Practica a arătat de multe ori că degradarea prematură a construcţiilor metalice şi utilajelor în urma proceselor de coroziune are drept cauză proiectarea necorespunzătoare.

Înţelegerea completă a posibilităţilor de coroziune ca şi prevenirea ei necesită multe cunoştinţe de specialitate în domenii conexe chimiei, ceea ce depăşeşte de obicei sfera pregătirii inginereşti normale.

În esenţă, proiectarea trebuie să ţină cont de toate condiţiile impuse de procesul tehnologic ale cărei aparate şi instalaţii se proiectează, de proprietăţile fizice şi mecanice ale materialelor, de acoperirile de protecţie corespunzătoare (acolo unde este cazul, de metodele corecte de asamblare, uşurinţa de fabricare şi control a instalaţiei). Proiectantul trebuie să stabilească măsurile corecte şi eficiente de întreţinere.

Un material metalic poate prezenta o rezistenţă convenabilă la coroziune sub o formă geometrică simplă, dar îşi poate pierde această calitate după prelucrarea sa sub forma unui produs finit sau prin încorporarea sa într-un ambalaj.

Rezultă deci, că pentru evitarea degradării prin coroziune electrochimică a utilajelor, echipamentelor şi construcţiilor metalice este necesar să se proiecteze în mod corect tehnologia lor de obţinere, respectând următoarele principii:

evitarea formării celulelor galvanice de compoziţie; evitarea formării celulelor galvanice de distorsiune elastică; evitarea formării celulelor galvanice de concentraţie sau aeraţie

diferenţială.

4.1 Evitarea formării celulelor galvanice de compoziţieO astfel de celulă ia naştere ori de câte ori o soluţie apoasă vine în contact

cu două materiale metalice disimilare prin natura lor. Acestea pot fi metale sau aliaje diferite sau pot fi zone microstructurale ale aceluiaşi aliaj cu compoziţie chimică diferită (prezenţa de segregaţii sau faze diferite).

În tote cazurile, metalul sau faza cu valoare negativă mai mare a potenţialului de electrod, acţionează ca anod şi se corodează.

într-o construcţie metalică, trebuie avut în vedere că orice contact între două materiale metalice diferite (şuruburi de oţel în piese de alamă, conducte de oţel conectate prin fitinguri de cupru, axe de oţel în lagăre cu cuzineţi de bronz etc.) reprezintă surse potenţiale de coroziune electrochimică.

La nivelul microstructural un aliaj plurifazic reprezintă o multitudine de celule de compoziţie întrucât cristalele vecine, din două faze diferite, nu au acelaşi potenţial de electrod. De obicei aceste diferenţe sunt mici şi viteza de coroziune este mică faţa de un cuplu galvanic macroscopic.

Într-o celulă de compoziţie se poate estima care din metalele disimilate ale cuplului galvanic se va coroda examinând aşezarea lor în seria electrochimică

Tabelul relevă potenţiale de electrod determinate pentru o concentraţie ionică definită a electrolitului şi pentru o stare a suprafeţei metalului complet liberă de oxizi.

imetalice coroziune pot apărea doar atunci când două metale diferite sunt în "electrice" de contact şi sunt acoperite de un lichid conductor electric. The 'cell' produced can result in corrosion to one of the paired metals. "Celulă" produs poate duce la coroziune la una din metale asociat. This can be an issue when stainless steels are in contact with other metals, depending on the circumstances. Acest lucru poate fi o problemă atunci când oţel inoxidabil sunt în contact cu alte metale, în funcţie de circumstanţe.

What is needed to set up the corrosion 'cell'? Ceea ce este necesar pentru a

configura coroziune "celula"?

To set up a galvanic cell between two conducting materials (metals or

graphite), the two metals must have differing potentials or be more or less 'noble'

than each other. Pentru a configura o celulă galvanică între două materiale

efectuarea (metale sau grafit), cele două metale diferite trebuie să aibă potenţialul

sau să fie mai mult sau mai puţin "nobil" decât altele.

The more noble metal (cathode) is protected as the less noble metal (anode)

sacrificially corrodes. Mai mult de metal nobil (catod), este protejată ca mai puţin de

metal nobil (anod) corrodes sacrificiu.

The table below is an example of these 'metal to metal' relationships,

including graphite as conductive non-metal. Tabelul de mai jos este un exemplu al

acestor "de metal la metal" relaţii, inclusiv grafit ca non-conductoare metalice.

ANODIC (Least Noble) Anodica (cel mai puţin nobil)

Magnesium Magneziu

Zinc Zinc

Aluminium Aluminiu

Carbon steel or cast iron Otel carbon sau fonta

Copper alloys (brass, bronze ) aliaje de cupru (alama, bronz)

Lead Plumb

STAINLESS STEEL INOX

Nickel alloys (Incoloy 825,Hastelloy B) aliaje de nichel (825 Incoloy,

Hastelloy B)

Titanium Titan

Graphite Grafit

CATHODIC (Most Noble) Catodic (cele mai nobile)

The further apart the metals are, in terms of relative potentials, the greater

the driving force in a cell. În continuare în afara metalele sunt, în ceea ce priveşte

potenţialul relativă, mai mare forţă motrice într-o celulă. So, for example, stainless

steel in contact with copper is less likely to be a risk than when it is in contact with

aluminium or galvanised (zinc coated) steel. Astfel, de exemplu, oţel inoxidabil în

contact cu cupru este mai puţin probabil să fie un risc atunci când este în contact cu

aluminiu sau galvanizat (zincat) de oţel.

To complete the cell, a conductive liquid must bridge the contact metals.

Pentru a completa celula, un lichid conductor trebuie să podul metale de contact.

The more electrically conductive the liquid is, the greater the danger of corrosion.

Cele mai bune conducătoare de electricitate lichid este, mai mare pericol de

coroziune. Seawater or salt laden moist air is more of a risk than contact with rain

water or towns water. aer apă de mare sau sare umed încărcată este mai mult un

risc than contact cu apa de ploaie sau apa oraşe.

If the metals are dry, bimetallic (galvanic) corrosion cannot occur. În

cazul în care metalele sunt uscate, bimetalice (galvanice) coroziune nu poate

avea loc.

Corrosion risks with galvanised steel and stainless steel in contact riscurile

la coroziune cu oţel zincat şi oţel inoxidabil în contact

Galvanised steel in contact with stainless steels is not normally considered to

be a serious corrosion risk, except possibly in severe (marine type) environments.

oţel zincat în contact cu oţel inoxidabil nu este în mod normal, considerat a fi un risc

grav la coroziune, cu excepţia, eventual, în severe (tip marine) medii.

In these situations, precautions such as insulating barriers are usually considered

adequate to avoid bimetallic corrosion in most practical situations. În aceste situaţii,

măsurile de precauţie, cum ar fi bariere de izolare, de obicei, sunt considerate

adecvate pentru a evita coroziunea bimetalice în cele mai multe situaţii practice.

Corrosion risks with aluminium and stainless steel in contact riscurile la

coroziune cu aluminiu şi oţel inoxidabil în contact

Aluminium and stainless steel together also appears to be a bi-metallic

corrosion risk, from the 'nobility' table. Aluminiu şi oţel inoxidabil, împreună, de

asemenea, pare a fi un risc bi-metalice coroziune, din "nobilime" tabel.

With this combination the affect of relative surface area on corrosion is important. Cu

această combinaţie afectează din suprafaţa relativă pe coroziunii este important.

A large area of 'cathode' relative to 'anode' will accelerate the anodic

corrosion. O zonă mare de "catod" în raport cu "anod" va accelera anodică la

coroziune. Although aluminium is anodic to stainless steel, large relative surface

areas of aluminium to stainless steel can be acceptable, dependant on local

conditions. Deşi este din aluminiu anodic la otel inoxidabil, zone relativ mari

suprafata de aluminiu din oţel inoxidabil poate fi acceptabilă, în funcţie de condiţiile

locale.

Stainless steel fasteners in aluminium plates or sheets are normally considered safe,

whereas aluminium rivets or bolts holding stainless steel parts together is an unwise

combination, as there is a practical risk of corrosion. elemente de fixare din oţel

inoxidabil în plăci sau foi de aluminiu sunt în mod normal considerate sigure, în timp

ce nituri de aluminiu sau şuruburi care deţin părţi din otel inoxidabil impreuna este o

combinaţie înţeleaptă, deoarece există riscul practică de coroziune.

An example of the safe use of stainless steel and aluminium together is

where stainless steel fasteners and hold down bolts are used to secure aluminium

roadway or bridge parapet guards. Un exemplu de utilizare în condiţii de siguranţă

din oţel inoxidabil şi aluminiu, precum este cazul în care elemente de fixare din oţel

inoxidabil şi ţineţi apăsată tasta şuruburi sunt utilizate pentru a asigura pistă de

aluminiu sau poliţiştilor de pod parapet.

Even with no insulation between the metals, there should be little risk of corrosion.

Chiar şi cu nici o izolare între metale, ar trebui să existe mai mic risc de coroziune.

In contrast, in a marine environment, severe localised pitting corrosion to the

aluminium treads has been observed where un-insulated stainless steel bolts were

used to secure the treads in place. În schimb, într-un mediu marin, scoaterea

sâmburilor severe localizate coroziune de aluminiu trepte a fost observat în cazul în

care ne-izolate suruburi din otel inoxidabil au fost utilizate pentru a asigura trepte din

loc.

On the same ladder however, bolts with sound insulating washers did not show any

pitting on the surrounding aluminium. Pe aceeaşi scară cu toate acestea, buloane cu

şaibe insonorizante nu au prezentat niciun pitting de aluminiu din jur.

This illustrates the beneficial effect of breaking the corrosion cell by isolating

the two 'dissimilar' metals in marginal cases. Acest lucru ilustrează efectul benefic al

rupere de celule de coroziune prin izolarea "două metale diferite" în cazuri marginale.

Discolouration of stainless steel by corrosion products Modificări de

culoare din oţel inoxidabil cu produse de coroziune

Staining effects on stainless steels from corrosion products of the coupled

metal can also be an issue. Efectele pete pe oţel inoxidabil din produse de coroziune

a metalului cuplate poate fi, de asemenea, o problemă.

Lead and copper are quite close on the nobility table to stainless steel and so the

bimetallic corrosion risks should be small. Plumb şi cupru sunt destul de aproape de

pe masă pentru a nobilimii din oţel inoxidabil şi astfel riscurile bimetalice coroziune

trebuie sa fie mici.

Any corrosion product, if washed onto stainless steel, may however result in

problems not associated with the bi-metallic effect and so not be predicted from the

tables. Orice produs la coroziune, în cazul în care se spală pe otel inoxidabil, poate

avea ca rezultat toate acestea, în probleme care nu sunt asociate cu efectul bi-

metalice si deci nu fi anticipat de la mese.

Additional care in design should avoid such staining problems. suplimentare

de îngrijire în proiectarea ar trebui să evite astfel de probleme de colorare.

Seria electrochimică (potenţiale de reducere in raport cu electrodul normat de hidroqen)

T<x&et 3- 7

Eleme Reacţia de Potenţialul [Litiu Li → Li+ + e" - 2,959Rubidi Rb → Rb+ + e" - 2,925Potasiu Κ → K+ + e - 2,924Calciu Ca → Ca2+ + 2e+ - 2,763Sodiu Na → Na+ + e" -2,714Magne Mg → Mg2+ + 2e -2,37Beriliu Be → Be2 + 2e -1,85Alumi Al → Al3+ + 3e" -1,69Titan Ti → Ti2+ + 2e" -1,63Zinc Zn → Zn2+ + 2e

Cr → Cr2* + 2e-0,761 -0,71

Crom Cr → Cr3* + 3e -0,50Fier Fe → Fe2+ + 2e -0,44Cadmi Cd → Cd2+ + 2e -0,42Nichel Ni → Ni2+ + 2e" -0,23Staniu Sn → Sn2+ + 2e' -0,14Plumb Pb → Pb2+ + 2e" -0,13Fier Fe → Fe3+ + 3e" - 0,045Hidrog H,(g) → 1/2(H+ 0,000 Cupru Cu → Cu2+ + 2e" + 0,337Oxigen O, + 2H,O +4e + 0,401Cupru Cu → Cu+ + e" + 0,522 oArgint Ag → Ag+ + e" + 0,797 ωMercur Hq → Hq2+ + 2e" + 0,798 cPlatină Pt → Pt2+ + 2e" + 1,20 0Oxigen O, + 4H+ + 4e" + 1,229 ΦAur Au → Au3+ + 3e" + 1,50în practică, majoritatea metalelor şi aliajelor sunt acoperite cu un film

de oxizi ceea ce face metalul mult mai nobil decât ar rezulta din seria electrochimică; spre exemplu aluminiul se manifestă frecvent mult mai nobil decât zincul. De aceea în practică se utilizează seria galvanică (tabelul 3.2) - seria potenţialelor de electrod în raport cu apa de mare.

Trebuie reţinut însă că mici modificări ale mediului pot schimba starea suprafeţei metalului, deplasându-i poziţia în seria galvanică.

Comparaţie intre potenţialele ε, de coroziune, măsurate in soluţiile deAfaCf3% (serie qalVanica), potenţialele normale standard ε",

ale unor metale si potenţiale sale electrozilor de speciaa doua construiţi cu acestea

Matalul

s(V/

EHN)

Metal/specie ionică

⅛+/0

(V/EHN

Electrod de specia a

doua (la pH 7)

s(VEH

N)P 0 p⅜ 1, PtO/Pt 0T 0 Ag+' 0, AgCI/Ag 0A 0 Cu2+/0 0, Cu2O/Cu 0C 0 H+/o 0 H2O/H2 -

N - Pb2+/0 - PbC⅛/Pb -P - Mj2 - NiO/Ni -F - Fe2+/C - FeO/Fe -A - Zn2W0 - ZnO/Zn -Z - Ti2+/0 - "ΠΟ/ -

A| - AI2O3/AI -La asamblarea a două materiale metalice diferite, acestea trebuie să fie cât

mai apropiate în seria galvanică.

Utilizarea unor asamblaje de metale diferite trebuie evitată în prezenţa unui electrolit, aceasta putând fi constituită chiar de atmosfera umedă, mai ales dacă este impurificată cu gaze industriale.

În ciuda pericolului mare al acestui tip de coroziune, construcţiile mixte de acest gen nu pot fi evitate şi sunt utilizate pe scară largă.

Spre exemplu, la contactul cuprului cu aluminiul acesta se corodează conform următoarelor reacţii de electrod:

anod: 2Al 2Al3- + 6e-

catod:3/2O2 + 3H2O + 6e- OH-

Duraluminiul asamblat cu zinc, aluminiu sau cu oţel carbon funcţionează drept catod şi nu este deci corodat, dar asamblat cu oţel inoxidabil sau alamă se comportă anodic şi se corodează.

Materialul anodic trebuie să aibă o arie cât mai mare posibilă, în timp ce materialul catodic trebuie să aibă o arie minimă (şuruburi, bolţuri, nituri).

Combinaţia dintre un catod mare şi un anod mic este deosebit de periculoasă ducând la o distrugere rapidă prin coroziune a anodului. O asemenea combinaţie se poate ivi dacă materialul anodic este protejat cu o acoperire de protecţie; orice fisură din acoperirea de protecţie dezveleşte o mică parte anodică ce se va deteriora rapid printr-o coroziune de tip pitting. Un exemplu în acest sens îl constituie placarea cu staniu a tablei din oţel: dacă stratul de staniu nu este intact, în zonele fisurate sau zgâriate se dezvelesc mici arii anodice de fier care se corodează rapid. Această comportare este complet diferită de cea din cazul placării cu un metal mai puţin nobil decât suportul (exemplu: placare cu Zn pe oţel); în acest caz în zonele fisurate sau zgâriate se dezvelesc mici arii catodicedice de fier .

Este evident că în cazul utilizării în asamblaj a unor cupluri de metal diferite este preferabil ca metalul anodic să nu fie acoperit cu un strat de protecţie (prin vopsire sau altă metodă). În absenţa stratului de protecţie metalul anodic va prezenta o arie mare şi se va coroda uniform.

Ceea ce se recomandă în cazul asamblării de metale diferite este izolarea lor la suprafaţa de contact printr-un material nemetalic.

Din necesitatea evitării formării celulelor galvanice de compoziţie între metale de naturi diferite, trebuie evitate lipituri moi şi dure (prin brazare), atunci când asamblajul este expus la acţiunea unui mediu corosiv. În aceste situaţii se recomandă asamblarea prin nituire sau sudură autogenă, dar şi în acest caz, chiar dacă niturile sau zona de sudură au aceeaşi compoziţie chimică cu

materialul metalic asamblat ele diferă prin structură şi starea de tensiuni mecanice, existând riscul apariţiei celulelor galvanice de distorsiune elastică (fig. 11; fig. 12).

Fig. 11Fig. 12Celulele galvanice de compoziţie se pot stabili chiar şi în cazul când

metalele de naturi diferite nu se află în contact, dar sunt conectate printr-un fluid care circulă în circuit închis.

Spre exemplu, în anumite sisteme de furnizare a apei, rezervoarele de

tablă galvanizată suferă o coroziune rapidă în prezenţa ţevilor de cupru, ca

urmare a faptului că ionii de cupru, transportaţi de apă sunt deplasaţi de zinc în

soluţie, depunându-se sub formă de cupru metalic pe suprafaţa rezervorului. În

acest mod se formează local celule de compoziţie Cu–Zn, care conduc la

dizolvarea treptată a stratului de zinc şi în final la coroziunea fierului