Corrosion du métal – causes et méthodes de protection

Points d’article



La corrosion du métal contient bien plus que le nom d’un groupe de rock populaire. La corrosion détruit irrévocablement le métal, le transformant en poussière: de tout le fer produit dans le monde, 10% s’effondreront complètement la même année. La situation avec le métal russe ressemble à ceci: tout le métal fondu en un an dans un haut fourneau sur six de notre pays devient de la poussière rouillée avant la fin de l’année..

Destruction des métaux

L’expression «coûte un joli centime» par rapport à la corrosion des métaux est plus que vraie – les dommages annuels causés par la corrosion représentent au moins 4% du revenu annuel de tout pays développé, et en Russie, le montant des dommages est calculé en dix chiffres. Alors, quelles sont les causes des processus corrosifs dans les métaux et comment les gérer?

Qu’est-ce que la corrosion métallique

Destruction des métaux suite à une interaction électrochimique (dissolution dans un milieu air ou eau contenant de l’humidité – électrolyte) ou chimique (formation de composés métalliques avec des agents chimiques de forte agressivité) avec l’environnement. Un processus de corrosion dans les métaux ne peut se développer que dans certaines zones de la surface (corrosion locale), couvrir toute la surface (corrosion uniforme) ou détruire le métal le long des joints de grains (corrosion intergranulaire).

Le métal sous l’influence de l’oxygène et de l’eau devient une poudre brun clair, mieux connue sous le nom de rouille (Fe2O3H2À PROPOS).

Corrosion chimique

Ce processus se produit dans des environnements qui ne sont pas conducteurs de courant électrique (gaz secs, liquides organiques – produits pétroliers, alcools, etc.), et l’intensité de la corrosion augmente avec l’augmentation de la température – en conséquence, un film d’oxyde se forme sur la surface métallique.

Tous les métaux, ferreux et non ferreux, sont sujets à la corrosion chimique. Les métaux non ferreux actifs (par exemple, l’aluminium) sous l’influence de la corrosion sont recouverts d’un film d’oxyde qui empêche l’oxydation profonde et protège le métal. Et un métal si peu actif, comme le cuivre, sous l’influence de l’humidité de l’air acquiert une floraison verdâtre – patine. De plus, le film d’oxyde ne protège pas le métal de la corrosion dans tous les cas – uniquement si la structure cristalline-chimique du film formé est cohérente avec la structure du métal, sinon le film ne fera rien..

Cuivre patiné

Les alliages sont sensibles à un autre type de corrosion: certains éléments des alliages ne sont pas oxydés, mais sont réduits (par exemple, une combinaison de température et de pression élevées dans les aciers est la réduction des carbures avec de l’hydrogène), tandis que les alliages perdent complètement les caractéristiques nécessaires.

Corrosion électrochimique

Le processus de corrosion électrochimique ne nécessite pas l’immersion obligatoire du métal dans l’électrolyte – un film électrolytique suffisamment mince à sa surface (souvent des solutions électrolytiques imprègnent l’environnement entourant le métal (béton, sol, etc.)). La cause la plus courante de corrosion électrochimique est l’utilisation généralisée de sels ménagers et industriels (chlorures de sodium et de potassium) pour enlever la glace et la neige sur les routes en hiver – les voitures et les services publics souterrains sont particulièrement touchés (selon les statistiques, les pertes annuelles aux États-Unis dues à l’utilisation de sels en hiver sont 2,5 milliards de dollars).

Ce qui suit se produit: les métaux (alliages) perdent une partie de leurs atomes (ils passent dans la solution électrolytique sous forme d’ions), les électrons remplaçant les atomes perdus chargent le métal d’une charge négative, tandis que l’électrolyte a une charge positive. Une paire galvanique se forme: le métal est détruit, progressivement toutes ses particules font partie de la solution. La corrosion électrochimique peut être provoquée par des courants parasites résultant de la fuite d’une partie du courant du circuit électrique dans des solutions aqueuses ou dans le sol et de là dans une structure métallique. Dans les endroits où les courants parasites laissent les structures métalliques dans l’eau ou le sol, le métal est détruit. Il est particulièrement courant que des courants parasites se produisent dans les endroits où se déplace le transport électrique terrestre (par exemple, les tramways et les locomotives ferroviaires alimentées par traction électrique). En seulement un an, des courants errants de 1A peuvent dissoudre le fer – 9,1 kg, le zinc – 10,7 kg, le plomb – 33,4 kg.

Autres causes de corrosion du métal

Le développement de processus corrosifs est facilité par les rayonnements, les déchets de micro-organismes et de bactéries. La corrosion causée par les micro-organismes marins endommage le fond des navires et les processus corrosifs causés par les bactéries ont même leur propre nom – biocorrosion.

Processus corrosifs

La combinaison des effets des contraintes mécaniques et de l’environnement extérieur accélère plusieurs fois la corrosion des métaux – leur stabilité thermique diminue, les films d’oxyde de surface sont endommagés, et dans les endroits où des inhomogénéités et des fissures apparaissent, la corrosion électrochimique est activée.

Mesures de protection des métaux contre la corrosion

Une conséquence inévitable du progrès technologique est la pollution de notre environnement – un processus qui accélère la corrosion des métaux, puisque l’environnement extérieur est de plus en plus agressif à leur égard. Il n’y a aucun moyen d’éliminer complètement la destruction corrosive des métaux, tout ce qui peut être fait est de ralentir ce processus autant que possible.

Pour minimiser la destruction des métaux, vous pouvez faire ce qui suit: réduire l’agression de l’environnement entourant le produit métallique; augmenter la résistance du métal à la corrosion; exclure l’interaction entre le métal et les substances de l’environnement extérieur qui montrent une agression.

Pendant des milliers d’années, l’humanité a essayé de nombreuses façons de protéger les produits métalliques de la corrosion chimique, certains d’entre eux sont utilisés à ce jour: revêtement avec de la graisse ou de l’huile, d’autres métaux qui corrodent dans une moindre mesure (la méthode la plus ancienne, qui a plus de 2000 ans – l’étamage (revêtement étain)).

Protection anti-corrosion avec des revêtements non métalliques

Revêtements non métalliques – les peintures (alkyde, huile et émaux), les vernis (synthétiques, bitumineux et goudronnés) et les polymères forment un film protecteur à la surface des métaux, à l’exclusion (avec son intégrité) du contact avec l’environnement extérieur et de l’humidité.

L’utilisation de peintures et de vernis est avantageuse en ce que ces revêtements protecteurs peuvent être appliqués directement sur le chantier de montage et de construction. Les méthodes d’application des peintures et vernis sont simples et se prêtent à la mécanisation, les revêtements endommagés peuvent être restaurés « sur place » – en cours de fonctionnement, ces matériaux ont un coût relativement faible et leur consommation par unité de surface est faible. Cependant, leur efficacité dépend du respect de plusieurs conditions: respect des conditions climatiques dans lesquelles la structure métallique sera utilisée; la nécessité d’utiliser exclusivement des peintures et des vernis de haute qualité; strict respect de la technologie d’application sur les surfaces métalliques. Les peintures et vernis sont mieux appliqués en plusieurs couches – leur quantité fournira la meilleure protection contre les intempéries sur la surface métallique.

Revêtements de protection contre la corrosion

Les polymères tels que les résines époxy et le polystyrène, le polychlorure de vinyle et le polyéthylène peuvent agir comme des revêtements protecteurs contre la corrosion. Dans les travaux de construction, les pièces encastrées en béton armé sont revêtues de revêtements à partir d’un mélange de ciment et de perchlorovinyle, de ciment et de polystyrène.

Protection du fer contre la corrosion par des revêtements d’autres métaux

Il existe deux types de revêtements inhibiteurs métalliques: la bande de roulement (revêtements de zinc, d’aluminium et de cadmium) et résistant à la corrosion (revêtements d’argent, de cuivre, de nickel, de chrome et de plomb). Les inhibiteurs sont appliqués chimiquement: le premier groupe de métaux a une électronégativité élevée par rapport au fer, le second – une électropositivité élevée. Les plus répandus dans notre vie quotidienne sont les revêtements métalliques de fer avec de l’étain (fer-blanc, des canettes en sont faites) et du zinc (fer galvanisé – toiture), obtenus en tirant de la tôle à travers la fonte de l’un de ces métaux..

Les raccords en fonte et en acier, ainsi que les conduites d’eau sont souvent galvanisés – cette opération augmente considérablement leur résistance à la corrosion, mais uniquement dans l’eau froide (lorsque l’eau chaude est fournie, les tuyaux galvanisés s’usent plus rapidement que les non galvanisés). Malgré l’efficacité de la galvanisation, elle n’offre pas une protection idéale – le revêtement de zinc contient souvent des fissures dont l’élimination nécessite un nickelage préalable des surfaces métalliques (nickelage). Les revêtements de zinc ne permettent pas l’application de peintures et de vernis – il n’y a pas de revêtement stable.

La meilleure solution pour la protection contre la corrosion est un revêtement en aluminium. Ce métal a une densité plus faible, ce qui signifie qu’il est moins consommé, les surfaces aluminisées peuvent être peintes et la couche de peinture sera stable. De plus, le revêtement en aluminium, par rapport au revêtement galvanisé, est plus résistant aux environnements agressifs. L’aluminium n’est pas largement utilisé en raison de la difficulté d’appliquer ce revêtement sur une tôle métallique – l’aluminium à l’état fondu présente une forte agression vis-à-vis des autres métaux (pour cette raison, l’aluminium fondu ne peut pas être contenu dans un bain d’acier). Peut-être que ce problème sera complètement résolu dans un très proche avenir – la méthode originale d’aluminisation a été trouvée par des scientifiques russes. L’essence du développement n’est pas d’immerger la tôle d’acier dans la fonte d’aluminium, mais d’élever l’aluminium liquide vers la tôle d’acier.

Augmentation de la résistance à la corrosion en ajoutant des additifs d’alliage aux alliages d’acier

L’introduction de chrome, de titane, de manganèse, de nickel et de cuivre dans l’alliage d’acier permet d’obtenir des aciers alliés aux propriétés anticorrosion élevées. La proportion élevée de chrome confère à l’alliage d’acier une résistance particulière, grâce à laquelle un film d’oxyde haute densité se forme à la surface des structures. L’introduction du cuivre dans la composition des aciers faiblement alliés et des aciers au carbone (de 0,2% à 0,5%) permet d’augmenter leur résistance à la corrosion de 1,5 à 2 fois. Des additifs d’alliage sont introduits dans la composition de l’acier conformément à la règle de Tamman: une résistance élevée à la corrosion est obtenue lorsqu’il y a un atome de métal d’alliage pour huit atomes de fer.

Mesures anti-corrosion

Pour la réduire, il est nécessaire de réduire l’activité corrosive du milieu en introduisant des inhibiteurs non métalliques et de réduire le nombre de composants capables d’initier une réaction électrochimique. Cette méthode réduira l’acidité des sols et des solutions aqueuses en contact avec les métaux. Pour réduire la corrosion du fer (ses alliages), ainsi que du laiton, du cuivre, du plomb et du zinc, le dioxyde de carbone et l’oxygène doivent être éliminés des solutions aqueuses. Dans l’industrie de l’énergie électrique, les chlorures sont éliminés de l’eau, ce qui peut affecter la corrosion localisée. Le chaulage du sol peut réduire son acidité.

Protection contre les courants parasites

Il est possible de réduire l’électrocorrosion des services publics souterrains et des structures métalliques enterrées si plusieurs règles sont respectées:

  • la section de la structure servant de source de courant parasite doit être reliée par un conducteur métallique au rail du tramway;
  • les itinéraires du réseau de chauffage devraient être situés aussi loin que possible des voies ferrées le long desquelles le transport électrique se déplace, afin de minimiser le nombre de leurs intersections;
  • l’utilisation de supports de tuyaux isolants pour augmenter la résistance de transition entre le sol et les pipelines;
  • aux entrées des objets (sources potentielles de courants parasites), il est nécessaire d’installer des brides isolantes;
  • sur les raccords à bride et les joints de dilatation de presse-étoupe, installez des cavaliers longitudinaux conducteurs – pour augmenter la conductivité électrique longitudinale sur la section protégée des canalisations;
  • afin d’égaliser les potentiels des canalisations situées en parallèle, il est nécessaire d’installer des cavaliers électriques transversaux dans les sections adjacentes.

La protection des objets métalliques isolés et des petites structures en acier est réalisée avec un protecteur qui agit comme une anode. Le matériau du protecteur est l’un des métaux actifs (zinc, magnésium, aluminium et leurs alliages) – il assume la majeure partie de la corrosion électrochimique, s’effondrant et préservant la structure principale. Une anode en magnésium, par exemple, protège 8 km de canalisation.

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