Riassunto programma completo di Corrosione e Protezione dei Materiali

Protezione dei materiali: corrosione

A secco

Processo ad alte temperature, materiali con comportamento attivo-passivo (acciai inox): scambio elettrochimico attraverso lo strato di passivazione.

• 0°C - 550/650°C: acciai al C o debolmente legati con Mo e Cr
• 650°C - 850°C: acciai inox austenitici
• 850°C - 1150°C: superleghe a base di Ni o Co
• >1150°C: rivestimenti ceramici

A umido

Processo elettrochimico che avviene in presenza di un elettrolita sull'interfaccia con il metallo, come ad esempio bagnanti. Passaggio di elettroni dall'anodo al catodo e riacidamento del catodo con la passivazione.

Dettagli processo a secco

• 950°C - 550/650°C: acciai al C o debolmente legati con Mo e Cr
• 650°C - 850°C: acciai inox austenitici
• 850°C - 1100°C: superleghe a base di Ni o Co
• >1400°C: rivestimenti ceramici

Dettagli processo a umido

Fase anodica: passaggio di elettroni dall'anodo al catodo. Allontanamento del catodo con la formazione di metallo attraverso il recupero di cationi dell'elettrolita (riduzione del catodo). Riduzione della concentrazione degli ioni del catodo e passaggio di ioni "estratti" attraverso il retto poroso. Rilascio dei cationi dell'ausilio per bilanciare la compatibilità dell'elettrolita con allisciamento elettronico dell'ausilio, che porta a corrosione (ossidazione dell'ausilio).

Reazioni di corrosione

Processo di corrosione (ausilio: Fe → Fe²⁺ + 2e^-)

Catodo: 2H⁺ + 2e^- → H₂O₂ + 2H₂O + 4e^- → 4OH^-

Elettrolita: H₂O

Passaggio di elettroni dalla zona anodica a quella catodica, riduzione del catodo → fruizione di prodotti di corrosione. Passaggio ionico attraverso l'elettrolita, tendenza del metallo ad ossidarsi in base al suo potenziale di equilibrio → ossidazione del metallo → corrosione.

Note sul potenziale di equilibrio

Il potenziale di equilibrio misura il bilanciamento tra la forza di uscita di dissoluzione e la forza elettrica di attrazione all'interfaccia metallo-elettrolita, ed è determinabile come differenza di potenziale di una presa costituita dal mantello di isolamento.

E = E^o + _RT/^nF ln _[O2]/^[Red], dove R= 8,31 _J/^K, F= 96490 _C/^mol

La tendenza di un metallo ad ossidarsi è espressa dall'equazione di Gibbs, dove il potenziale ΔE^o coincide con E^o solo se la cella galvanica ha come elettrodo noto quello di idrogeno:

ΔG^o = -nFΔE^o

Perturbando il valore di potenziale di un elettrodo, si fa sì che si favorisca una tra le reazioni anodica e catodica per consentire il bilanciamento dell'equazione di Nernst tra stato anodico e ridotto per studiare le relazioni tra le variazioni del potenziale e quelle delle correnti anodica e catodica si usano le rette di Tafel.

Nel diagramma di Evans, risolvere le condizioni di una cella galvanica con l'incontro tra la curva catodica del materiale che si riduce e quella anodica di quello che si ossida, individuando nel loro punto d'incrocio i valori di potenziale e corrente di corrosione, nei loro estremi sinistri il loro potenziale di equilibrio.

Le curve di polarizzazione generale possono essere di due tipi: rette per le curve con comportamento attivo, a S per le curve di passivazione o con materiale con comportamento attivo-passivo.

Materiali con comportamento attivo-passivo

• Cu/Cu⁺⁺ = 0,348 V
• H/H⁺ = 0,000 V = -0,634 = -0,828
• O²/O = 1,230, 0,745, 0,401
• Saturazione

pH e corrosione

• pH = 0: acido
• pH = 7: neutro
• pH = 14: basico

Acciai inox e comportamento attivo-passivo

Fra i materiali con comportamento attivo-passivo troviamo gli acciai inox, che formano un film protettivo grazie agli ossidi di cromo. Si distinguono in:

• Austenitici (2xx con Ni, 3xx senza Ni)
  • Proprietà: buona resistenza a corrosione, buone proprietà meccaniche ad alte e basse T
  • Più usato: AISI 304 o 18/10, 18/18
• Ferritici (1xx)
  • Proprietà: buona resistenza a SCC