Diapositiva 1. M1 Mary; 14/03/2007

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1 LA CORROSIONE M1 1

2 Diapositiva 1 M1 Mary; 14/03/2007

3 Cos'è la corrosione? E' un fenomeno elettrochimico spontaneo ed irreversibile che comporta il graduale decadimento tecnologico del materiale metallico per interazione chimico-fisica con l'ambiente che lo circonda. La corrosione può essere di due tipi, a seconda che avvenga in presenza o assenza di acqua allo stato condensato. Si parla rispettivamente di corrosione umida o corrosione secca. 2

4 Quali sono i fattori che la determinano? Come tutti i fenomeni di natura chimica la corrosione è collegata a due parametri: la possibilità che il fenomeno avvenga ( legata alle caratteristiche termodinamiche del processo) la velocità con cui avviene ( legata alle caratteristiche cinetiche). Sono queste 2 variabili che, studiate e relazionate, danno informazioni sul processo di corrosione e sulla sua pericolosità. 3

5 L' interazione tra metallo ed ambiente può portare: 1 - alla corrosione del metallo ( condizione di attività ) -----> processo termodinamicamente e cineticamente favorito; E>0; => E 0 catodo> E 0 anodo L energia chimica viene convertita in calore. 2- alla formazione di un film protettivo (condizione di passività) > processo termodinamicamente favorito ma cineticamente inibito 3- alla non interazione tra metallo ed ambiente (condizione di immunità) > processo termodinamicamente sfavorito; E<0 4

6 Perché viene studiata la corrosione? L ammistrazione federale delle strade pubbliche negli USA ha condotto nel 2002 uno studio sui costi diretti associati alla corrosione metallica in tutti i settori industriali degli USA. Lo studio ha stimato che, nel 1998,il costo diretto totale annuale è stato di 276 miliardi di dollari (equivalente al 3,1 % del prodotto interno lordo). E stato inoltre stimato che la corrosione elettrochimica causi un danneggiamento economico tra gli 8 e i 128 miliardi di dollari all anno negli USA attraverso il degrado di strutture, macchinari e container. 5

7 Conseguenze dei fenomeni corrosivi in campo industriale Fuori servizio di impianti Perdita di produzione Diminuzione di efficienza Sovradimensionamento dell impianto Pericolo per la sicurezza!!!!!! 6

8 Come avviene il fenomeno? La corrosione è un processo di tipo elettrochimico che porta alla formazione di un anodo ed un catodo. il metallo, infatti, si ossida sviluppando una zona anodica e cedendo elettroni che migrano per differenza di potenziale verso una zona catodica, che è l' ambiente corrosivo. Processo anodico: Me<->Me n+ +ne - Aumento acidità se si producono idrossidi insolubili Es. Fe(OH) 3 Processo catodico: O 2 +2H 2 O+4e - <->4OH - (in ambiente neutro) O 2 +4H + +4e - <->2H 2 O (in ambiente acido) Aumento alcalinità 7

9 Come avviene il fenomeno? L ossigeno atmosferico si scioglie nella soluzione e, diffondendo, raggiunge più facilmente la superficie metallica in corrispondenza del bordo della goccia. Riducendosi catodicamente, l ossigeno libera alcalinità che passiva localmente il metallo. N.B. La passività del Ferro è favorita in soluzione alcalina 8

10 Come avviene il fenomeno? La reazione anodica si verifica al centro della goccia, dove l ossigeno non arriva o arriva più difficilmente, e dove l idrolisi degli ioni metallici libera acidità mantenendo il metallo attivo. Fe 2+ +2H 2 O<->Fe(OH) 2 +2H + Morfologia ad anello dei prodotti di corrosione (modello di Evans) 9

11 Quali sono le morfologie della corrosione La natura elettrochimica del processo comporta anche la realizzazione di diverse forme di attacco in funzione dell' estensione delle zone anodiche e catodiche in maniera che la densità di corrente che fluisce tra gli elementi sia massima. 10

12 A parità di densità di corrente: Zona anodica grande e catodica piccola: corrosione generalizzata Zona anodica piccola e catodica grande: corrosione localizzata. E la forma di corrosione più insidiosa. 11

13 Le forme dell attacco Corrosione generalizzata: interessa tutta la superficie del metallo e causa un assottigliamento della parete metallica 12

14 corrosione localizzata: interessa parti limitate della superficie metallica e causa la formazione di cavità. E' la morfologia più insidiosa perché l'entità dell'attacco non è valutabile dall'esterno. 13

15 corrosione selettiva: dissoluzione preferenziale di parti determinate del pezzo che risultano, per motivi chimici o metallurgici, più attaccabili es:dezincificazione degli ottoni es:corrosione intergranulare degli acciai inossidabili 14

16 Andamento della corrosione nel tempo Processi a velocità costante: es Fe in HCl; Processi autostimolanti: idrolisi dei prodotti di corrosione del ferro in presenza di cloruri che crea acidità libera in zona anodica; azione catodica delle impurezze in lega affioranti in superficie. es: fioriture dell alluminio. 15

17 Andamento della corrosione nel tempo Processi autorallentanti: es. nelle pareti interne delle condutture la formazione di alcalinità per riduzione dell ossigeno può formare Sali calcarei che precipitano rendendo difficoltosa la diffusione dell ossigeno sulla superficie metallica isolando parzialmente la zona catodica Processi passivanti: protezione della zona anodica tramite formazione di un film costituito dai prodotti di ossidazione compatto protettivo stabile e rinnovabile in caso di danneggiamento (Ti, Al,Fe, Cr, Ni e sue leghe) in determinati ambienti). E determinante il ph dell ambiente corrosivo per la formazione/ distruzione del film passivante. 16

18 17

19 Corrosione galvanica Tra metalli con diversa E: quello con minore E si ossida corrodendosi. Minore è il rapporto zona anodica/zona catodica e maggiore e più penetrante e la dissoluzione del metallo meno nobile. es.: Magnetite su lamine di ferro Elettropolitura argento con alluminio lasagna cell 18

20 Corrosione galvanica E preferibile un chiodo di ferro su piastra di rame o un chiodo di rame su piastra di ferro? [ E (Fe)<E(Cu)] Anodo piccolo Anodo grande Interponendo una guarnizione isolante tra la testa del chiodo e la lamina si può limitare la corrosione 19

21 Esempio di corrosione galvanica: dezincificazione dell ottone L ottone è una lega Cu- Zn (E(Cu)>E(Zn)); in particolari condizioni corrosive lo Zinco si ossida e viene rimosso selettivamente mentre il Cu riprecipita formando uno strato polveroso di tipica colorazione. 20

22 Stress Corrosion Cracking catodi Azione sinergica tra uno stato di tensione ed un blando ambiente corrosivo anodo Corrosione intergranulare degli acciai inossidabili Impoverimento di Cr per precipitazione di carburi a bordo grano ( es durante la saldatura) 21

23 Metodi di protezione Protezione catodica es: con anodi sacrificabili o corrente catodica Protezione con film resistenti alla corrosione ( strati metallici;non metallici; organici) 22

24 Protezione con strati metallici Deposizione a caldo per immersione o spruzzo Deposizione galvanica per via elettrolitica (svantaggio: disuniformità di spessore a causa degli effetti punta) es. nichelatura, cromatura, zincatura galvanica Deposizione chimica per reazione elettrochimica: spessore uniforme anche per geometrie complicate. es: nichelatura chimica ( anche con PTFE ) 23

25 (es: acciaio zincato) (pericolo corrosione sottopelle e pitting) 24

26 Protezione con strati non metallici Smaltatura: utilizzata in ambienti particolarmente aggressivi Ricoprimento con strati di conversione. Sono film formati in situ aventi un legame chimico con il metallo sottostante. es: ossidazione anodica 25

27 Protezione con strati organici Strati a spessore. es: gomme e polimeri Strati organici sottili: vernici e pitture 26

28 Pitting corrosion della testata di un cilindro in alluminio anodizzato (prova in nebbia salina) Corrosione sottopelle di una spola in alluminio con rivestimento protettivo di nichelatura chimica. (prova in nebbia salina) 27

29 Ruggine bianca su acciaio zincato 28

30 Corrosione dei non metalli Degradazione dei materiali polimerici: (es collana di perle) swelling: rigonfiamento per assorbimento Rottura delle catene polimeriche ( UV, Radicali liberi, ossidanti) es: invecchiamento dei pneumatici, degradazione dei polimeri biologici...è necessario tenerne conto nella progettazione scegliendo il polimero più idoneo ed effettuare dei test ad hoc. 29

31 Chimica Corrosione puntiforme Manifestazione: segni di corrosione puntiforme Causa: effetto dei cloruri 30

32 Chimica Corrosione puntiforme 31

33 Costi della manutenzione: Corrosione puntiforme segni di corrosione puntiforme media iniziale Cause frequenti: effetto degli alogenuri (Cl -, Br -, I - ) (cloruri, bromuri,ioduri) bagni decontaminanti spazzolatura / abrasione Alcalinità e scarsa neutralizzaz. lavaggio / risciacquo inadeguati avanzata 32