COROZIUNEA GALVANICĂ

Principiul lucrării: Coroziunea galvanică reprezintă distrugerea în medii corozive a sistemelor formate

din două metale diferite în contact direct sau care sunt interconectate printr-un conductor

electronic. Această formă de coroziune se întâlneşte frecvent la îmbinări prin sudură, la

contactul fier şi zinc (tablă zincată), la cupru şi alamă în schimbătoarele de căldură.

După aspectul atacului coroziv, coroziunea galvanică reprezintă o formă de coroziune

locală şi este în acelaşi timp o coroziune electrochimică, datorită mecanismului electrochimic

al degradării materialului metalic expus mediului coroziv.

Coroziunea locală influenţează mult proprietăţile mecanice ale pieselor, deci numai

anumite secţiuni sunt slăbite. Deoarece rezistenţa unei construcţii în ansamblu depinde de

rezistenţa secţiunii celei mai slabe, coroziunea locală este foarte periculoasă şi aduce mari

prejudicii economice.

Coroziunea galvanică are loc pe seama funcţionării unor macropile de coroziune. În

condiţiile contactului între două metale, metalul cu potenţial de coroziune mai negativ se

corodează mai intens şi reprezintă anodul cuplului galvanic, iar cel cu potenţial de coroziune

mai puţin negativ devine catodul sistemului bimetalic. De exemplu, în cablurile electrice Feral

(cablu din aliaj Fe-Al acoperite cu zinc): coroziunea zincului de pe oţelul galvanizat are loc

datorită funcţionării pilei galvanice Fe-Zn şi determină consumarea zincului de pe suprafaţa

cablului, iar fierul neacoperit formează cu aluminiul o pilă locală de coroziune galvanică Fe-

Al, care conduce în continuare la degradarea cablurilor electrice.

Efectele coroziunii galvanice sunt neglijabile atunci când diferenţa între potenţialele de

coroziune ale celor două metale sunt mai mici de 50 mV.

Trecerea curentului de coroziune în cuplurile galvanice este determinată de:

- dizolvarea anodică a metalului cu potenţial de coroziune mai negativ

(-) M Mz+ + ze- (1)

(ex. Zn faţă de Fe în cazul cuplului galvanic Fe-Zn şi aluminiu în cazul cuplului galvanic Fe -Al )

şi de reducere a depolarizantului (pe catod - metalul cu potenţial de coroziune mai pozitiv),

care poate fi:

- ionii de hidrogen: (-) 2H+ + 2e- H2 (mai rar întâlnită) (2)

- oxigenul dizolvat în apă (+) O2 + 2H2O + 4 e- 4HO- (mai des întâlnită) (3)

Raportul dintre suprafaţa anodică şi catodică este esenţial pentru determinarea vitezei

de coroziune. Se preferă o valoare cât mai mare a acestui raport, recomandându-se ca piesele

cu suprafaţa mică (şuruburi, bolţuri, suduri) să fie executate din materiale mai nobile. În acest

caz piesele mici vor fi protejate catodic. Importanţa suprafeţei este deosebit de mare, în

special pentru coroziunea sub control catodic, când reacţia lentă a procesului global (suma

reacţiilor anodice şi catodice) de coroziune este:

M+z/4O2 +z/2 H2O M(OH)z (4)

Dacă aria catodică este mare, cantitatea de oxigen care se reduce este mare, densitatea de

curent va fi apreciabilă şi deci coroziunea va fi intensă.

Se va realiza pila galvanică al cărei lanţ electrochimic este:

(-) Zn/NaCl (3%)/Cu (+) (5)

Scopul lucrării: este determinarea influenţei suprafeţei catodice (a cuprului) asupra

coroziunii galvanice a zincului în mediul neutru de apă de mare.

Aparatură şi substanţe:

Aparatură: pahare Berzelius, electrozi de cupru şi zinc, miliampermetru

Substanţe: apă sarată (NaCl 3%)

Modul de lucru:

Pila care se realizează este reprezentată schematic (fig. 1).

se curăţă electrodul de zinc şi cel de cupru cu hârtie de şmirghel;

se fixează electrodul de zinc paralel cu cel de cupru şi se introduc în paharul cu mediul

coroziv, NaCl 3%, care reprezintă un mediu marin simulat ;

cu ajutorul şurubului de prindere se fixează plăcuţa de cupru pentru suprafaţa maximă în

soluţie;

se fac legăturile la miliampermetru;

se notează variaţia curentului din minut în minut timp de 10 minute. În primele minute se

constată o intensitate mai mare, datorită cantităţii mari de oxigen aflată la suprafaţa

electrodului, treptat, intensitatea curentului scade, tinzând spre o valoare constantă

determinată de echilibrul dintre oxigenul necesar procesului de reducere şi oxigenul care

difuzează spre electrod. Menţinând anodul de zinc în aceeaşi poziţie se fac pe rând aceleaşi

măsurători de curent în timp pentru încă două suprafeţe diferite ale aceleaşi plăcuţe de

cupru. În tot timpul măsurătorilor distanţa dintre electrozi trebuie să fie constantă.

Cele trei suprafeţe ale plăcuţei de cupru folosite în determinările experimentale se măsoară

cu rigla.

Fig. 1. Montaj pentru coroziunea galvanică

1- vas cu mediu coroziv (NaCl 3%); 2 - Anod (Zn); 3 - Catod (Cu); A - miliampermetru

Rezultate. Datele experimentale se vor trece într-un tabel de forma:

Curent /timp

[mA/minute]

Suprafaţa

electrod Cu

(cm2)

Intensitatea curentului [mA]

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Suprafaţa 1.

Suprafaţa 2.

Suprafaţa 3.

- Se va reprezenta grafic dependenţa current – timp, corespunzătoare celor 3 suprafeţe ale

electrodului de cupru.

- Se va reprezenta grafic dependenţa valorii curentului după 10 minute funcţie de suprafaţa

catodului.

Tema de casă: 1. Să se scrie reacţiile de ionizare ale metalelor (anodice) şi cele de reducere (catodice), precum şi

procesul global al coroziunii următoarelor cupluri galvanice în apa de mare: Fe-Zn şi Al-Zn, care

funcţionează în cablurile Feral.

2. Se consideră următoarele pile de coroziune: Mg-Al; Zn-Sn; Cu-Al. Cunoscându-se

potenţialele standard:

2 3 2 2 2

0 0 0 0 0

/ / / / /2,37 ; 1,66 ; 0,76 ; 0,34 ; 0,136

Mg Mg Al Al Zn Zn Cu Cu Sn SnV V V V V

ce electrod se va coroda în cazul în care mediul coroziv este acid, neutru sau alcalin? Scrieţi

ecuaţiile reacţiilor din procesul de coroziune.

3. În timpul reconstrucţiei statuii Libertăţii din New York între scheletul de fier şi plăcile de

cupru care o acoperă s-a pus teflon:

a) Explicaţi ce tip de coroziune locală ar fi avut loc în absenţa teflonului;

b) scrieţi pila locală de coroziune şi stabiliţi polaritatea ei;

c) scrieţi reacţiile care au loc la anod şi la catod.

4. Un ansamblu metalic, ce funcţionează în apă de mare, este construit din două metale : Au

(ε = +1,5 V) şi Ag (ε = + 0,8 V). Precizaţi tipul de coroziune localizată şi procesele

electrochimice care au loc pe cele două metale.

5. Stabiliti tipurile de coroziune localizata ce pot aparea pe o piesa din oțel inoxidabil aflată în

apa de mare. Motivaţi. Scrieţi reacţiile de coroziune.

6.Se dau urmatoarele elemente chimice cu potentialele lor standard : Au (+1.5 V), Cu

(+0.34V), Al (-1.66V), Zn (-0.76V), Fe (-0.44V), Ni (-0.25 V), Na (-2.7V). Arătaţi care sunt

cuplurile între care poate aparea coroziune galvanica (motivaţi). Scrieţi reacţiile de coroziune

corespunzătoare fiecărui cuplu în parte.