Download - 4.2.2 Corrosion
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r4.2.2 Dégradation (corrosion)
Partie 4eLes propriétésdes matériaux
LA CORROSION
Des MatériauxSection 8.1 sauf 8.1.3.1 et 8.1.3.2
Sections 8.2, 8.3
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r4.2.2 Dégradation (corrosion)
* Quelques chiffres...- aux USA, ½ tonne d’acier est
détruit à chaque heure par la corrosion - dans les pays industrialisés, le coût de la corrosion s’élève à environ 4% du P.N.B.
* La dégradation dépend...- du type de matériau
- de l’environnement dans lequel se trouve ce matériau
Dégradation des métaux(corrosion)
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r4.2.2 Dégradation (corrosion)
Exemples de corrosion des barres d’armature métalliques dans le cas de ponts.
La corrosion est grandement accélérée par l’utilisation de sels de déglaçage
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r4.2.2 Dégradation (corrosion)
RAPPEL
Réaction d’oxydo-réduction
oxydation: M Mn+ + né anode
réduction: Mn+ + né M cathode
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r4.2.2 Dégradation (corrosion)
Potentiel électrochimique
* Exemple plonger deux métaux (Cu et Fe) dans une solution acide
mesure d’une différence de potentiel
électrolyte
électrodes
Eddp
d’où vient-elle ?
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r4.2.2 Dégradation (corrosion)
Potentiel électrochimique
* Dissolution- dans le métal excès de
charges -
- dans l’électrolyte excès de charges +
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r4.2.2 Dégradation (corrosion)
Potentiel électrochimique
* Dissolution
Potentiel entre le métal et l’électrolyte loi de Nerst E E
RT
nFaO M n ln
E f T M n ,
+ + + + +
- - - - - {
doub
le c
ouch
e
une accumulation de chargescréent une tension
Vidéo 8.3
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r4.2.2 Dégradation (corrosion)
Potentiel électrochimique
* Potentiel d’équilibre- donne la tendance de dissolution d’un
métal - mesuré p/r à une électrode de référence (H)
tend
ance
à p
asse
r en
sol
utio
n -
+
mét
aux
nobl
esm
étau
x ac
tifs
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r4.2.2 Dégradation (corrosion)
Potentiel standards
* Exemple d’un système composé de deux électrodes
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r4.2.2 Dégradation (corrosion)
Potentiel standards
* En résuméChaque métal a une tendance à la dissolution qui lui est propre;
Pour deux métaux différents, celui qui aura la plus forte tendance à la dissolution sera l’anode.
Anode Cathodedissolution dépositionoxydation réduction
* Exemple 2 : Fe-Cu??? 0,78 V
anode cathode
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r4.2.2 Dégradation (corrosion)
Réactions électrochimiques
* à l’anode (perte d’é-)
- réaction simple : dissolution du métal
* exemple : Fe Fe2+ + 2e
* à la cathode (gain d’é-)
- plusieurs cas sont possibles, selon le type d’électrolyte
M M nen nombre d’électrons de valence
Milieu acide
Milieu neutreou basique
sans O2 dissout
avec O2 dissout
avec O2 dissout
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r4.2.2 Dégradation (corrosion)
Réactions électrochimiques à la cathode
* Milieu acide (sans O2 dissout)
- dégagement d’hydrogène gazeux - exemple : Fer dans HCl
Le fer donne des électrons aux ions H+
(transfert des é- du métal aux ions)
2 2 2H e H gazeux ( )
Vidéo 8.1
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r4.2.2 Dégradation (corrosion)
Réactions électrochimiques à la cathode
* Milieu acide (avec O2 dissout)
- exemple : Fer dans HCl (avec O2 dissout)
Le fer donne des électrons aux ions H+ et à l’O2
(transfert des é- du métal aux ions)
O H e H O2 24 4 2
Vidéo 8.2
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r4.2.2 Dégradation (corrosion)
Réactions électrochimiques à la cathode
* Milieu neutre ou basique (avec O2 dissout)
- exemple : la rouille (milieu neutre)
O H O e OH2 22 4 4
2 4 2 2Fe OH Fe OH
2 2 21
2 22 3Fe OH H O O Fe OH
Fe2+
OH-
é-
Feranode
cathode
hydroxyde ferreux(instable)
hydroxyde ferrique(rouille)
Vidéo 8.2b
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r4.2.2 Dégradation (corrosion)
Réactions électrochimiques (résumé)
* à l’anode (perte d’é-)
* à la cathode (gain d’é-)
M M nen
Milieu acide
Milieu neutreou basique
Dépôt métallique
sans O2 dissout
avec O2 dissout
avec O2 dissout
2 2 2H e H gazeux ( )
O H e H O2 24 4 2
O H O e OH2 22 4 4
M e M
Solution avec ions métalliques Vidéo 8.2c
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r4.2.2 Dégradation (corrosion)
Cinétique de la corrosion
* Vitesse de corrosion - ne dépend pas du potentiel entre les électrodes, mais plutôt du courant de corrosion
V f E
V f i
corrosion
corrosion corr
m
A i t
n Fcorr
* Courbe de polarisation - variations de potentiel aux électrodes
* Passivation - couche passive qui protège le matériau.
Cette couche peut disparaître (ex. changement de pH, attaque des Cl-, érosion, etc..
Vidéo 8.9a
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Types de corrosion
* Corrosion uniforme - diminution d’épaisseur constante dans le temps (température donnée) - réactions électrochimiques - ex.: réservoirs, conduites, plaques, etc.
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r4.2.2 Dégradation (corrosion)
* Corrosion galvanique - deux métaux différents en contact entre eux - le métal le moins noble devient anodique - série galvanique :
potentiel de dissolution
dans l’eau de mer
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r4.2.2 Dégradation (corrosion)
La série galvanique montre la possibilité de corrosion entre deux métaux et non la cinétique (vitesse) de corrosion
De plus, cette série n’est valable que pour l ’eau de mer à 25°C...
Ex: à des températures > 70°C, la réaction s’inverse et, dans le couple fer-zinc, le fer devient l’anode !
On peut toutefois utiliser la série galvanique dans la plupart des cas dans l’eau douce aux températures normales
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r4.2.2 Dégradation (corrosion)
EFFET DE SURFACE
Une très grande cathode par rapport à une petite anode engendrera la corrosion très rapide de cette dernière...
Ex. boulons en alliage d’aluminium dans une tôle d’acier inoxydable....
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r4.2.2 Dégradation (corrosion)
* Corrosion galvanique (suite)
- exemple : raccordement de tuyauterie
jointsd’étanchéité
- exemple 2 :phases différentesd’un même matériau
Types de corrosion
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r4.2.2 Dégradation (corrosion)
Types de corrosion* Pile de concentration
- variation du milieu environnant- ex.: pile à oxygène les surfaces à
basse concentration en O2 sont anodiques
eau stagnante
marée et variation d’O2
goutte d’eau
Vidéo 8.26
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r4.2.2 Dégradation (corrosion)
* Corrosion par piqûre- attaque localisée : percement du métal
- endroits : * défauts de surface* dépassivation (ex.: attaque
des ions Cl-)
- attaque en profondeur, même si faible perte de masse --difficile à déceler
métal
Types de corrosion
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r4.2.2 Dégradation (corrosion)
ZONES AYANT SUBI DES DÉFORMATIONS PLASTIQUES IMPORTANTES
Dans un même matériau, ces zones de déformation se comporteront comme des anodes...
Ex. Barre pliée, matériaux écrouis localement, etc...
Autres types de corrosion
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r4.2.2 Dégradation (corrosion)
ZONES DE GRADIENTS THERMIQUES
Dans un même matériau, un gradient thermique peut favoriser la corrosion, la zone froide devenant l’anode
Autres types de corrosion
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CORROSION PAR ÉROSION
Dans un même matériau, la turbulence créée par l’écoulement rapide d’un liquide peut engendrer une corrosion localisée (action à la fois mécanique et électrochimique)
Autres types de corrosion
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r4.2.2 Dégradation (corrosion)
Lutte contre la corrosion
* Choix des matériaux- si possible, choisir des matériaux stables, pour éviter les micropiles
- exemple béton armé : barres d’armature en matériaux composites ($$$)
* Conception
- éviter les couples galvaniques isoler électriquement les métaux- éviter les interstices (corrosion caverneuse)- éviter les eaux stagnantes- éviter les changements brusques de section (corrosion par
érosion) - rapport des surfaces des électrodes plus la cathode est grande p/r à l’anode, plus l’annode se corrode rapidement (ex.: boulons et rivets)
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* Conception (suite)- exemples
eaux stagnantes
joint trop petitet changement brusque de direction
Lutte contre la corrosion
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r4.2.2 Dégradation (corrosion)
* Action sur le milieu
(a) diminution de la teneur en O2 pour minimiser la réaction à la cathode
(b) addition d’inhibiteurs de corrosion
- inhibiteurs cathodiquesralentir la réaction à la cathode
- inhibiteurs anodiques (passivateurs)- film mince sur la pièce à protéger
- élévation du potentiel de corrosion jusque dans le domaine de passivité
Lutte contre la corrosion
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r4.2.2 Dégradation (corrosion)
* Revêtements
- isoler le matériau de l’électrolyte- revêtement continu et adhérent à la surface à protége
- types de revêtement
Lutte contre la corrosion
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r4.2.2 Dégradation (corrosion)
* Revêtements (suite)
(a) revêtements métalliques- application d’une couche de métal sur le matériau à protéger
- la couche protectrice sera anodique ou cathodique
1- protection parrevêtement anodique
ex.: Zn sur acier(tôles galvanisées)
le Zn sert d’anode et se dégrade à la place de l’acier
2- protection parrevêtement cathodique
ex.: Cr sur acier(pare-chocs, robinets)
le Cr sert de cathode et l’acier se dégrade s’il y a discontinuité de la couche protectrice
1
2
Lutte contre la corrosion
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r4.2.2 Dégradation (corrosion)
* Revêtements (suite)(b) revêtements non-métalliques
- inorganique* émail
* ciment et béton - organique
* peintures* huiles,
goudrons * graisses
(c) revêtements chimiques
- modifier chimiquement la surface des métaux
* phosphatation* oxydation
Lutte contre la corrosion
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r4.2.2 Dégradation (corrosion)
* Protection électrochimique
(a) protection anodique- augmentation du potentiel de corrosion de façon à ce qu’il
se situe dans la zone passive- uniquement les métaux passivables
- énergie électrique nécessaire
protection anodique
protection cathodique
Lutte contre la corrosion
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r4.2.2 Dégradation (corrosion)
Lutte contre la corrosion* Protection électrochimique (suite)
(b) protection cathodique (le métal à protéger devient une cathode)1- protection par anode sacrificielle
- couplage du métal à protéger avec un moins noble- corrosion galvanique de l’anode- dans le cas de l’acier, on utilise
des anodes de Zn ou de Mg- ex.: bateaux, canalisations, réservoirs d’eau
on doit changer les anodes périodiquement
anod
e sa
crif
icie
lle
(Mg)
2- protection par courantextérieur imposé
- on impose un courantextérieur de façon à ceque le métal à protéger devienne une cathode
- anode inerte (ex.: graphite)- ex.: réservoir sous terre
on doit appliquer un courant permanent
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r4.2.2 Dégradation (corrosion)
Résistance à la corrosion
Pour information...
tiré de : Dieter LandoltTraité des matériaux12. Corrosion et chimie de surfaces des métauxPresses Polytechniques et Universitaires Romandes1993