La corrosione atmosferica dei materiali metallici dipende dall aggressività dell ambiente.

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1 Esercizio La corrosione atmosferica dei materiali metallici dipende dall aggressività dell ambiente. a) Quali sono le condizioni necessarie che si verifichi la corrosione atmosferica (due parametri). Devono essere presenti acqua (film di liquido) e ossigeno b) Scrivere la reazione anodica, la reazione catodica e la reazione somma nel caso che si corrode il ferro in ambiente neutro. Quale prodotto si forma in superficie? Anodico: Fe -> Fe2+ + 2e- Catodico O2 + 2H2O + 4e- -> 4 OH- Somma: 2Fe + O2 + 2H2O -> 2 Fe(OH)2 c) Indicare in un diagramma corrente di corrosione vs potenziale la curva anodica e catodica per la passivazione spontanea del ferro in ambiente alcalino. Perché il ferro non si corrode in ambienti alcalini? Condizione per la formazione spontanea: i crit < i cat Il ferro non si corrode in ambiente alcalino perché si forma spontaneamente un film protettivo di ossidi (film passivo). La densita critica per la passivazione in ambiente alcalino è molto piccola. Il potenziale del ferro passivo è molto positivo (vicino al potenziale della riduzione dell ossigeno E O2 )

2 e) Scrivere la reazione chimica della carbonatazione. Quali sono le conseguenze (positive e negative) quando la carbonatazione avviene nel calcestruzzo armato? Indicare come nella progettazione e nell esecuzione si può evitare la carbonatazione. Ca(OH)2 + CO2 -> CaCO3 in presenza di acqua Positivo: il CaCO3 riempie i pori e aumenta la resistenza a compressione Negativo il ph della soluzione dei pori diminuisce e le armature non sono più passive (densita critica per la passivazione molto più alto rispetto a ph 13). In presenza di ossigeno e acqua le armature depassivate si possono corrodere. Esercizio 1) Sia il ferro sia gli acciai al carbonio si corrodono spontaneamente all atmosfera industriale. Per costruzioni che devono resistere alla corrosione in ingegneria civile ed architettura si utilizzano dunque acciai inossidabili a) Scrivere le reazioni parziali e la reazione complessiva di questo processo di corrosione e indicare la reazione anodica e catodica. Quali sono dunque le condizioni in quali il ferro o gli acciai al carbonio si possono corrodere? Anodica: Fe -> Fe e - Catodica O 2 + 2H 2 O + 4e - -> 4 OH - Complessiva 2 Fe + O 2 + 2H 2 O -> 2 Fe(OH) 2 Affinche avvenga la corrosione ci devono essere presenti acqua e ossigeno. b) Disegnare in un diagramma di polarizzazione (densità di corrente vs potenziale) schematico la curva anodica di dissoluzione del ferro e la curva catodica della riduzione dell ossigeno. Indicare nel grafico il potenziale di corrosione e la velocità di corrosione.

3 Il potenziale della corrosione si stabilisce al punto di elettroneutralità. La corrente anodica al potenziale di corrosione E corr è la velocita di corrosione i corr. c) Disegnare nello stesso diagramma la curva anodica di un acciaio inossidabile del tipo 18Cr 8Ni che si passiva spontaneamente nell ambiente di b). Dove si trova il potenziale di corrosione di questo materiale? Spiegare che cosa si forma sulla superficie dell acciaio inossidabile. Passivazione spontanea significa che la corrente i crit deve essere minore della corrente i cat. Il potenziale del acciaio inox (passivo) si trova vicino al potenziale termodinamico del ossigeno E O2. Sulla superficie si forma un film sottile, aderente e prottetivo di ossidi di cromo.

4 d) Spiegare sempre con l aiuto delle curve di polarizzazione - che cosa succede se in una struttura lamine di acciaio inossidabile sono fissate con viti di acciaio normale. Quando crolla la struttura? Tra il ferro (attivo) e l acciaio inossidabile (passivo) si crea una macro-coppia, cioè una differenza di potenziale (che da luogo ad una corrente). Il ferro (polo negativo) diventa anodo (e dimostra sola la reazione anodica) mentre l acciaio inox (polo positivo) diventa catodo e li avviene solamente la reazione catodica. La conseguenza è che il ferro si corrode molto più velocemente (anche perché i viti sono molto più piccoli della superficie delle lamine). La struttura crolla quando i viti sono corrosi.

5 Università degli Studi di Cagliari - Facoltà di Ingegneria - Corso di Laurea in Ingegneria Civile - AA 2017/2018 Tecnologia dei Materiali e Chimica Applicata Soluzione Esercitazione VI ESERCIZIO Nella figura è dato il diagrammo di stato di una lega Al-Cu (zona ricca in Al). a) Annotare tutte le fasi nel diagramma di stato. Perché la solubilità degli atomi di rame nel reticolo di alluminio diminuisce al diminuire della temperatura? (1P)

6 Università degli Studi di Cagliari - Facoltà di Ingegneria - Corso di Laurea in Ingegneria Civile - AA 2017/2018 Tecnologia dei Materiali e Chimica Applicata Soluzione Esercitazione VI Annotare le fasi: vedi dispense La solubilità del rame nell alluminio diminuisce al diminuire della temperatura (vedi linea solvus) perché l abassamento della T provoca una diminuzione della distanza reticolare, cioè il volume del reticolo diventa più piccolo e ha meno posto per atomi sostituzionali grandi come il rame. b) Spiegare perché il processo di invecchiamento aumenta la resistenza meccanica della lega Al 4% Cu? Che cosa succede se il processo di invecchiamento dura troppo a lungo? (1P) Durante il processo di invecchiamento si formano tantissimi precipitati piccoli che bloccano le dislocazioni, questo aumenta la resistenza meccanica. Se il processo di invecchiamento dura troppo a lungo, i precipitati crescono e diminuiscono di numero. Le dislocazioni sono sempre meno bloccate e la resistenza meccanica diminuisce fino al punto di raggiungere un comportamento come la lega Al 4% Cu raffreddato lentamente. c) Disegnare in un unico diagramma le curve di trazione della lega temprata, della lega invecchiata e della lega sovra-invecchiata. Spiegare perché i materiali si comportano come disegnato. (2P) d) Indicare due ragioni perché per aeroplani moderni si usa la lega Al Li e spiegare perché questa lega è migliore della lega Al Cu. (1P) Lithio è più leggero del alluminio, dunque favorevole. In più l atomo di Li