Appunti di corrosione e protezione dei materiali

Capitolo ✗ corrosione: introduzione alla corrosione

Corrosione: introduzione alla- tra ininterazione chimica fisica traduce dellemetallico che proprietàmateriale ambienteDEF cambiamentosiacquoso: e un- - -. che funzionalitàdel dellaallaportametallo perditae spessoirreversibile tra ambienteall'avviene perditache interfaccia materiale died comportaprocesso unaunun- massaelettrochimicotipodicorrosioneambienteumido con acquaa :- ,atmosfere corrosioneambiente eterogeneemediante reazionigassoseseccoa =- : ,La è fenomeno naturaleCORROSIONE doun →: o<- - è probabilisticoeventoun- catastrofichepuò avere conseguenze- restituisce all' ambienteè energia materiaAnti METALLURGICOprocesso →un e- .attivimateriali.

Corrosione uniforme e localizzata

• Uniformecorrosione generalizzata: suO o la ladissoluzione interessadel superficietuttametallo espostao prevedibilevelocità•materiali passivi.
• Localizzatacorrosione su: • la limitatadissoluzione interessadel porzione del materialemetalloo unaelevataprevedibilevelocità moltonon ma• condizioniavviene in di sforzi trazione.

Corrosione di sforzosotto presenza 3 presenza: a.: ambiente corrosivo2. suscettibilemetallico3. materiale[VELOCITÀ di ' ]mglldmPERDITA di MASSA Dm giornoum mi Mdd )mg: = = =- -S t ts- . [didell' VELOCITÀdi ( ]VELOCITÀ PENETRAZIONE )Attacco VmVpCORROSIONE miDmVcorrosione annoµ: == = ,S ,e-• hannochetutti i gicmsmetalli Vm5µmmdd9=7-8 1Vp 51 /:per anno ::= ; =è materiali quantificadei laparametro caratteristico resistenza cui si ognialla corrosione →• :un oppongonoconha la trascurabileildi entro qualesicurezza considerarsiintervallo corrosione puòcomposto un• mai nullanon esserepuò.

Capitolo ✗ corrosione: meccanismo 2

La dicorrosione per meccanismo elettrochimicounmezzoavanza E ([ ]/ )M idrossidiH2O OnidicorrosionediprodottipH acido02 + •+ eelettriche flussoin corrosivoserie Idicorrentiprocessi4 ogni comporta caricaprocesso un4 •= → corpilibera elettroniREAZIONE moli diANODICA1 z:+MZ -M 2- e+Di2 REAZIONE CATODICA inriduzione02 origano ambientedell'-2h20 -4 areato40he+• >+ = ,idrogeno21-1++2 ambientedell' in acidosviluppo- Hae >• = ,circolazione limitantedi nel elettronimediante3 METALLOCORRENTE Elettrica non,,circolazione di nell'ELETTROLITA elettrolita limitanteCORRENTE ionimedianteElettrica↳ ,,i. elettricamentesostanza caricataacquosavelocità di altamenteambientedi soli conduttivimetalli• /fortementecorrosione ricco moltomassima acidoeareato: o, ,velocità di ambiente moltominima metallicorrosione resistentibasico/resistivo /de areato• corrosionea: - ,didi.

Esperienza di Evans

Prima (carbonio bagnata fenolftaleinalastrinaESPERIENZA acciaio soluzioneEVANS neutrasalataal: da acquosa acqua +una• fucsia( )ferri ( ionicianuro9) "blu FepH tse > sebordo riduzioneal reazione ossigenocatodica di dell'• 2h2002 40h --4+: e →+→del "di FeFeal anodica ossidazione tecentro reazione -ze• • >: +bsi ha elettrica circola l'internoesternoche dall'corrente passandoversounanel "nellainternodall'dagli l' tesoluzionemetallo esternoe verso con-OH passando.

Seconda stridio immersaferroESPERIENZA nella primadi cortocircuitodella esperienzadiEVANS soluzionestessa → con: o amperometroZonamagma •MM catodica( l'elettrolita quantitànell' in sullala èMMM dellasuperficiemaggioreossigeno soluzione• presentecircolacorrente Bobcon % MMMverso )opposto MMMMH zona•Gammel anodica.

Reazioni elettrochimiche

Reazioni anodiciprocessi ossidazioneelettrochimiche →: •- "µµ 2- -ea +PROCESSI CATODICI RIDUZIONE• → acido1) 02+411-+1-4ambienteOSSIGENORIDUZIONE 2h20-: e• >ambiente 2h20/ basico 02neutro e- -+4• 40h→+2) acido +ambiente 2hSVILUPPO IDROGENO HaZe -+: • →ambiente / 2h20basiconeutro Ha20h2 - +-• >e+3) RIDUZIONE Clz - ci2e → -CLORO + MZ MZ -1+4) RIDUZIONE -IONI METALLICI e →+ circolala.

Legge Faraday correla all'di checorrosa internola delcorrosione sistemacorrente dimano: conPM I tlei lchimQDm specieQ=a corrosa. = =. c..F FZ -↳ valenza• #f.iLEGAME VCORR '( Dm/ ) I.m2 (ma leiVm) tQ leilei/ : laanno- mµ = = ==corpi . -- . .eS t- icPmscVp DmVm == = .FP Zp tS P.. -TERMODINAMICI.

Capitolo ✗ aspetti termodinamici 3

" }REAZIONE M MANODICA ze -+• : = un -MZ -1NM g-REAZIONE GLOBALE + = +:un -NREAZIONE ze+ §-• CATODICA : =VARIAZIONE F.LIBERA Zdidi ENTALPIA GIBBS DE: DG = - . ↳ potenzialedal equilibriodiddp dipendeMOTORELAVORO 0 →MN MR NRMR 'èEeg Eeg EegEEeg→ += -=↳ Eef Eeg equilibriopotenziale della reazionedi→ anodica= a,Eèg" equilibrio• Eeg potenziale della reazionedi catodica= →e,DE Eegdi Ecg A= C - ,,Eegdi REAZIONESPONTANEITÀ EegUNA AGDE: = c a- = -,, 2- F.↳ (- )( reazione |deAgco spontanea0> : equilibrio( reazioneDEG ) all'0 0 :- =( )DG reazioneDE spontanea> 0 < 0 : non EegNECESSARIA→ CONDIZIONE EcoAVERE CORROSIONE >per : Ac ,,→ EegSUFFICIENTE EcaCONDIZIONE AVERE CECORROSIONEnonper : A,, ↳ abbassare piùfenomenievitare ilè necessariocorrosiviper ,la internopossibile elementi all'itra accoppiatidap duesistemadel.

Equazione di Nernst

Equazione di Nernst di equilibriocalcolo deldi potenziale:È ][InEeg Rt Ox→ += .Z [F ]red- Servecome il ? elettrodo elettrodoriferimentosi di di allavoltmetropotenziale riferimento ⑦ strutturamisura ①-' e eunun , ☐i.deve stabile tempo ladurantenel misuraessere e: - valore di potenzialeavere costantenotoun e- im polarizzareessere-contenitore collegatosoluzione suldiall'internoELETTRODO misurastrumentoSTANDARD aIDROGENO pHa conad o unocon un cavo• : =- ,,idrogenofattoquale viene molecolaregorgogliare ÉHTHZ ÉHYHZcondizioni QZHInEF- In f-RT25°C RzSTANDARD ✓• "+:• 0+== =# Ha/ 'P Z F phz1 atm= - .[ " ]H molti1= OVEeg =→ immersofilo cloruro( in KCId'Aga d' rivestitoELETTRODO Ag soluzioneARGENTO CLORURO diARGENTO argento) argento unacon e• : -- - equilibrioReazioni di Agce AÌ• }-ce+☐ Agce Age- ce -+ • +Ag + - Age+ • "datiEagce (Ecg ° È ÷logE VElog→ +0,197 SHE-10,059 la0,059+ = •Ag == =/ -¥8 Qc' , . ]Eagcsoluzione èla Eegnatura [logse non 0,059: ac t-0,222→ = -/ Ag -,↳ è[ costante]al ac non_,filo immerso in( cloruro(ELETTRODO indi platino di)Hq mercuriomercurioSATUROal CALOMELANO SCE di• ) e pasta: puro una- ( immersi soluzionecalomelano) (ioniin cloruro KCIIdiuna"equilibrio 1+82<12direazioni "• -= }• "+8 2 Hgac -12C, 2kg -'-ze+a ☐ÈHg 2kg-+ 2e • idrogenoadelettrodo standardall'rispettoµ?aghi(°Eeg log• E Eeg VSHE✓ SHE°0,0259 0,244244 →+ == = '> .grayy[ [] ac ,1=la ]soluzione [logEeqè aci0,268se→ natura 0,059non -=immersabarra( di) ( solfatoin soluzione diCn )/ diELETTRODO Rame CusadiRAME CSESOLFATO rame: rame• una- , equilibrio "direazioni -cu cnze:→ →+° [ ]CnflogE ] [ soluzioneE log0,34+0,02=90,059 " naturaacu →→ + noneq == 2 [ ]acu↳ naturasoluzione Eegè 0,318 Vla SHEse : = confrontare diverse misurazionipoterdi di riferimento• elettrodoTABELLE l'cambiare econversione per perequilibriodi il.

Potenziale standard

°POTENZIALE riferito (idrogenoelettrodoè all'direazione misuratoSTANDARD potenziale Estandard ) eOVuna a = )in (paridellaprodottireagenticondizioni attivitàstandard di unitariaconcentrazione 1Mcon reazionee a, .MZ 'dissoluzione -digenerica mreazione +→ -ze:• ^aa¥↳ ° °° In EENernst Enim EegEeg RT Di=: += =a- + F2- ↳' ° misurato SHEe con= aMZ + molt l1= tabulatii• valori É riduzionedi ognidialle singoloriferiti direazioni metallosonosono e↳ )la valori(valori aipiù negatividaiè più nobiliscala positivi metalliordinata più↳ in chimetallo glicorrosoogni esserepuò stagenerale da sopra↳ Eeg EegDE Ac= -, , MZ' ]MZ 'condizionidi [MPOTENZIALE di ossidazionegenerica reazioneCHEANODIEQUILIBRIO 2- - malSTANDARD /: → <e 1+ =- :•°Eeg 10-6]MEE di[log mal] LNERNST [ /MEcondizioni+ 0,059 EQUILIBRIO:☐ :-= =☐2- prodotti COMPLESSAINSOLUBILI u nO• 10-10[ ]'MZ molti<• corrosioneha sisi EeaEcacorrosione applica Eegepotenziale si> avrà→de >se une a,,1) indellePOTENZIALE CATODI (REAZIONI RIDUZIONEEQUILIBRIOdi soluzioni )di OSSIGENOCHE arenate: +soluzioni 2h20-402 4h }e →+ +→ " )( Qacide E " toga^ 229+9%51 " 1,23Pa 0,05g= . + +,= +' è02 2h20 -< e . H2O<→ o µ++ , , 1.E PH1,23 0,059eq .-=2) di IDROGENOSVILUPPOsoluzioni }-+2h 2C Hz→ + → +2EH ][log9059acide a° /+ )log+= (+9059 a°= +/+22h20 µ- 20h-12 p- Hae → + , !Eeg .PH0,059= -(di.

Diagrammi di Pourbaix

Diagrammi di Pourbaix luogoPOURBAIX elettrochimicheE ) suiequilibrio materialichepotenziali metallicireazionidelledi inpH : possono aver-- soluzioni acquoseindividuano intervallole specificostabilitermodinamicamente Especie inche pH- disono euno-9 velocitàinformazione sulladiagrammi ditermodinamici corrosionesono nessunapuramente →• indica subiscequali3 le condizioni corrosioneille materialeentro daCORROSIONEaree : :• Sonodella "ioni metallicistabiliparte glisoluzione Macquosa .↳ MZ È+ EegM )(orizzontale- logrettaze→ -10,0=-59→+ → = anzi(PASSIVAZIONE ilidrossidiformazione• ossidi materiale metallico sidi proteggeo :dall' formandodella soluzione diazione superficialefilm ossidocorrosiva acquosa un .Sono idrossidi MLOHIZMozstabili insolubiligli //amidi↳%•← " +MLOHM Hzo logverticale AlineaZH )) (pH2-+ anzi→ → eq2- →+ -= zequilibriocondizioni di per indicaIMMUNITÀidrossido leioni condizioni immunemetallo ècui corrosivoall'il damateriale attacco• :e per, È stabilesoluzionedella il metalloparte Macquosa .↳ EMi ÈHzo +MLOH obliqua-) H .phretta -0,0592-2- 2- eqe →+ → =z +→di specieequilibrioReazione elettrochimico 'BBtrachimico Chao hhdiverse ah -ed zé+: + +- →" "↳ ? aijgb? )È ° (Eeg[( logQAJ° [ loglog[ ]] [ [[ah ElogEeg E ]+0,9gal 9G59_ a• +1• aa+ →" -+= = /+"B jyc[[ ]a, a. µ ,↳ eeoi-t-o-QI9-logt.LA?j- equilibrio di0,059¥ dipotenzialepH una→ anodicagenerica equazionenegativa delimitanorette stabilità2 di dell'lacon regionependenza acqua- in si dissocia disviluppol'acqua conquesta zona• , aciditàOz dell'aumentoein disi dissocia sviluppol'acqua conquesta zona →, alcalinitàHz 'dellaumentoe.

✗ capitolo aspetti cinetici 4

Ilvelocità la diavvieneCINETICA corrosionequale processocon= trascurabileRREcg IEeg ImLAVORO DE ++MOTORE• sfc el= MAA: + -= --c ,,! nell'Ril il INfcMac + elettrolita( CADUTE OHMI•+ CHE.↳ )( passivazionecorrosioneSOVRATENSIONE all' ANODO esviluppo( riduzioneal )Ozdisovratensione Hr→ CATODO di e.