Appunti di corrosione e protezione dei materiali

CAPITOLO

✗ CORROSIONE

INTRODUZIONE

1 ALLA

- tra in

interazione chimica fisica traduce delle

metallico che proprietà

materiale ambiente

DEF cambiamento

si

acquoso

: e un

- - -

. che funzionalità

del della

alla

porta

metallo perdita

e spesso

irreversibile tra ambiente

all'

avviene perdita

che interfaccia materiale di

ed comporta

processo una

un

un

- • massa

elettrochimico

tipo

di

corrosione

ambiente

umido con acqua

a :

- ,

atmosfere corrosione

ambiente eterogenee

mediante reazioni

gassose

secco

a =

- : ,

La è fenomeno naturale

CORROSIONE do

un →

: o

<

- - è probabilistico

evento

un

- catastrofiche

può avere conseguenze

- restituisce all' ambiente

è energia materia

Anti METALLURGICO

processo →

un e

- .

attivi

materiali

UNIFORME

CORROSIONE GENERALIZZATA : su

O o la la

dissoluzione interessa

del superficie

tutta

metallo esposta

o prevedibile

velocità

•

materiali passivi

LOCALIZZATA

CORROSIONE su

: • la limitata

dissoluzione interessa

del porzione del materiale

metallo

o una

elevata

prevedibile

velocità molto

non ma

• condizioni

avviene in di sforzi trazione

CORROSIONE di di

SFORZO

sotto presenza 3 presenza

: a.

: ambiente corrosivo

2. suscettibile

metallico

3. materiale

[

VELOCITÀ di ' ]

mglldm

PERDITA di MASSA Dm giorno

um mi Mdd )

mg

: = = =

- -

S t t

s

- . [

di

dell' VELOCITÀ

di ( ]

VELOCITÀ PENETRAZIONE )

Attacco Vm

Vp

CORROSIONE mi

Dm

Vcorrosione anno

µ

: =

= = ,

S ,

e

-

• hanno

che

tutti i gicms

metalli Vm

5µm

mdd

9=7-8 1

Vp 5

1 /

:

per anno :

:

= ; =

è materiali quantifica

dei la

parametro caratteristico resistenza cui si ogni

alla corrosione →

• :

un oppongono

con

ha la trascurabile

il

di entro quale

sicurezza considerarsi

intervallo corrosione può

composto un

• mai nulla

non essere

può

CAPITOLO di

✗ CORROSIONE

MECCANISMO

2 -

La di

corrosione per MECCANISMO ELETTROCHIMICO

un

mezzo

avanza E (

[ ]

/ )

M idrossidi

H2O Onidi

corrosione

di

prodotti

pH acido

02 + •

+ e

elettriche flusso

in corrosivo

serie I

di

correnti

processi

4 ogni comporta carica

processo un

4 •

= → corpi

libera elettroni

REAZIONE moli di

ANODICA

1 z

:

+

MZ -

M 2- e

+

Di

2 REAZIONE CATODICA in

riduzione

02 origano ambiente

dell'

-

2h20 -

4 areato

40h

e

+

• >

+ = ,

idrogeno

21-1++2 ambiente

dell' in acido

sviluppo

- Ha

e >

• = ,

circolazione limitante

di nel elettroni

mediante

3 METALLO

CORRENTE Elettrica non

,

,

circolazione di nell'ELETTROLITA elettrolita limitante

CORRENTE ioni

mediante

Elettrica

↳ ,

,

i. elettricamente

sostanza caricata

acquosa

velocità di altamente

ambiente

di soli conduttivi

metalli

• /

fortemente

corrosione ricco molto

massima acido

e

areato

: o

, ,

velocità di ambiente molto

minima metalli

corrosione resistenti

basico

/

resistivo /

de areato

• corrosione

a

: - ,

di

di

PRIMA (

carbonio bagnata fenolftaleina

lastrina

ESPERIENZA acciaio soluzione

EVANS neutra

salata

al

: da acquosa acqua +

una

• fucsia

( )

ferri ( ioni

cianuro

9) "

blu Fe

pH t

se > se

bordo riduzione

al reazione ossigeno

catodica di dell'

• 2h20

02 40h -

-

4

+

: e →

+

→

del "

di Fe

Fe

al anodica ossidazione te

centro reazione -

ze

• • >

: +

b

si ha elettrica circola l'interno

esterno

che dall'

corrente passando

verso

una

nel "

nella

interno

dall'

dagli l' te

soluzione

metallo esterno

e verso con

-

OH passando

SECONDA stridio immersa

ferro

ESPERIENZA nella prima

di cortocircuito

della esperienza

di

EVANS soluzione

stessa → con

: o amperometro

Zona

magma •

MM catodica

( l'

elettrolita quantità

nell' in sulla

la è

MMM della

superficie

maggiore

ossigeno soluzione

• presente

circola

corrente Bob

con % MMM

verso )

opposto MMM

MH zona

•

Gammel anodica

REAZIONI ANODICI

PROCESSI OSSIDAZIONE

ELETTROCHIMICHE →

: •

- "

µ

µ 2- -

e

a +

PROCESSI CATODICI RIDUZIONE

• → acido

1) 02+411-+1-4

ambiente

OSSIGENO

RIDUZIONE 2h20

-

: e

• >

ambiente 2h20

/ basico 02

neutro e- -

+4

• 40h

→

+

2) acido +

ambiente 2h

SVILUPPO IDROGENO Ha

Ze -

+

: • →

ambiente / 2h20

basico

neutro Ha

20h

2 - +

-

• >

e

+

3) RIDUZIONE Clz - ci

2e → -

CLORO + MZ MZ -1

+

4) RIDUZIONE -

IONI METALLICI e →

+ circola

la

LEGGE FARADAY correla all'

di che

corrosa interno

la del

corrosione sistema

corrente di

mano

: con

PM I t

lei lchim

Q

Dm specie

Q

=

a corrosa

. = =

. c.

.

F F

Z -

↳ valenza

• #

f.

i

LEGAME VCORR '

( Dm

/ ) I.

m2 (

ma lei

Vm

) t

Q lei

lei

/ : la

anno

- m

µ = = =

=

corpi . -

- . .

e

S t

- ic

Pmsc

Vp Dm

Vm =

= = .

F

P Z

p t

S P

.

. -

TERMODINAMICI

CAPITOLO

✗ Aspetti

3 - " }

REAZIONE M M

ANODICA ze -

+

• : = un -

MZ -1

N

M g-

REAZIONE GLOBALE + = +

:

un -

N

REAZIONE ze

+ §

-

• CATODICA : =

VARIAZIONE F.

LIBERA Z

di

di ENTALPIA GIBBS DE

: DG = - . ↳ potenziale

dal equilibrio

di

ddp dipende

MOTORE

LAVORO 0 →

MN MR NR

MR 'è

Eeg Eeg Eeg

E

Eeg

→ +

= -

=

↳ Eef Eeg equilibrio

potenziale della reazione

di

→ anodica

= a

,

Eèg

" equilibrio

• Eeg potenziale della reazione

di catodica

= →

e

,

DE Eeg

di Ecg A

= C - ,

,

Eeg

di REAZIONE

SPONTANEITÀ Eeg

UNA AG

DE

: = c a

- = -

,

, 2- F

.

↳ (

- )

( reazione |

de

Agco spontanea

0

> : equilibrio

( reazione

DE

G ) all'

0 0 :

- =

( )

DG reazione

DE spontanea

> 0 < 0 : non Eeg

NECESSARIA

→ CONDIZIONE Eco

AVERE CORROSIONE >

per : A

c ,

,

→ Eeg

SUFFICIENTE Eca

CONDIZIONE AVERE CE

CORROSIONE

non

per : A

,

, ↳ abbassare più

fenomeni

evitare il

è necessario

corrosivi

per ,

la interno

possibile elementi all'

i

tra accoppiati

dap due

sistema

del

EQUAZIONE di equilibrio

calcolo del

di NERNST potenziale

:

È ]

[

In

Eeg Rt Ox

→ +

= .

Z [

F ]

red

- Serve

come il ? elettrodo elettrodo

riferimento

si di di alla

voltmetro

potenziale riferimento ⑦ struttura

misura ①

-

' e e

un

un , ☐

i.

deve stabile tempo la

durante

nel misura

essere e

: - valore di potenziale

avere costante

noto

un e

- im polarizzare

essere

-

contenitore collegato

soluzione sul

di

all'interno

ELETTRODO misura

strumento

STANDARD a

IDROGENO pH

a con

ad o uno

con un cavo

• : =

- ,

,

idrogeno

fatto

quale viene molecolare

gorgogliare ÉHTHZ ÉHYHZ

condizioni QZH

In

E

F- In f-

RT

25°C Rz

STANDARD ✓

• "

+

:

• 0

+

=

= =

# Ha

/ '

P Z F phz

1 atm

= - .

[ " ]

H molti

1

= OV

Eeg =

→ immerso

filo cloruro

( in KCI

d'

Aga d' rivestito

ELETTRODO Ag soluzione

ARGENTO CLORURO di

ARGENTO argento

) argento una

con e

• : -

- - equilibrio

Reazioni di Agce AÌ

• }

-

ce

+

☐ Agce Ag

e- ce -

+ • +

Ag + - Ag

e

+ • "

dati

Eagce (

Ecg ° È ÷

log

E V

E

log

→ +0,197 SHE

-10,059 la

0,059

+ = •

Ag =

= =

/ -

¥8 Qc

' , . ]

Eagc

soluzione è

la Eeg

natura [

log

se non 0,059

: ac t

-0,222

→ = -

/ Ag -

,

↳ è

[ costante

]

al ac non

_

,

filo immerso in

( cloruro

(

ELETTRODO in

di platino di

)

Hq mercurio

mercurio

SATURO

al CALOMELANO SCE di

• ) e pasta

: puro una

- ( immersi soluzione

calomelano) (

ioni

in cloruro KCII

di

una

"

equilibrio 1+82<12

di

reazioni "

• -

= }

• "

+

8 2 Hgac -12C

, 2kg -

'

-

ze

+

a ☐

È

Hg 2kg

-

+ 2e • idrogeno

ad

elettrodo standard

all'

rispetto

µ

?

aghi

(

°

Eeg log

• E Eeg VSHE

✓ SHE

°

0,0259 0,244

244 →

+ =

= = '

> .gr

ayy

[ [

] ac ,

1

=

la ]

soluzione [

log

Eeq

è aci

0,268

se

→ natura 0,059

non -

=

immersa

barra

( di

) ( solfato

in soluzione di

Cn )

/ di

ELETTRODO Rame Cusa

di

RAME CSE

SOLFATO rame

: rame

• una

- , equilibrio "

di

reazioni -

cu cn

ze

:

→ →

+

° [ ]

Cnf

log

E ] [ soluzione

E log

0,34+0,02=9

0,059 " natura

acu →

→ + non

eq =

= 2 [ ]

acu

↳ natura

soluzione Eeg

è 0,318 V

la SHE

se : = confrontare diverse misurazioni

poter

di di riferimento

• elettrodo

TABELLE l'

cambiare e

conversione per per

equilibrio

di il °

POTENZIALE riferito (

idrogeno

elettrodo

è all'

di

reazione misurato

STANDARD potenziale E

standard ) e

OV

una a = )

in (

pari

della

prodotti

reagenti

condizioni attività

standard di unitaria

concentrazione 1M

con reazione

e a

, .

MZ '

dissoluzione -

di

generica m

reazione +

→ -

ze

:

• ^

aa¥

↳ ° °

° In E

E

Nernst Enim Eeg

Eeg RT Di

=

: +

= =

a- + F

2- ↳

' ° misurato SHE

e con

= a

MZ + molt l

1

= tabulati

i

• valori É riduzione

di ogni

di

alle singolo

riferiti di

reazioni metallo

sono

sono e

↳ )

la valori

(

valori ai

più negativi

dai

è più nobili

scala positivi metalli

ordinata più

↳ in chi

metallo gli

corroso

ogni essere

può sta

generale da sopra

↳ Eeg Eeg

DE A

c

= -

, , MZ

' ]

MZ '

condizioni

di [

M

POTENZIALE di ossidazione

generica reazione

CHE

ANODI

EQUILIBRIO 2- - mal

STANDARD /

: → <

e 1

+ =

- :

•

°

Eeg 10-6

]

ME

E di

[

log mal

] L

NERNST [ /

ME

condizioni

+ 0,059 EQUILIBRIO

:

☐ :

-

= =

☐

2- prodotti COMPLESSA

INSOLUBILI u n

O

• 10-10

[ ]

'

MZ molti

<

• corrosione

ha si

si Eea

Eca

corrosione applica Eeg

e

potenziale si

> avrà

→

de >

se un

e a

,

,

1) in

delle

POTENZIALE CATODI (

REAZIONI RIDUZIONE

EQUILIBRIO

di soluzioni )

di OSSIGENO

CHE arenate

: +

soluzioni 2h20

-

4

02 4h }

e →

+ +

→ " )

( Q

acide E " toga

^ 229+9%51 " 1,23

Pa 0,05g

= . + +

,

= +

' è

02 2h20 -

< e . H2O

<

→ o µ

+

+ , , 1

.

E PH

1,23 0,059

eq .

-

=

2) di IDROGENO

SVILUPPO

soluzioni }

-

+

2h 2C Hz

→ + → +2

EH ]

[

log

9059

acide a

° /

+ )

log

+

= (

+9059 a

°

= +

/

+

2

2h20 µ

- 20h

-12 p

- Ha

e → + , !

Eeg .PH

0,059

= -

(

di

DIAGRAMMI luogo

POURBAIX elettrochimiche

E ) sui

equilibrio materiali

che

potenziali metallici

reazioni

delle

di in

pH : possono aver

-

- soluzioni acquose

individuano intervallo

le specifico

stabili

termodinamicamente E

specie in

che pH

- di

sono e

uno

-9 velocità

informazione sulla

diagrammi di

termodinamici corrosione

sono nessuna

puramente →

• indica subisce

quali

3 le condizioni corrosione

il

le materiale

entro da

CORROSIONE

aree : :

• Sono

della "

ioni metallici

stabili

parte gli

soluzione M

acquosa .

↳ MZ È

+ Eeg

M )

(

orizzontale

- log

retta

ze

→ -10,0=-59

→

+ → = anzi

(

PASSIVAZIONE il

idrossidi

formazione

• ossidi materiale metallico si

di protegge

o :

dall' formando

della soluzione di

azione superficiale

film ossido

corrosiva acquosa un .

Sono idrossidi MLOHIZ

Moz

stabili insolubili

gli /

/

amidi

↳

%•← " +

MLOH

M Hzo log

verticale A

linea

ZH )

) (

pH

2-

+ anzi

→ → eq

2- →

+ -

= z

equilibrio

condizioni di per indica

IMMUNITÀ

idrossido le

ioni condizioni immune

metallo è

cui corrosivo

all'

il da

materiale attacco

• :

e per

, È stabile

soluzione

della il metallo

parte M

acquosa .

↳ E

Mi È

Hzo +

MLOH obliqua

-

) H .ph

retta -0,059

2-

2- 2- eq

e →

+ → =

z +

→

di specie

equilibrio

Reazione elettrochimico '

BB

tra

chimico Chao hh

diverse ah -

ed zé

+

: + +

- →

" "

↳ ? aijgb

? )

È ° (

Eeg

[

( log

QAJ

° [ log

log

[ ]

] [ [

[

ah E

log

Eeg E ]

+0,9gal 9G59_ a

• +

1

• aa

+ →

" -

+

= = /+

"

B jyc

[

[ ]

a, a

. µ ,

↳ eeoi-t-o-QI9-logt.LA?j- equilibrio di

0,059¥ di

potenziale

pH una

→ anodica

generica equazione

negativa delimitano

rette stabilità

2 di dell'

la

con regione

pendenza acqua

- in si dissocia di

sviluppo

l'

acqua con

questa zona

• , acidità

Oz dell'

aumento

e

in di

si dissocia sviluppo

l'

acqua con

questa zona →

, alcalinità

Hz '

dell

aumento

e

✗ CAPITOLO CINETICI

ASPETTI

4 - il

velocità la di

avviene

CINETICA corrosione

quale processo

con

= trascurabile

R

R

Ecg I

Eeg Im

LAVORO DE +

+

MOTORE

• sfc el

= MA

A

: + -

= -

-

c ,

,

! nell'

R

il il I

Nfc

Mac + elettrolita

( CADUTE OHMI

•

+ CHE

.

↳ )

( passivazione

corrosione

SOVRATENSIONE all' ANODO e

sviluppo

( riduzione

al )

Oz

di

sovratensione Hr

→ CATODO di e