Prin definiție, coroziunea este distrugerea metalelor și a aliajelor acestora printr-un proces electrochimic, în cursul căruia metalul formează un compus cu un element nemetalic. Cuvântul de origine latină corrosus – care înseamnă mușcat, mâncat bucată cu bucată – exprimă bine fenomenul distructiv al coroziunii. În condiții normale, reacția dintre un element metalic și unul nemetalic are loc doar dacă elementul nemetalic se află într-o soluție apoasă.
Într-un mediu uscat, fierul nu ruginește. În interiorul piramidelor egiptene, datorită climatului deșertic uscat, s-au putut păstra obiecte de uz din fier vechi de mai multe mii de ani.
Procesul ruginirii – puțină electrochimie
Dacă scufundăm o bucată de metal într-o soluție, de pe suprafața acesteia ioni metalici încărcați pozitiv migrează în soluție, lăsând în urmă, în metal, un număr de electroni corespunzător valenței lor. Astfel, metalul devine încărcat negativ. Simultan se desfășoară și un proces opus. Ionii metalici aflați deja în soluție tind să se depună pe suprafața metalului, cu atât mai mult cu cât sunt mai mulți în soluție. După un timp, cele două procese ajung în echilibru. Această stare se numește potențial normal electrochimic. Potențialul în sine nu poate fi măsurat, ci doar diferența de potențial, de aceea s-a stabilit convenția ca potențialul electrodului de hidrogen să fie considerat zero, iar potențialul celorlalte metale să fie raportat la acesta. O parte dintre metale trimit în soluție mai mulți ioni decât hidrogenul. Astfel sunt fierul, zincul, plumbul. Cealaltă parte a metalelor este mai puțin predispusă la dizolvare, precum argintul, aurul și platina.
Elementul galvanic și coroziunea
Când metale cu potențiale diferite ajung într-o soluție comună, astfel încât între ele există o legătură electrică în afara soluției, procesul de dizolvare se desfășoară cu o viteză dramatică. Dacă scufundăm o bară de zinc și una de cupru în același electrolit, zincul mai puțin nobil trimite în soluție mai mulți ioni decât cuprul, astfel încât în zinc rămân mai mulți electroni, ceea ce îi conferă o încărcare negativă mai puternică decât a cuprului. Dacă legăm bara de cupru și cea de zinc, în afara electrolitului, cu un conductor electric, electronii vor curge către cuprul mai puțin negativ. Astfel, zincul își pierde din sarcină și trimite în soluție și mai mulți ioni de zinc pozitivi, precum și electroni către cupru. În timp ce prin conductorul exterior circulă curent electric, dizolvarea zincului, care oricum se dizolvă mai repede, se accelerează, iar în paralel cea a cuprului încetinește. Acesta este principiul de funcționare al elementului galvanic.
Elementele locale
Elementele galvanice asemănătoare celor descrise mai sus, din păcate, nu există doar în laborator, ci se formează spontan și în structurile metalice. Consecința: coroziunea metalului mai instabil se accelerează. La contactul dintre metale diferite trebuie întotdeauna să se țină cont de pericolul formării unui element local. Dar și suprafața aliajelor cu structură eterogenă este un lanț de elemente locale, deoarece potențialul părților aliajului îmbogățite în grade diferite va fi diferit. Un element local se formează și atunci când există o diferență în concentrația electrolitului aflat în contact cu metalul. De exemplu, în cazul obiectelor metalice scufundate în apă, mai aproape de suprafața apei oxigenul dizolvat este mai mult decât în straturile mai adânci.
Paguba cauzată de coroziune
Din păcate, majoritatea metalelor folosite de omenire nu se află într-o stare de echilibru stabil atunci când intră în contact cu atmosfera și cu apa. Formarea oxizilor și hidroxizilor metalului creează o stare mai stabilă. Metalurgia produce metalul din compușii săi cu un aport de energie, iar natura, prin coroziune, anulează această muncă. Metalul, cedând energie, tinde să se transforme înapoi într-un compus din care a fost produs. Coroziunea este, de fapt, procesul invers al metalurgiei. Paguba cauzată de coroziune este, desigur, mult mai mare decât valoarea metalului astfel pierdut, deoarece metalul care corodează piere întotdeauna ca material al vreunei construcții sau mașini. Coroziunea nu o putem opri complet, dar putem încetini procesul. Anumite metale, precum aluminiul sau plumbul, se oxidează foarte repede, dar oxidul care se formează aderă bine la suprafața metalului și formează un strat continuu, așa-numitul strat pasiv. Acest strat salvează părțile metalice interioare de o coroziune ulterioară, până când acest strat pasiv nu se deteriorează sau nu se dizolvă în acid ori în bază. Din păcate, proprietățile oxidului de fier format în cursul coroziunii fierului, cel mai des folosit metal, nu sunt astfel. Oxidul de fier (rugina) are o structură lamelară, se fărâmițează ușor și nu aderă la suprafața metalului. De aceea, obiectele din fier, după un timp, se prefac în pulbere pe întreaga lor secțiune dacă nu ne apărăm împotriva ruginirii.
În Ungaria, coroziunea provoacă, potrivit estimărilor, pagube de 50 de miliarde de forinți pe an.
Împotriva coroziunii trebuie să ne apărăm!
Pentru aceasta există următoarele posibilități:
- Prin tratarea mediului care provoacă coroziunea
- Prin metode electrochimice
- Prin straturi de protecție
- Prin utilizarea aliajelor rezistente la coroziune
Tratarea mediului care provoacă coroziunea:
Nu avem prea multe șanse să îndepărtăm oxigenul și apa din mediul metalelor, deoarece fără acestea nici noi nu putem trăi. Dar putem reduce cantitatea de gaze nocive (SO2, CO2, Cl2) care ajung în atmosferă, care formează acizi cu apa și accelerează astfel coroziunea metalelor. Dacă reducem emisia acestor gaze, ne facem un bine atât nouă, cât și obiectelor noastre din metal.
Tratarea mediului are importanță mai degrabă doar în cazul sistemelor închise, în general al sistemelor de răcire sau de încălzire. Dacă alcalinizăm lichidul care circulă în sistem, reducem coroziunea internă. O metodă eficientă este și extragerea oxigenului dizolvat din apă. Pentru aceasta, apa este trecută printr-o substanță care reduce oxigenul, de exemplu prin șpan de fier. În acest caz, șpanul de fier fără valoare și cu suprafață mare, în timp ce el însuși ruginește, extrage din apă oxigenul dizolvat.
Metoda electrochimică, sau cu alt nume protecția catodică
Dacă transformăm obiectul metalic care trebuie protejat în catod, coroziunea poate fi încetinită considerabil. Putem face acest lucru conectându-l ca un catod într-un circuit sau legându-l de un metal mai puțin nobil decât el. Aceasta se aplică cel mai adesea pentru protecția conductelor de fier aflate sub pământ. Conducta de fier se leagă electric de blocuri de magneziu îngropate sub pământ. Anodul de magneziu al elementului galvanic format se dizolvă încet, în timp ce protejează fierul de ruginire. Un bloc de magneziu de 10 kg se consumă sub pământ în aproximativ 40-50 de ani.
Straturile de protecție:
Sarcina straturilor de protecție este de a ține departe umezeala și oxigenul de suprafața metalului. Se pot acoperi doar suprafețe curate metalic. În cazul unei suprafețe murdare, coroziunea poate continua sub strat. Volumul oxidului de fier format în cursul coroziunii fierului este mai mare decât cel al fierului, astfel încât, dacă stratul nu este suficient de elastic, îi crapă suprafața. Aceasta se numește explozie de rugină.
Stratul de protecție poate fi făcut din materiale nemetalice. Astfel sunt vopselele, emailurile, lacurile, materialele plastice. Dar oferă o protecție temporară și grăsimile și uleiurile care resping apa. Caracteristica comună a straturilor nemetalice este că izolează electric obiectul metalic.
Un alt tip al straturilor de protecție este atunci când fierul se acoperă cu un metal mai rezistent la coroziune sau, de la bun început, din oțel inoxidabil și rezistent la acizi se realizează piesa. Metalele care pot fi folosite ca strat de protecție sunt zincul, staniul, nichelul, cromul, cadmiul, aluminiul, argintul, aurul, platina sau titanul.
Datorită ieftinătății sale, cel mai des se folosește zincul. Aceasta o numim zincare.
Procedeul la cald:
Stratul poate fi realizat prin procedeul la cald, când metalul care urmează a fi acoperit este scufundat în topitura materialului de acoperire. Prin durata scufundării, grosimea stratului poate fi bine reglată. Stratul poate fi realizat și astfel încât metalul de acoperire topit să fie pulverizat pe piesă cu ajutorul aerului comprimat. În cazul pieselor foarte mici, unde este necesară formarea unui strat foarte subțire, metalul este vaporizat în vid, prin descărcare electrică în arc sau cu laser, iar acesta condensează pe piesa rece. Prin acest procedeu se poate realiza un strat și din metale cu punct de topire ridicat.
Galvanizarea:
Obiectul care urmează a fi acoperit este scufundat într-o baie ce conține ionii metalului de acoperire și este conectat drept catod al circuitului de curent continuu. Din electrolit, prin reducere electrochimică, se depune un strat metalic pe catod, adică pe obiectul care trebuie protejat. Acolo unde, pe lângă rezistența la coroziune, este nevoie de o rezistență mare la uzură și de duritate, se folosește nichel sau crom ca strat de protecție. Ambele metale dau o suprafață lucioasă, de aceea se folosesc și ca ornament.
Placarea:
Se folosește pentru protecția anticorozivă a tablelor. Metalul care trebuie protejat este curățat, asprit, iar stratul metalic de protecție este laminat la rece pe acesta. Metoda se folosește mai ales în construcția de avioane, deoarece aliajele de aluminiu de mare rezistență nu sunt rezistente la coroziune.
Protecția de suprafață în mai multe straturi:
În cazul echipamentelor folosite în condiții extreme, peste stratul de protecție metalic se aplică, de cele mai multe ori, și un strat nemetalic de polimer* dezvoltat în acest scop. Prin combinarea straturilor, se pot crea piese rezistente la coroziune chiar și în condiții extreme. O astfel de protecție de suprafață în mai multe straturi este, de exemplu, procedeul de formare a suprafeței cu denumirea de fantezie Delta Magni, Delta Tone. Pe lângă acestea, un rol deosebit îl au oțelurile inoxidabile și rezistente la acizi, care, ca material de bază, asigură ele însele un nivel ridicat de rezistență la coroziune.
Despre aliajele rezistente la coroziune puteți citi în numărul nostru următor.
*polimer: macromoleculă alcătuită din unități care se repetă
Lasă un răspuns