Lezioni complete corso Scienza e tecnologia dei materiali

FATTORI CRITICI

- Velocità di corrosione

- dipende dal processo catodico, si può corrodere a qualsiasi velocità, ciò che comanda è la

caratteristica catodica. In presenza di idrogeno avrò velocità di corrosione diverse

1/ /

- da fino a centinaia di

Range molto ambio. Sono ancora velocità ci corrosione accettabili.

- Prodotti di corrosione

→

- espansione cricche, rottura di saldature

- Inquinamento a seguito della dissoluzione metallica

- Prevenzione: rivestimenti, sovraspessore di corrosione: faccio l’oggetto più spesso del necessario in

modo da contare la parte corrosa: solo in alcune condizioni. Se salta vernice, sotto ho espansione di

volume data dai prodotti di corrosione, il danno dunque peggiora.

VELOCITA’ DI CORROSIONE (/)

- Corrosione da ossigeno

o Proporzionale alla densità di corrente limite di ossigeno

o = 1.12

o Densità di corrente limite

[ ](

= 10 )

- stagnante velocità del fluido nulla più lenta

2 0.5

[ ](1 )

= 10 +

- moto laminare

2

[ ](1

= 10 + 0.5 )

- moto turbolento

2 (−25)/25

[ ]()2

= 10

- temperatura

2

All’aumentare della velocità del fluido, aumenta l’apporto continuo costante di ossigeno alla

superficie e aumenta dunque la corrosione. Data anche da bollicine all’interno del fluido in

condizioni di forte turbolenza in particolare con fluidi bifasici. Acqua che evapora: fase evaporativa

si ha acqua che bolle, che esplodendo portano a emulsione di materiale aggravando la corrosione

del materiale (cavitazione).

- Corrosione acida

La velocità di corrosione si valuta, con fattore aggiuntivo velocità fluido; non ho velocità limite.

Viene valutata velocità in funzione del lavoro motore a disposizione.

→Dipende dalla natura dell’acido 2

(1 )

= + 10 ∆/

0,2

CORROSIONE LOCALIZZATA

Possiamo avere la condizione tipica di un materiale attivo-passivo in cui abbiamo rottura locale del film

protettivo in un punto.

Avviene per diversi motivi per materiali passivi:

- Chimici: pitting – crevice

Forme di corrosione più diffuse, legate a variazioni di concentrazione chimica di elementi all’interno

della soluzione.

Pitting ho cloruri e cravis ho ossigeno le cui variazioni portano all’effetto di rottura del film passivo.

- Metallurgici

Possono portare a corrosione intergranulare, tipica degli acciai ipersensibilizzati.

- Meccanici turbolenza – erosione – cavitazione:

- Legati sforzi SCC – fatica – idrogeno

Legato sia alla presenza di fenomeni di trazione in presenza di un fenomeno corrosivo sia in

condizioni di fatica che peggioreranno ulteriormente la fatica.

Forma più pericolosa quella legata all’idrogeno: idrogeno atomico piccolissimo e diffonde nel

materiale anche a Ta mb diffusione idrogeno anche all’interno del metallo: metallo viene infragilito

dalla presenza di idrogeno che pora a cricca e cedimento

In aggiunta, su materiali prevalentemente attivi: aerazione differenziale e accoppiamento galvanico.

ACCOPPIAMENTO GALVANICO

…o detta corrosione per contatto galvanico. Caso di corrosione localizzata, su materiali attivi. La corrosione

localizzata avviene normalmente su materiali passivi, rompendo localmente il film passivo; in questo caso si

ha corrosione di un metallo attivo in una zona limitata, questa limitazione è dovuta al fatto che questo è in

contatto con un metallo con diverso potenziale di equilibrio

Accoppiamento di due metalli diversi con comportamento elettrochimico diverso

Avviene quando due metalli a diversa nobiltà (diverso comportamento elettrochimico, potenziale di

equilibrio) sono in contatto elettrico ed esposti a un ambiente aggressivo in presenza di processo catodico.

Il metallo meno nobile è sede del processo anodico di corrosione con velocità superiore a quella in assenza

di contatto galvanico.

Il metallo più nobile è sede del processo catodico e non subisce corrosione (o si ha una riduzione della

velocità di corrosione)

Motivo puramente elettrochimico.

Contatto galvanico: M2 è più debole, dal punto di vista della corrosione, quindi meno nobile; M2 è

costretto da M1 a fornire elettroni anche per il processo catodico che avviene su M. Dunque, il processo

catodico avviene su entrambe le superfici, mentre quello anodico solo sulla superficie di M2; M2 dovendo

fornire elettroni per il processo di corrosione sulla sua superficie e sulla superficie di M1, deve aumentare la

sua velocità di corrosione.

Protezione catodica: si possono intenzionalmente accoppiare due metalli con diversi potenziali di equilibrio,

in modo da proteggere il metallo più nobile. Per es.: le strutture offshore in acciaio hanno anodi di Zn posti

lì apposta per corrodersi e proteggere l'acciaio.

ACCOPPIAMENTO GALVANICO: quattro fattori

- Differenza di nobiltà pratica

▪ Potenziale pratico = potenziale di corrosione libera

▪ Processo anodico solo sul metallo meno nobile

▪ La sua velocità di corrosione aumenta

- Rapporto area catodica / area anodica

- Conducibilità elettrolita

- Proprietà catalitiche del catodo

Differenza nobiltà pratica:

Bisogna avere una differenza di potenziale tra M1 e M2, e deve essere legata al potenziale

specifico di quell'ambiente. Es.: acciaio al C di fianco all'acciaio inossidabile in H2O provoca

accoppiamento galvanico; invece, questi in ambiente alcalino non c'è accoppiamento

galvanico, perché entrambi sono passivi e i loro potenziali di corrosione si eguagliano e si ha

un annullamento del rischio di accoppiamento galvanico.

Grafite: non è un metallo, ma conduce elettricità e quindi può essere usato dall'O2 come

superficie di scambio. Si corrode il metallo e sulla grafite avviene la reazione di riduzione.

Titanio: non è un metallo nobile, ma ha un film passivo molto resistente che lo rende

più nobile dell'acciaio inox.

Se due metalli posti nello stesso ambiente, si assestano allo stesso valore di

potenziale di corrosione, non ho accoppiamento galvanico. Es.: acciaio inox con

piombo/rame nello stesso ambiente, non ho accoppiamento galvanico perché

assumono lo stesso potenziale; se accoppio al rame un acciaio al carbonio, questo si

assesta a un potenziale più basso rispetto al rame e quindi ho accoppiamento

galvanico

Rapporto area catodica/area anodica

Se si ha una area anodica molto grande e una area catodica molto piccola, l'incremento di v. di corrosione

sarà molto limitato; se succede il contrario, si ha un incremento della v. di corrosione molto evidente.

Velocità di corrosione del metallo meno nobile

=

-

= +

- +

=

Dove:

= velocità di corrosione in assenza di accoppiamento

= superficie del metallo meno nobile

= superficie del metallo più nobile

La velocità di corrosione dipende da:

- Disponibilità di ossigeno

- Conducibilità (caduta ohmica)

Questo è vero solo se l'ambiente in cui si trova è fortemente conduttivo.

Conducibilità dell’elettrolita

Se ho ambiente poco conduttivo posso avere contatto elettrico su tutta la superficie ma il contato ionico

può limitarsi e allora l’area da considerare per l’accoppiamento galvanico è solo quella dove circolano gli

ioni.

In un ambiente con conducibilità limitata accade che lo scambio ionico è limitato dal fatto che la

conducibilità dell'elettrolita è limitata, oltre una certa gittata non si riescono a muovere gli elettroni da una

superficie all'altra e dunque la superficie catodica non è più tutta la superficie dei due metalli, ma solo una

parte della superficie; in un ambiente a bassa conducibilità l'accoppiamento galvanico è meno pericoloso,

quanto meno la velocità si riduce. La morfologia che si ottiene è quella di una scavatura del materiale nel

punto di contatto.

PITTING CORROSION

- Avviene su materiale attivo-passivo

- presenza di cloruri non partecipano alla reazione, fanno da attivante

- presenza di un ossidante, si riducono ( , batteri, …)

2

/

- elevata corrente anodica (rapporto )

È un fenomeno intrinsecamente di natura stocastica: difficile da prevedere quando e dove si innescherà.

Effetto

Ioni cloruro che si assorbono in superficie finché dove ho la maggior concentrazione di cloruri il film passivo

si rompe. Due conseguenze: →

il metallo esposto all’amb si corrode zona reazione anodica.

La reazione catodica può avvenire anche sul film passivo, quindi è tutta intorno al punto. All’anodo

abbiamo il ferro che si ossida, al catodo ossigeno + acqua + elettroni che formano OH-. Significano

alcalinità, ai margini del peet si ha un aumento del pH. Motivo per cui nel pitting si forma il buchino e non si

allarga ma questo va in profondità: intorno al buco ho aumento di alcalinità che aumenta la resistenza del

film passivo: reazione catodica in quella zona impedisce che il foro si allarghi.

L’area anodica è piccola, area catodica è grande. Questo nel contatto galvanica porta un aumento della

velocitò di corrosione rispetto a quella generalizzata. Le velocità di corrosione di aggirano intorno al

mm/anno e anche di più.

La corrosione non parte istantaneamente: Periodo di innesco: tempo necessario perché si rompa

localmente il film passivo a causa dell’interazione con gli ioni cloruri. Avviene in alcuni punti stocastico. Non

si sa quando e in che punto. Più lungo all’aumentare della resistenza del film passivo.

Periodo di propagazione: la corrosione penetrata all’interno del materiale fino alla perforazione

Una volta innescata, la velocità di penetrazione è così elevata da interessare lo spessore del materiale in

pochi mesi.

→

Pitting velocità di corrosione molto elevate.

Pitting: caso di corrosione localizzata di un materiale attivo- passivo dovuto a un danneggiamento del film

passivo che non può essere risanato. Il fenomeno più importante è il pitting o vaiolatura; in cui il motivo di

rottura del film è la presenza di cloruri; interagiscono con la superficie del film passivo fino a danneggi