), se introduce n baie de electroliz la catod la densitatea de curent cerut de proces i un timp suficient pentru a realiza grosimea dorit. n funcie de gradul de agresivitate al mediului coroziv, grosimea stratului de depunere va fi diferit (tabelul. 6.3).

Durata procesului de depunere pentru obinerea grosimii statului dorit se calculeaz cu relaia:

(6.1)

Unde: d= grosimea depunerii;

= greutatea specific a metalului depus;

Dc= densitatea de curent;

Rc= randamentul de curent;

K= echivalentul electrochimic al metalului care de depune.

Tabelul 6.3

Grosimea straturilor protectoare in funcie de agresivitatea mediului

Condiii uoare- exploatarea n ncperi cu temperatura de maxim 25C, i umiditatea relativ a aerului de aproximativ 65%

Condiii medii- exploatarea n exterior, la climat tropical uscat sau rece (regiuni subarctice).

Condiii grele- exploatarea n exterior sau sub spaii acoperite n climat temperat neimpurificat sau n ncperi n care se produce condensarea vaporilor.

Condiii foarte grele- exploatare n exterior sau sub spaii acoperite n climat tropical umed sau n orice climat cu atmosfer impurificat cu gaze agresive (SO2, CO2) sau n climat marin (aerosoli de NaCl).

Zincarea este o protecie anodic, confer oelului o protecie foarte bun n: aer uscat sau cu umiditatea moderat, n aer impurificat cu gaze de ardere sau gaze sulfuroase, n contact cu apa potabil, cu apa de rcire (pn la 70C) sau n prezena produselor petrolifere, atmosfer marin. Dac stratul de zinc este pasivat sau vopsit se marete rezistena la coroziune.

Cadmierea (depunere anodic) este utilizat pentru protejarea pieselor i a utilajelor ce lucreaz n climat tropical umed i n atmosfer marin. Este mai costisitor dect zincul i se aplic n straturi care apoi se pasiveaz.

Cuprarea nu se utilizeaz ca depunere anticoroziv independent, ci se folosete ca strat intermediar la nichelare, cromare, argintare la protecie local mpotriva carburrii, n timpul tratamentului termic de cementare, ca strat lubrifiant la trefilare sau tanare, la obinerea bimetalului cupru- fier i la recondiionarea pieselor uzate.

Nichelarea, fr straturi intermediare se utilizeaz la protecia fierului n soluii alcaline, instrumente medicale, utilaje din industria alimentar, piese expuse frecrii (mrete duritatea superficial). La atacul atmosferei nu rezist dect aplicat n straturi suficient de groase i neporoase sau pe strat intermediar de cupru. Acoperiri de mare rezisten se obin prin realizarea unui strat lucios i unul semilucios (nichelul Duplex). Pentru a-i mri duritatea i mbunti aspectul, peste nichel se depune crom. n strat foarte subire se aplic oel naintea cuprrii n baie acid.

Cromarea se utilizeaz pentru mrirea duritii superficiale (cromare dur), a mririi rezistenei la uzur n condiii de frecare (cromare dur i poroas), recondiionarea pieselor uzate. Confer oelului o bun protecie n atmosfera de CO2 i SO2. Cromul depus pe strat intermediar de cupru i nichel se face n scop decorativ protector i pentru mrirea coeficientului de reflexie al suprafeelor.

Stanarea se folosete la acoperirea pieselor n industria alimentar, segmeni de piston ai pistoanlor de aluminiu, ai contactelor electrice, ai cablurilor de cupru. n contact cu soluii de sruri anorganice sau cu apa potabil, depunerile de staniu trebuie protejate suplimentar prin pasivare sau vopsire.

Plumbuirea se exacut pentru protecia mainilor i aparatelor ce lucreaz n acid sulburic, sulfai, sulfuri, sau n atmosferele industriale de gaze sulfuroase.

Argintarea protejeaz aparatura chimic mpotriva soluiilor alcaline, a contactelor electrice, mrete coeficientul de reflexie al suprafeelor protectoare.

Aurirea se aplic pentru protecia unor aparate ca: balanele analitice, bombele calorimetrice, etc.

n tabelul 6.4 se dau cteva reete i condiiile de lucru pentru obinerea depunerilor prezentate.

Straturile metalice se pot depune i prin scufundarea pieselor n topitura de metal protector, prin trimiterea pe suprafaa ce trebuie protejat a unui curent de particule fine de metal topit, dispersat cu ajutorul aerului comprimat (metalizare prin pulverizare), prin punerea n contact a piesei cu pulbere sau vaporii de metal la temperaturi nalte (difuzie termic). Operaiile de obinere a straturilor prin difuzie la cald a aluminiului, cromului i siliciului poart numele de termoalitare, termocromare i termosiliciere.

Straturi protectoare nemetalice organice

Peliculele de vopsele sunt formate din substane policulogene, cu divese adaosuri (pigmeni) dizolvate n solveni potrivii i care se aplic pe suprafaa de protejat. Dup uscare formeaz o pelicul aderent cu proprieti protectoare. Protecia acestor pelicule nu const ntr-i simpl izolare mecanic a metalului n mediul coroziv.

Tabelul 6.4

Electroliii si condiii de lucru pentru obinerea unor straturi nemetalice protectoare

Oxidarea aluminiului i aliajelor de aluminiu realizeaz o protecie anticoroziv, aspect decorativ, strat decorativ, strat izolator electric, rezistent la uzur i substrat pentru acoperiri ulterioare.

Straturi protectoare obinute prin fosfatare. Pe suprafaa metalului se depune o pelicul protectoare de fosfai insolubili. Se utilizeaz la protejarea fontei i oelurilor nealiate. Stratul de fosfai este aderent, are structur poroas i proprieti absorbante de aceea este folosit i ca nlocuitor de grund pentru acoperirile cu vopsea. Aceste straturi nu oer dect o slab protecie anticoroziv pentru medii uoare. Din acest motiv este necesar un tratament suplimentar de pasivare al peliculei, de impregnare sau de acoperire cu lacuri i vopsele. Pentru pasivare se utilizeaz soluie de bicromat sau lacuri i vopsele. Pasivarea se face n soluie de bicromat de potasiu 50- 80 g/l, la temperatur de 70- 80C timp de 10- 15 minute. Impregnarea cu ulei se face prin imersia pieselor n ulei anticoroziv cald timp de 10 -15 minute, dup care este prevzut o dehidrogenare la temperatura de 180C.

Cromatarea reprezint o metod de protecie a metalelor neferoase ca Zn, Al, Mg, Cd, Cu cu un strat de cromai alcalini micti de grosime 0,5- 1,0 m.

Condiii de obinere a unor straturi anorganice protectoare sunt trecute n tabelul 6.5.

Tabelul 6.5

Condiii de obinere a unor straturi protectoare metalice

6.2 PROTECIA ACTIV

Se refer la aciunea de modificare a sistemului de coroziune, care cuprinde: materialul, mediul atacant i condiiile de coordonare (temperatur, pH, concentraie n oxigen, presiune, durat, etc). Msurile active de protecie se pot extinde asupra tuturor elementelor care compun sistemul (fig 6.1).

6.2.1 TRATAREA MEDIULUI, CU SCOPUL DE A MICORA CARACTERUL LUI AGRESIV

ndeprtarea agentului oxidantOxigenul, fiind principalul agent oxidant la coroziune n gaze i la temperatur nalt, i agentul depolarizant n cele mai multe procese de coroziune electrochimice este necesar s fie ndeprtat din sistem pentru a reduce coroziunea.

Degazarea termic. Prin aceasta se asigur ndeprtarea oxigenului, aerului i n general gazele dizolvate n lichide. Metoda se bazeaz pe variaia solubilitii gazelor cu temperatura.

Dezoxigenarea chimic. Se realizeaz fie prin trecerea apei printr-un strat de material capabil s lege oxigenul (schimbtori de ioni cu proprieti redox, achii de oel), fie prin dizolvarea n ap (a cantitii bine dozate) de substane reductoare care s reacioneze cu oxigenul dizolvat (sulfit de sodiu sau potasiu, bioxid de sulf, sulfat feros, hidrazin etc)

2Na2SO3+ O2 2Na2SO4N2H4+ O2 N2+ 2H2O

Dezoxigenarea electrochimic. Se trece apa printr-un sistem de celule de electroliz, prevzute cu electrozi bipolari de oel. Oxigenul este consumat n dou procese:

la catod O2+ 2H2O+ 4e 4OH

la anod Fe+ 2OH Fe (OH)2 + 2e4Fe (OH)2 + O2+ 2H2O Fe (OH)3

Se realizeaz o ndeprtare total a oxigenului. Dezavantajul este c apa trebuie filtrat nainte de utilizare.

Meninerea unei atmosfere protectoare. Prin aceasta se realizeaz protecia pieselor metalice supuse tratamentelor termice i prelucrrii la

Inhibitorii catodici nu nltur coroziunea ci numai micoreaz efectele ei i nu sunt periculoi.

Inhibitorii de absorbie. Sunt substane organice puternice polare, care se absorb pe suprafaa metalului i frneaz ambele procese de electrod. Acetia sunt foarte eficace n medii acide i neutre dar nu se folodesc n mediu alcalin, n tabelul 6.6 sunt trecui inhibitorii mai des utilizai.

_1197917735.unknown