Referat Coroziunea Metalelor2

Mai jos puteti citi fragmente din Referat Coroziunea Metalelor2 si de asemenea puteti face Download Referat Coroziunea metalelor2

Citeste fragmente din Referat Coroziunea Metalelor2

COROZIUNEA METALELOR ŞI PROTECŢIA ANTICOROSIVĂ Cuprins Privire generală asupra coroziunii metalelor 5 Coroziunea chimică 6 Coroziunea electrochimică 7 Metode de protecţie anticorosivă a materialelor metalice 8 4.1. Metode de prevenire a coroziunii 8 4.2. Metode de acoperire a suprafeţelor metalice cu învelişuri anticorosive 10 4.3. Metode de acţionare asupra mediului corosiv 14 Glosar 16 Bibliografie 17 Coroziunea şi protecţia anticorosivă Privire generala asupra coroziunii metalelor Pagubele provocate economiei naţionale de către coroziune ating proporţii uriaşe. Conform datelor existente, aproape o treime din producţia mondială de metal este scoasă din uz datorită coroziunii. Întrucât numai circa două treimi din metalul corodat se recuperează prin topire, înseamnă că circa 10% din producţia mondială se pierde definitiv ca urmare a acţiunii de distrugere a coroziunii. Pagubele datorate coroziunii sunt adesea legate nu numai de pierderile de metal ci şi de scoaterea din funcţiune a unor instalaţii întregi, pentru a căror prelucrare şi montare se cheltuieşte mai mult decât costul materialului din care sunt făcute. Dacă pentru şinele de cale ferată costul materialului depăşeşte costul de fabricaţie, pentru alte produse cum ar fi maşinile, avioanele, aparatele de precizie etc., costul de fabricaţie depăşeşte cu mult costul materialului. Termenul de coroziune este convenţional şi cuprinde o serie de procese, de schimbări chimice şi electrochimice prin care metalele trec dintr-o formă elementară într-o formă combinată. Această trecere este posibilă deoarece în natură, în mod obişnuit, metalele se găsesc sub formă combinată ca: oxizi, carbonaţi, hidroxizi, a căror energie liberă este mai mică decât a metalului pur, ceea ce determină tendinţa naturală a metalelor de a trece la forme cu energie liberă mai redusă. Prin coroziune se înţelege distrugerea materialelor datorită reacţiilor chimice sau electrochimice cu mediul înconjurător. Atacul chimic direct este posibil la toate materiile prime folosite în industrie, în timp ce atacul electrochimic nu apare decât la metale, deoarece numai ele posedă electroni liberi. Materialele sintetice nu posedă această structură ele fiind de obicei supuse degradării numai prin atac chimic. După mecanismul de desfăşurare se pot distinge două tipuri de coroziune : coroziunea chimică care se referă la procesele de distrugere a metalelor şi aliajelor care se produc în gaze uscate, precum şi în lichide fără conductibilitate electrică şi în majoritatea substanţelor organice; coroziunea electrochimică se referă la procesele de degradare a metalelor şi aliajelor în soluţii de electroliţi, în prezenţa umidităţii, fiind însoţite de trecerea curentului electric prin metal. Atât coroziunea chimică cât şi cea electrochimică, fiind procese ce se desfăşoară la interfaţa metal-gaz, fac parte din categoria reacţiilor eterogene şi se supun legilor generale ale cineticii acestor reacţii. După aspectul distrugerii, coroziunea poate fi clasificată în : coroziune continuă (când întreaga suprafaţă metalică a fost cuprinsă de acţiunea mediului agresiv) şi coroziunea locală (când distrugerea se produce numai pe anumite porţiuni ale suprafeţei metalului sau aliajului). În practică, fenomenele de coroziune sunt în mod frecvent extrem de complexe şi apar sub diferite forme, motiv pentru care o clasificare riguroasă a tuturor acestor fenomene este greu de efectuat. În funcţie de aspectul distrugerii, coroziunea se clasifică în: coroziune continuă; coroziune locală În situaţia în care coroziunea este distribuită pe întreaga suprafaţă a metalului coroziunea se numeşte continuă. Coroziunea continuă poate fi uniformă sau neuniformă, după cum viteza procesului de distrugere este aceeasi pe întreaga suprafaţă metalică sau diferită pe anumite porţiuni. Dacă distrugerea corosivă se concentrează pe anumite porţiuni ale suprafeţei, distrugerea se numeşte coroziune locală. Coroziunea locală poate fi de mai multe feluri: Coroziunea punctiformă, care se localizează pe suprafeţe mici (puncte de coroziune); Coroziunea sub suprafaţă, care începe la suprafaţă dar se extinde de preferinţă sub suprafaţa metalului provocând umflarea şi desprinderea metalului (pungi de coroziune); Pete de coroziune, care se repartizează pe suprafeţe relativ mari, dar adâncimea lor este mică; Coroziunea intercristalină, care se caracterizează prin distrugerea selectivă a metalului la limita dintre cristale; Coroziunea transcristalină, care reprezintă un caz tipic de coroziune locală la care distrugerea corosivă este determinată de direcţia tensiunilor mecanice de întindere. Caracteristic la acest fel de coroziune este faptul că fisurile se propagă nu numai la limita cristalelor ci ele chiar le traversează. Coroziunea chimică Coroziunea chimică se produce din cauza afinităţii dintre metal şi unele gaze (O2, SO2, H2S, HCl gazos, CO, CO2, H2) sau lichide rău conducătoare de electricitate (alcooli, benzine, benzoli etc.) provocând modificări ale metalului manifestate prin: dizolvarea părţilor componente şi pierderi de material; spălarea componenţilor; dezagregarea materialului de către cristalele sărurilor care se formează în porii săi; mărirea sau reducerea particulelor, deci şi a întregii mase a metalului. Intensitatea procesului de coroziune chimică este condiţionată de: natura materialului, natura materialului corosiv, concentraţia, temperatura şi presiunea mediului corosiv şi durata de contact. Dintre factorii externi, acţiunea cea mai dăunătoare asupra metalelor o are oxigenul. Suprafaţa curată a multor metale expusă la aer se oxidează rapid, dacă reacţia respectivă de oxidare (Me + nO ( MeOn) are loc cu scăderea energiei libere. Molecula de oxigen este absorbită şi concomitent scindată în atomi. După aceasta are loc unirea atomilor de oxigen cu atomii de metal şi formarea primului strat monomolecular de oxid. Dacă pelicula de oxid formată prezintă proprietăţi protectoare, viteza de coroziune iniţială ridicată scade rapid în timp. Capacitatea de protecţie a peliculelor de oxid formate depinde de permeabilitatea lor pentru substanţele cu care reacţionează. Porozitatea peliculelor de oxid depinde de raportul dintre volumul oxidului şi al metalului din care s-a format. Coroziunea chimică la temperaturi ridicate se produce cu viteze mari. Astfel la prelucrarea la cald a oţelului, prin laminare, unde temperaturile sunt între 1200...16000K, grosimea peliculei de oxid ajunge uşor la câţiva milimetri, ceea ce determină pierderi considerabile de metal la fiecare încălzire. Acest fenomen este posibil deoarece de la temperatura de 8500K începe să se formeze pe suprafaţa oţelului un complex de oxizi (denumit şi ţunder) cuprinzând: (cu începere de la suprafaţa metalului) FeO, Fe3O4 şi Fe2O3 în straturi de grosimi diferite. Aceste straturi sunt poroase, permit oxidarea în continuare a metalului şi se exfoliază. De remarcat faptul că stratul interior de FeO este cauza slabei aderenţe a oxizilor formaţi anterior la suprafaţa metalică, deoarece sub influenţa atmosferei duce la formarea hidroxidului de fier, deci la apariţia ruginii, sub stratul de oxizi de laminare, ceea ce grăbeşte îndepărtarea ei. Coroziunea chimică a metalelor sau aliajelor se produce prin reacţii ce se desfăşoară la suprafaţa acestora în contact cu gaze uscate sau soluţii de neelectroliţi. Produsele care rezultă sub acţiunea acestor medii rămân, în general, la locul interacţiunii metalului cu mediul corosiv, sub formă de pelicule de grosimi şi compoziţii diferite. În funcţie de proprietăţile lor fizico-chimice peliculele de coroziune exercită o influenţă importantă asupra desfăşurării ulterioare a procesului de coroziune, a cineticii acestuia, putându-l frâna într-o măsură mai mare sau mai mică. Coroziunea electrochimică Spre deosebire de coroziunea chimică, metalele în contact cu soluţiile bune conducătoare de electricitate (electroliţi) se corodează electrochimic. Soluţia şi metalul sunt străbătute, în acest caz, de un curent electric, generat de procesele electrochimice care se desfăşoară la limita celor două faze. Pentru apariţia acestui tip de coroziune este necesar să existe un anod, un catod, un electrolit şi un conductor, deci un element galvanic. Prin înlăturarea uneia dintre aceste condiţii, coroziunea electrochimică nu se produce. După cum în practica industrială metalele folosite în mod curent, sunt eterogene, se pot considera ca fiind alcătuite din electrozi electrici scurtcircuitaţi prin însăşi corpul metalului respectiv. Prin introducerea metalului în apă sau în mediu cu proprietăţi electrolitice, pe suprafaţa metalului apar elemente galvanice în care impurităţile din metal funcţionează ca microcatozi cu descărcare de hidrogen pe suprafaţa lor, în timp ce metalul, funcţionând ca anod se dizolvă. Exemple tipice de coroziune electrochimică se întâlnesc în cazul coroziunii atmosferice (ruginirea fierului) şi la coroziunea provocată de curenţii electrici de dispersie din sol numiţi şi curenţi vagabonzi. În problemele practice de coroziune, importantă este cunoaşterea vitezelor reale cu care procesul se desfăşoară. Dacă procesul de coroziune este posibil, dar are o viteză de desfăşurare foarte mică, se poate considera că materialul este rezistent la coroziune. Viteza de coroziune se exprimă prin masa de metal distrus pe unitatea de suprafaţă în unitatea de timp (g/m2h) sau adâncimea la care au ajuns degradările în unitatea de timp (mm/an). Cunoaşterea acestor indici, permit alegerea corespunzătoare a materialului în funcţie de natura mediului, ceea ce determină o dimensionare corespunzătoare a instalaţiilor şi o justă apreciere a duratei lor în exploatare. Metode de protecţie anticorosivă a materialelor metalice Protecţia împotriva coroziunii reprezintă totalitatea măsurilor care se iau pentru a feri materialele tehnice de acţiunea agresivă a mediilor corosive. Metodele şi mijloacele de protecţie anticorosivă sunt foarte variate şi numeroase; în principial ele se pot grupa în următoarele categorii: metode de prevenire a coroziunii; utilizarea metalelor şi aliajelor rezistente la coroziune; metode de acţionare asupra mediului corosiv; metode de acoperire a suprafeţelor metalice. 4.1. Metode de prevenire a coroziunii Metodele de prevenire a coroziunii constau în: ( alegerea corectă a materialelor utilizate în construcţia de aparate şi utilaje industriale, din punct de vedere al rezistenţei la coroziune; ( evitarea punerii în contact a unui metal cu un alt metal mai electronegativ decât el, de exemplu aluminiu alături de aliajele cuprului sau oţelurilor aliate, bronz în contact cu oţelul etc. ( la fel se va evita punerea în contact a metalelor ecruisate cu metalele recoapte sau turnate, deoarece din cauza diferenţei de potenţial electrochimic dintre ele, în prezenţa unui electrolit corespunzător, primele se corodează; ( prelucrarea mai îngrijită a suprafeţei metalului, deoarece adânciturile, zgârieturile favorizează şi accelerează coroziunea. Coroziunea este o reacţie chimică, electrochimică sau biochimică sub acţiunea mediului înconjurător prin care o substanţă este distrusă, dizolvată sau micşorată parţial sau complet. Termenul coroziune este în special folosit pentru a defini acţiunea treptată asupra metalelor a unor agenţi naturali, cum ar fi aerul sau apa sărată. Cel mai întâlnit exemplu de coroziune este ruginirea fierului, o reacţie chimica complexă în care fierul se combină şi cu oxigen şi cu apă pentru a forma oxid de fier. Oxidul este un solid care menţine aceeaşi formă generală a metalului din care a fost format, dar mai poros şi mai voluminos, fiind slab şi fragil. Se pot folosi trei metode pentru a preveni ruginirea fierului Crearea unui aliaj din fier care sa reziste coroziunii; Adăugarea unui strat dintr-un material care să reacţioneze cu substanţele corosive mult mai rapid decât fierul, astfel pe măsura ce acel strat se consuma, fierul este protejat. Acoperirea cu un strat impermeabil în aşa fel încât aerul şi apa sa nu ajungă la fier. Crearea unui aliaj din fier este cea mai buna metoda de protecţie dar şi cea mai scumpă. Un exemplu ar fi oţelul inoxidabil care se obţine prin combinarea cromului sau a cromului şi a nichelului cu fierul. Acest aliaj nu este absolut inoxidabil dar rezistă chiar şi sub acţiunea unor substanţe corosive puternice, cum ar fi acidul azotic. A doua metodă, protejarea cu un metal activ, este şi ea satisfăcătoare dar scumpă. Cel mai întâlnit exemplu este metoda galvanizării, în care fierul este acoperit cu un strat de zinc. În prezenţa soluţiilor corosive, un potenţial electric apare între fier şi zinc, cauzând dizolvarea zincului şi protejarea fierului pe toată perioada existenţei zincului. A treia metodă, şi anume protecţia suprafeţei fierului cu un strat impermeabil, este cea mai ieftină dintre toate şi de aceea cea mai des întrebuinţată. Ea satisface cerinţele de protecţie a fierului atâta timp cât nu apare nici o fisură pe strat. Odată ce stratul este crăpat, ruginirea începe cel puţin la fel de rapid decât dacă nu ar fi avut nici o protecţie. Dacă stratul protector este format dintr-un metal inactiv, cum ar fi cositor sau crom, un potenţial electric se creează, protejând stratul de protecţie dar dăunând fierului, permiţând ruginii să acţioneze cu o mai mare viteză. Cele mai eficiente straturi de protecţie sunt cele cu smalţ, iar cele mai ieftine sunt vopselele speciale, cum ar fi miniul de plumb. Unele metale, cum ar fi aluminiul, chiar dacă sunt foarte active din punct de vedere chimic, nu prezintă urme de coroziune sub condiţii normale de atmosferă. De fapt, aluminiul se oxidează repede, şi un strat subţire, continuu şi transparent de oxid se formează pe metal, protejându-l de la o extindere rapidă a ruginii. Plumbul şi zincul, chiar dacă sunt mai inactive decât aluminiul sunt protejate similar de aceste straturi subţiri de oxid. Cuprul însă, un metal comparativ, este oxidat încet de către aer şi apă în prezenţa unor acizi slabi, cum ar fi acidul carbonic, producând o substanţă verde şi poroasă care nu este altceva decât carbonat de cupru. Aceste produse verzi ale coroziunii, supranumite şi cocleli, apar pe aliajele din cupru cum ar fi alama sau bronzul, şi de asemenea pe cupru pur. Unele metale, numite şi metale nobile, sunt aşa de inactive chimic încât nu suferă de coroziune din atmosferă. Printre ele se numără paladiul, aurul şi platina. O combinaţie de apă cu aer şi sulfat de hidrogen acţionează asupra argintului, care este un metal semi-nobil, dar cantitatea de sulfat de hidrogen prezentă în atmosferă este aşa de mică încât gradul de coroziune este neglijabil, exceptând pierderea lustrului şi schimbarea în negru a culorii, care este cauzată de formarea sulfatului de argint. Coroziunea metalelor este o mai mare problemă decât a altor materiale. Sticla se corodează sub acţiunea unor soluţii alcaline, iar betonul sub acţiunea soluţiilor rezistente la sulfaţi. Rezistenţa acestor materiale se poate mări semnificativ modificându-le compoziţia. Datorită rezistenţei la coroziune şi a durităţii materialelor ceramice, fabricanţii folosesc des smalţul pentru acoperirea metalului şi protejarea lui. Ei reuşesc acest lucru prin injectare de gaz comprimat, care conţine praf ceramic, în flacăra unei torte de hidro-carbon oxigenat care arde cu o căldură de 2500 grade Celsius. Particulele de praf semi-topit aderă la metal, şi după răcire formează un strat tare de smalţ. Aparatele electro-casnice, cum ar fi frigiderele, cuptoarele, maşinile de spălat şi uscătoarele sunt des acoperite cu un strat de smalţ. ALUMINIUL. În aer liber, uscat, la temperatură obişnuită şi mai joasă, aluminiul se conservă foarte bine deoarece se acoperă cu un strat subţire (proaspăt, de circa 0,01 mm) de oxid (Al2O3), aderent şi compact. Apa de ploaie, distilată, sau potabilă nu îl atacă. Încălzirea acestora determină creşterea grosimii stratului iniţial de oxid. Apa sărată îl atacă doar la suprafaţă. Cu azotul, aluminiul începe să reacţioneze la peste 650°C cu formarea de AIN (nitrură de aluminiu), care hidrolizează uşor cu formare de Al(OH)3 şi amoniac. Cu oxigenul reacţionează forte energic, cu formare de Al2O3. În aer uscat se obţine un strat foarte subţire cu proprietăţi de izolare electrică. Cu hidrogenul nu reacţionează, însă aceasta se dizolvă în aluminul lichid şi solid. Cu carbonul reacţionează în aer la circa 2000°C iar în vacuum pana la 1000°C cu formare de Al4C3 (carbură de aluminiu), care peste 2000°C se descompune cu formare de grafit. Cu halogenii reacţionează energic. La temperaturi peste 100°C, cu clorul formează AlCl3 care la 185°C se volatilizează, fără topire. Cu fosforul reacţionează 600°C, cu formarea fosfurii de aluminiu (AIP), foarte higroscopică, folosită pentru formarea unor substanţe. ARGINTUL începe să se oxideze în prezenţa urmelor de ozon sau la încălzire la peste 200°C. AURUL este atacat în soluţii apoase cu clor şi mai ales cu ionul CN- (cian). BERILIUL are în combinaţii numărul de oxidare +2. Oxidarea lui mai intensă are loc abia la 800°C. Oxidarea intensă a beriliului pulbere are loc la temperaturi mult mai joase. CADMIUL, la temperatura obişnuită, în aer curat, este stabil. În aer umed se acoperă cu un strat protector de CdO care împiedică oxidarea în adâncime. COBALTUL începe să reacţioneze cu oxigenul la peste 250°, cu formare până la 850°C de amestec de oxizi, format din CoO verde, la interior, puternic aderent la metalul de baza şi Co3O4. CUPRUL este un metal puţin activ. La temperatura obişnuită nu reacţionează cu aerul uscat sau umed. Aerul umed ce conţine CO2 acoperă cuprul cu un strat de carbonat bazic (cocleala). Cuprul încălzit la peste 185°C se acoperă cu oxid cupros care la temperaturi înalte (>1000°C) se transformă in oxid cupric. FIERUL rezistă la coroziune în funcţie de puritatea lui. Fierul de înalta puritate se distinge în funcţie de rezistenţa la coroziune. Rezistenţa la coroziune în atmosferă şi soluţii neutre a fierului creşte, de asemenea prin aliere în special cu proporţii mici de cupru. Cu oxigenul, fierul formează oxizii: FeO, Fe2O3 şi Fe2O4. Œ Ž ’ ” Þ X l Œ Þ à â ,însă, peste circa 475ºC viteza de oxidare creşte foarte mult şi duce la distrugerea peliculei protectoare. În aer, industrial magneziul se acoperă cu o peliculă de MgO şi MgCO3 slab rezistentă la coroziune în aer umed şi marin. Apa dulce cu ioni de clor, fosfati, sulfati, azotati atacă magneziul. Este atacat de asemenea de apa marină şi sărată. Rezistă la coroziune în alcool etilic, HF, NaF, KF, NaOH, petrol, acetonă benzină, motorină, metan, etan, sodă , sulf topit, CS2, cromaţi, bicromaţi, fenol, crezol etc. PLATINA este un metal puţin activ şi rezistă la orice fel de apă (de mare, sărată, dulce, minerală). Cu oxigenul formează oxizi bazici (PtO), amfoteri (PtO2 şi PtO3) şi acizi (PtO3). PLUMBUL are o stabilitate la coroziune ce depinde de mediul agresiv, temperaturi şi impurităţi. TITANUL rezistă bine la coroziune în orice apă , inclusiv în cea de mare. În schimb, pulberea de titan cu cât este mai dispersată şi ne-oxidată cu atât este mai activă. URANIUL, în apă, la temperatură obişnuită, este repede atacat şi se descompune lent cu formare de UO2 protector. ZINCUL formează cu oxigenul oxizi ZnO şi ZnO2. Oxidul ZnO se obţine prin arderea zincului, aproximativ până la temperatura de fierbere a acestuia. 4.2. Metode de acoperire a suprafeţelor metalice cu învelişuri anticorosive Protecţia prin învelişuri anticorosive se realizează prin acoperirea metalului cu un strat subţire de material autoprotector. Stratul autoprotector trebuie să îndeplinească următoarele condiţii: să fie compact şi aderent; să fie suficient de elastic şi plastic; grosimea lui să fie cât mai uniformă. Stratul protector poate fi metalic sau nemetalic; cele metalice depuse pe suprafaţa metalului protejat se pot realiza: pe cale galvanică, pe cale termică şi prin placare. Straturile protectoare nemetalice pot fi organice sau anorganice, realizate prin utilizarea lacurilor, vopselelor, emailurilor, foliilor de masă plastică etc. Alegerea uneia sau alteia dintre metodele de protecţie este funcţie de: parametrii tehnologici de funcţionare a instalaţiei; forma şi dimensiunile obiectului protejat; calitatea materialului suport; amplasarea obiectului de protejat în instalaţie; tehnologiile de aplicare şi posibilităţile de execuţie a protecţiei anticorosive. Cămăşuirea (placarea) este un proces metalurgic de legare a straturilor din metale identice sau diferite. Combinaţia rezultată, care de multe ori se realizează la preţuri mici, poate avea proprietăţi de duritate, conductivitate şi rezistenţă împotriva coroziunii care nu pot fi întâlnite într-un metal pur. Un exemplu de metal de acest gen este aşa-numitul aur suflat, care consista din nucleu de alamă sau oţel acoperit de un strat de aur la suprafaţă. Componentele cămăşuite ale unui avion pot avea un strat gros de aliaj de aluminiu dur în interior şi apoi straturi subţiri de foi de aluminiu pur, care este rezistent la coroziune. Straturile diferite de metal sunt de obicei încălzite şi rulate una peste alta. Alte metode de cămăşuire includ sudarea sau turnarea metalului topit in jurul nucleului întărit. In afară de foi şi dungi, metalele cămăşuite sunt produse şi sub formă de fire, bări şi tuburi. Electrometalizarea (placarea metalelor) este un proces electrochimic de depozitare a unui strat subţire de metal pe un alt element, de obicei de origine metalică şi acesta. Obiectele sunt electrometalizate pentru a preveni coroziunea, pentru a obţine o suprafaţă dură sau o finisare atractivă, pentru purificarea metalelor sau pentru separarea metalelor pentru analiza cantitativă. Cadmiul, cromul, cuprul, aurul, nichelul, argintul şi cositorul sunt metalele cele mai des folosite în electrometalizare. Cele mai întâlnite produse realizate prin această metoda sunt tacâmurile argintate, accesoriile de maşina cromate, oalele placate cu cositor. În procesul de electrometalizare, obiectul care trebuie acoperit este pus într-o baie de soluţie a sării metalului cu care va fi placat şi conectat la capetele negative a unei surse externe de energie. Un curent stabil de voltaj redus, de obicei între 1 şi 6 volţi, este necesar pentru acest proces. Când curentul trece prin soluţie, atomii metalului cu care va fi placat ies din soluţie şi se depun pe catod, electrodul negativ. Aceşti atomi sunt înlocuiţi în soluţie de atomi de la anod, dacă este compus din metal cum ar fi cuprul sau argintul. Altfel, adică în momentul când se foloseşte aur sau crom, atomii sunt înlocuiţi de adăugări periodice a sării din soluţie. În ambele cazuri se creează un echilibru între atomii metalului care ies din soluţie şi atomii metalului care intra în soluţie până la terminarea procesului de electrometalizare. Materialele neconductoare pot fi placate prin acoperirea lor mai întâi cu un strat de grafit. În acest fel sunt placate matricele discurilor de înregistrat. Pentru a asigura o legătură strânsă şi durabilă între obiectul placat şi materialul de placat, obiectul trebuie curăţat în întregime cu ajutorul unui acid sau a sodei caustice. Pentru a elimina iregularităţi pe suprafaţa obiectului şi pentru a asigura calitatea acesteia care contribuie la netezime, densitatea actuală şi temperatura trebuiesc controlate foarte atent. Coloid sau alte substanţe speciale compuse pot fi adăugate în băi de soluţie pentru îmbunătăţirea uniformităţii suprafeţei pentru electrometalizat. Unele metale, mai ales cromul, au tendinţa sa placheze mai mult pe proeminenţe, lăsând fisuri sau chiar parţi ale anodului neacoperite. Smălţuirea în industrie este folosită în mod obişnuit pentru protecţia suprafeţelor împotriva coroziunii sau frecării. Smălţuirea a fost introdusă in Statele Unite acum jumătate de secol pentru a înlocui placarea cu cositor, atunci fiind cea mai întâlnită metodă de placare a metalelor. Smălţuirea este considerată a fi mai practică decât cealaltă metodă, mai ieftină şi mult mai atractivă pentru consumator. În industrie, smălţuirea este întrebuinţată pe fier turnat sau pe folii de oţel care au fost mai întâi matriţate în forma dorită. Pentru orice fel de smălţuire industrială se folosesc materii prime ca borax, silicon, fluorină şi feldspat care sunt amestecate într-o proporţie bine definită şi apoi topite la căldură. Acea substanţă roşie, fierbinte, numită topitură, este trecută prin apă, transformându-se într-o substanţă sub formă de pulbere. Acest proces se numeşte calcinare. Smălţuirea industrială se realizează în două metode, umed sau uscat. În procesul de smălţuire uscat pulberea rezultată este amestecată cu apă, clei şi pigmenţi şi este aplicată suprafeţei metalului prin înmuiere sau stropire cu pulverizatorul. Apoi, smaltul este fuzionat cu metalul într-un furnal. Straturi adiţionale pot fi adăugate repetând acest proces. Primul strat, care are contact direct cu metalul, este câteodată amestecat special pentru a avea o mai mare aderenţă. Celelalte straturi sunt amestecate în aşa fel pentru a obţine un model sau o anumită culoare. În smălţuirea uscată, metalul primeşte primul strat cu ajutorul procesului umed, dar fără a mai fi răcit. Calcinarea este preparata prin măcinare, iar pulberea uscată este cernută peste suprafaţa fierbinte a primului strat de smalţ. Obiectul este apoi pus din nou în furnal pentru ca stratul uscat sa fuzioneze şi el. Mai mult de o smălţuire este de obicei necesară. Smălţuirea uscată este întrebuinţată de obicei la articolele din fontă a grupului sanitar, cum ar fi căzile de baie. Procesul umed este mai des întâlnit şi este folosit pentru smălţuirea obiectelor de bucătărie. Datorita nenumăratelor operaţii implicate în smălţuire, producătorii experimentează producerea unui singur strat subţire. Acest unic strat ar reduce costurile de producţie, ar avea o mai mare rezistenţă şi ar permite o gamă mai largă de forme. Galvanizarea este procesul de acoperire a unui metal, cum ar fi fierul sau oţelul, cu un strat subţire de zinc pentru a-l proteja de acţiunea coroziunii. Zincul este întrebuinţat cu mai multă uşurinţă decât alte metale de protecţie cum ar fi cositorul, cromul, nichelul sau aluminiul. Stratul de zinc protejează metalul chiar şi în locurile unde s-au format fisuri sau mici găuri pe înveliş, pentru ca oxigenul reacţionează mai mult cu zincul decât cu metalul care trebuie protejat. Cea mai întrebuinţată metodă de galvanizare este procesul de înmuiere la cald. Fierul sau alt element pe bază de metal este cufundat în acid pentru curăţarea de praf, mizerii sau grăsimi. Apoi este spălat şi înmuiat în zinc topit. În alt proces galvanic, obiectul metalic este acoperit cu praf de zinc şi încălzit într-un spaţiu îngust la o temperatură ce variază între 300 şi 420 grade Celsius. Alte metode de galvanizare includ depunerea electrolitică a zincului pe metal sau aplicarea zincului topit cu ajutorul unui pulverizator. Exemple de produse galvanizate în mod curent sunt coşuri de gunoi, folii ondulate pentru acoperiş, ţevi din fier şi sârmă. Galvanoplastia este o metodă asemănătoare cu galvanizarea, diferenţele fiind date de grosimea stratului protector şi de aderenţa la metalul substratului. Aceasta se face pentru a conferi suprafeţei una sau mai multe caracteristici diferite de cele ale materialului aflat dedesubt. Procesul constă din trecerea unui curent electric printr-o soluţie chimică prin intermediul a doi electrozi. Obiectul care trebuie placat este drept electrod negativ, iar electrodul pozitiv este făcut din metalul de placare. Procesele electrochimice care au loc când trece curentul, determină depunerea metalului de placare pe suprafaţa obiectului. Unele piese din oţel folosite la automobile sunt placate pe cale electrică cu nichel şi apoi cu crom. Această combinaţie previne ruginirea oţelului şi conferă o suprafaţă rezistentă şi atrăgătoare. Multe piese din oţel utilizate pentru lucrări de structură, precum piuliţele şi şuruburile, sârmele, plăcile şi barele metalice, sunt învelite în zinc. Acest proces, numit galvanizare, asigură un înveliş care este strict destinat protecţiei în potriva coroziunii. Materiale alternative În cazurile în care coroziunea unui anumit metal poate să devină o problemă, poate fi folosit un material alternativ. De exemplu, pentru evitarea ruginirii uneori se foloseşte şuruburi de alamă în locul celor de oţel. Dar pentru îmbinarea cu bolţuri a diferite piese, nu există alternativă pentru oţel. Aceasta se datorează faptului că oţelul rezistă la tensiuni foarte puternice, care ar rupe alte materiale. În asemenea cazuri, o soluţie este de a utiliza un aliaj al metalului rezistent la coroziune. De exemplu unele piese metalice de pe nave sunt făcute dintr-o formă de oţel inoxidabil. Acesta are o rezistenţă mare dar, spre deosebire de oţelul obişnuit este foarte rezistent la coroziune. Aliajele speciale sunt prea costisitoare pentru multe scopuri, astfel adesea se adoptă o abordare mai ieftină (aplicarea pe materialul de bază a unui înveliş rezistent la coroziune: ulei, vaselină, vopsea etc.). Protecţii catodice Inhibitorii cationici încetinesc reacţia chimică propriu-zisă sau modifică selectiv suprafaţa de reacţie crescând impedanţa electrică şi limitând difuzia în aceste zone. Inhibitorii cationici acţionează împotriva coroziunii prin trei mecanisme specifice: Otrăvuri catodice; Precipitate catodice; Inhibitori de oxigen. Câţiva inhibitori catodici, cum ar fi compuşi ai arsenului şi cadmiului, fac eliberarea hidrogenului mult mai dificilă. Alţi inhibitori (ioni de Ca, Zn sau Mg) sunt depuşi sub formă de oxizi care formează o peliculă protectoare pe metal. Inhibitorii de oxigen protejează împotriva coroziunii prin prevenirea depolarizării produse de oxigen; cel mai des întâlnit, la temperaturi normale este Na2SO3 (sulfit de sodiu). Otrăvuri catodice Otrăvurile catodice sunt folosite ca inhibitori de coroziune „sufocând” procesele de reducere catodică ce trebuie egalate de reacţia de coroziune anodică. Totuşi, otrăvurile catodice pot creşte coroziunea unui metal. Hidrogenul poate pătrunde prin fisuri sau poate fi absorbit în metal în cazul coroziunii în mediu umed sau electrocoroziunii. În situaţia coroziunii în soluţii cu pH scăzut, o parte din hidrogenul rezultat nu se degajă sub formă gazoasă, ci difuzează în metal sub formă de hidrogen atomic. Aceasta poate surveni pe timpul galvanoplastiei. Substanţe ca arsenicul, cadmiul, sulful, seleniul, telurul şi unii ioni de cianuri previn formarea hidrogenului gazos. Otrăvurile catodice facilitează „contaminarea” metalului cu hidrogen atomic. Mediul care conţine hidrogen sulfurat este foarte periculos pentru metale şi aliaje deoarece înglobează atât hidrogen cât şi otravă catodică (sulf). Astfel de medii se întâlnesc în exploatarea petrolului. Precipitate catodice Aceşti inhibitori constau în pelicule depuse pe suprafaţa metalului care blochează coroziunea anodică şi catodică. Metoda de protecţie constă în depunerea unor compuşi care formează un precipitat pe suprafaţa metalului. Apa dură, care conţine mult calciu şi magneziu, este mai puţin corosivă decât apa pură datorită tendinţei sărurilor din apa dură de a forma o peliculă protectoare la suprafaţa metalului. Cei mai utilizaţi inhibitori din această categorie sunt silicaţii şi fosfaţii. De exemplu, silicatul de sodiu este folosit în multe aplicaţii casnice pentru a preveni apariţia ruginii. În sistemele de termoficare, silicatul de sodiu protejează oţelul, cuprul şi alama. Totuşi, protecţia nu este sigură şi depinde de pH, temperatura şi compoziţia apei. Pentru a fi eficiente, protecţiile cu fosfaţi necesită prezenţa oxigenului. Silicaţii şi fosfaţii nu asigură gradul de protecţie oferit de nitriţi şi cromaţi, însă sunt foarte utili în situaţiile unde nu pot fi folosite substanţe toxice. Inhibitori de oxidare Această metodă de protecţie presupune utilizarea unei substanţe chimice care reacţionează cu oxigenul dizolvat. Astfel, sunt folosite săruri de sulfit sau bisulfit care, în prezenţa oxigenului se transformă în sulfat. Aceasta este o reacţie de tip redox şi necesită un catalizator pe bază de nichel sau cadmiu. Un pas esenţial pentru această metodă este scăderea conţinutului de oxigen dizolvat care presupune eliminarea aerului şi degazificarea. Inhibitori organici Inhibatorii organici formează un film protector, care apără metalul de formarea unui strat hidrofob la suprafaţa metalului. Eficacitatea acestor inhibitori depinde de compoziţia chimică a acestora şi de afinitatea lor pentru suprafaţa metalului respectiv. Pentru că formarea filmului protector este un fenomen de adsorbţie, presiunea şi temperatura sistemului sunt factori importanţi. Inhibitorii organici sunt adsorbiţi funcţie de încărcarea ionică a inhibitorului şi a suprafeţei metalului. Inhibitorii catodici (de exemplu, aminele) sau anodici (de exemplu, sulfonaţii) vor fi absorbiţi preferenţial în raport cu potenţialul electric al metalului: pozitiv sau negativ. Inhibitori de coroziune volatili Aceşti inhibitori numiţi şi inhibitori în fază de vapori sunt compuşi, transportaţi într-un mediu controlat, la locul coroziunii, prin evaporarea unei surse. În cazanele de abur, compuşii volatili, cum ar fi hidrazina, sunt transportaţi de abur pentru a prevenii coroziunea în tuburile condensatorului, neutralizând acidul carbonic sau deplasând pH-ul suprafeţei la valori mai puţin acide. În spaţiile închise cu vapori sunt folosite săruri de ciclohexilamină, diciclohexilamină şi hexametilenamină. La contactul cu suprafaţa metalică, vaporii acestor săruri condensează şi sunt hidrolizaţi, eliberând ioni de protecţie. Pentru ca metoda să fie eficientă, este de dorit să se asigure inhibarea rapidă şi cu o acţiune de lungă durată. Ambele proprietăţi depind de caracteristicile sărurilor fiind contrare, acţiunea rapidă presupunând volatilitate ridicată, în timp ce protecţia de durată necesită volatilitate scăzută. 4.3. Metode de acţionare asupra mediului corosiv Printre metodele de acţionare asupra mediului corosiv amintim: modificarea PH-ului mediului de coroziune (exemplu neutralizarea apelor reziduale cu substanţe chimice) îndepărtarea gazelor (O2;CO2) care măresc viteza de coroziune a mediilor corosive, mai ales a apei; utilizarea inhibitorilor sau a pasivatorilor, ce sunt substanţe organice sau anorganice, care introduse în cantităţi minime în mediul corosiv, micşorează sau anulează complet viteza de coroziune a acesteia; protecţia catodică constă în aplicarea unor metode galvanice de protecţie a metalelor, folosind anozi metalici auxiliari, care se corodează în locul metalului protejat. Glosar Anion Ion cu sarcină electrică negativă care este atras de anod. Anod Electrod prin care intră curentul electric continuu; este legat la polul pozitiv al sursei Catalizator Substanţă care influenţează viteza unei reacţii chimice şi se regăseşte nemodificată la sfârşitul reacţiei. Cămăşuirea Proces metalurgic de legare a straturilor din metale identice sau diferite Coroziune Proces chimic sau electrochimic de degradare exercitat, în special, la suprafaţa corpurilor metalice, de oxigenul din aerul umed sau de alte substanţe chimice. Cation Ion cu sarcină electrică pozitivă care este atras de catod. Catod Electrod prin care iese curentul electric continuu; este legat la polul negativ al sursei. Electrometalizarea Proces electrochimic de depozitare a unui strat subţire de metal pe un alt element, de obicei de origine metalică. Galvanizare Depunere electrolitică efectuată în scopul protejării obiectelor metalice contra coroziunii. Inhibitor Substanţă care, adăugată în proporţii mici în mediul de reacţie, opreşte total, întârzie sau micşorează viteza de reacţie. Inhibitor de oxidare = antioxidant Bibliografie Oprea M., Protecţia anticorosivă, Editura Eurobit, Timişoara, 1998; Neniţescu C.D., Chimie generală, Editura didactică şi pedagogică, Bucureşti, 1979. Pauling L, Chimie generală, Editura ştiinţifică, Bucureşti, 1972. Liviu Oviciu, Mureşan L., Electrochimie aplicată, Editura Presa universitară clujeană, 1998; Beral E., Zapan M., Chimie anorganică, Editura tehnică, Bucureşti; PAGE PAGE 17 쥁@