Quelles sont les formes de corrosion – Définition

La corrosion est la détérioration d’un matériau due à une interaction chimique avec son environnement. C’est un processus naturel dans lequel les métaux convertissent sa structure en une forme plus stable chimiquement, telle que des oxydes, des hydroxydes ou des sulfures. Les conséquences de la corrosion ne sont que trop courantes. Des exemples familiers incluent la rouille des panneaux de carrosserie et des tuyauteries automobiles et de nombreux outils. La corrosion est généralement un phénomène négatif, car elle est associée à une défaillance mécanique d’un objet. Les atomes métalliques sont retirés d’un élément structurel jusqu’à ce qu’il tombe en panne, ou des oxydes s’accumulent à l’intérieur d’un tuyau jusqu’à ce qu’il soit bouché. Tous les métaux et alliages sont sujets à la corrosion. Même les métaux nobles, tels que l’or, sont soumis à une attaque corrosive dans certains environnements.

Formes de corrosion

Lors de la corrosion des métaux, les zones sur lesquelles se produisent les réactions anodiques et cathodiques peuvent varier considérablement. La corrosion peut prendre différentes formes et se développer à des rythmes différents. Il en résulte diverses formes de corrosion telles qu’une attaque uniforme, des piqûres et une corrosion caverneuse. Le problème est que de nombreuses formes de corrosion existent et chacune est causée par des raisons différentes et subit des mécanismes différents. De plus, chaque forme de corrosion a son propre mécanisme particulier, qui peut être assez complexe dans certains cas. Ceci est particulièrement problématique lorsque deux ou plusieurs types de corrosion se produisent simultanément.

Dans la section suivante, nous décrirons brièvement les formes de corrosion les plus courantes . Ils sont essentiellement divisés en deux sous-catégories: forme générale (uniforme) et forme localisée de corrosion.

• Corrosion générale. La corrosion générale, également connue sous le nom de corrosion uniforme, est une forme de corrosion qui affecte toute la surface du métal, tandis que d’autres formes affectent un endroit ou une partie spécifique. Ce type de corrosion est couramment observé dans les métaux purs qui sont métallurgiques et de composition homogène. C’est une réaction très lente qui est assez uniformément répartie sur toute la surface métallique exposée à toute circulation d’eau. Le fait qu’elle affecte une surface assez importante du métal la rend beaucoup plus facile à détecter, et donc beaucoup moins sévère qu’une corrosion localisée. Le problème de la corrosion générale est qu’elle entraîne un grand volume d’oxydes qui ont tendance à se fixer sur les surfaces de transfert de chaleur et à affecter l’efficacité du système.
• Corrosion localisée. Dans la corrosion localisée, il y a une attaque intense sur des sites localisés à la surface d’un composant tandis que le reste de la surface se corrode à un rythme beaucoup plus faible. La corrosion localisée se produit lorsque la corrosion fonctionne avec d’autres processus destructeurs tels que le stress, la fatigue, l’érosion et d’autres formes d’attaque chimique.

Corrosion générale

La corrosion générale, également connue sous le nom de corrosion uniforme, est une forme de corrosion qui affecte toute la surface du métal, tandis que d’autres formes affectent un endroit ou une partie spécifique. C’est la forme de corrosion la plus courante. Ce type de corrosion est couramment observé dans les métaux purs qui sont métallurgiques et de composition homogène. Les aciers patinables, les alliages de magnésium, les alliages de zinc et les alliages de cuivre sont des exemples de matériaux qui présentent généralement une corrosion générale. Les matériaux passifs, tels que les aciers inoxydables, les alliages d’aluminium ou les alliages nickel-chrome sont généralement sujets à une corrosion localisée.

C’est une réaction très lente qui est assez uniformément répartie sur toute la surface métallique exposée à toute circulation d’eau. Le fait qu’elle affecte une surface assez importante du métal la rend beaucoup plus facile à détecter, et donc beaucoup moins sévère qu’une corrosion localisée. Le problème de la corrosion générale est qu’elle entraîne un grand volume d’oxydes qui ont tendance à se fixer sur les surfaces de transfert de chaleur et à affecter l’efficacité du système.

Corrosion générale – Protection

Certaines méthodes standard associées à la sélection des matériaux qui protègent contre la corrosion générale comprennent:

• L’utilisation de matériaux résistants à la corrosion tels que l’acier inoxydable et les alliages de nickel, de chrome et de molybdène.
• L’utilisation de revêtements protecteurs tels que les peintures et les époxydes.
• L’application de revêtements ou de revêtements métalliques et non métalliques sur la surface qui protège contre la corrosion, mais permet au matériau de conserver sa résistance structurelle (par exemple, un récipient sous pression en acier au carbone avec un revêtement en acier inoxydable comme revêtement).

Corrosion localisée

Dans la corrosion localisée, il y a une attaque intense sur des sites localisés à la surface d’un composant tandis que le reste de la surface se corrode à un rythme beaucoup plus faible. La corrosion localisée se produit lorsque la corrosion fonctionne avec d’autres processus destructeurs tels que le stress, la fatigue, l’érosion et d’autres formes d’attaque chimique. Les mécanismes de corrosion localisés peuvent causer plus de dommages que n’importe lequel de ces processus destructeurs individuellement. La corrosion localisée peut être classée en corrosion par piqûres, corrosion galvanique, corrosion caverneuse, corrosion sélective, corrosion par érosion, corrosion intergranulaire, corrosion sous contrainte chlorée et fissuration par corrosion sous contrainte (SCC). Les matériaux passifs, tels que les aciers inoxydables, les alliages d’aluminium ou les alliages de nickel-chrome sont généralement sujets à une corrosion localisée.

Corrosion par piqûres

La piqûre, caractérisée par des trous bien définis, est l’une des formes de corrosion les plus insidieuses. Ils pénètrent ordinairement du haut d’une surface horizontale vers le bas dans une direction presque verticale. On suppose que la gravité fait pousser les fosses vers le bas. La corrosion par piqûres peut provoquer une défaillance par perforation tout en ne produisant qu’une faible perte de poids sur le métal. Cette perforation peut être difficile à détecter et sa croissance rapide, entraînant une perte de fonction inattendue du composant. La corrosion par piqûres a également été associée à la corrosion caverneuse et galvanique. Le dépôt de métal (ions de cuivre plaqués sur une surface en acier) peut également créer des sites d’attaque par piqûres.

Les causes de la corrosion par piqûres comprennent:

• Inhomogénéité locale sur la surface métallique
• Perte locale de passivité
• Rupture mécanique ou chimique d’un revêtement d’oxyde protecteur
• Corrosion galvanique d’une cathode relativement éloignée

Avec les alliages résistants à la corrosion, tels que les aciers inoxydables, la cause la plus fréquente de corrosion par piqûres est la destruction très localisée de la passivité par contact avec l’humidité qui contient des ions halogénures, en particulier des chlorures. Cependant, l’alliage avec environ 2% de molybdène améliore considérablement leur résistance. La piqûre induite par le chlorure des aciers inoxydables entraîne généralement une sous-cotation, produisant des cavités ou des cavernes souterraines agrandies.

Corrosion par piqûres – Protection

La corrosion par piqûres est un danger dû à la possible pénétration rapide du métal avec peu de perte globale de masse. La corrosion par piqûres est minimisée par:

• Éviter les conditions stagnantes
• Utiliser les bons métaux et alliages qui sont moins sensibles à la corrosion
• Éviter les agents dans le milieu qui provoquent des piqûres
• Concevoir le système et les composants de sorte qu’aucune crevasse ne soit présente

Corrosion caverneuse

La corrosion caverneuse fait référence à la corrosion localisée qui se produit au niveau de la crevasse ou de l’espace entre deux ou plusieurs métaux d’assemblage. La corrosion caverneuse est un type de corrosion par piqûres qui se produit spécifiquement dans la région à faible débit d’une crevasse. Ce type d’attaque est généralement associé à de petits volumes de solution stagnante causés par des trous, la surface des joints, des joints à recouvrement, des dépôts de surface et des crevasses sous les têtes de boulons et de rivets. Les dommages ont lieu en raison de la différence de concentration des constituants, principalement l’oxygène, dans les surfaces concernées. La corrosion caverneuse peut progresser très rapidement (des dizaines à des centaines de fois plus vite que le taux normal de corrosion générale dans la même solution donnée).

La corrosion caverneuse est un danger dû à la possible pénétration rapide du métal avec une faible perte globale de masse. La corrosion caverneuse est minimisée par:

• La corrosion caverneuse peut être évitée en utilisant des joints soudés au lieu de joints rivetés ou boulonnés
• Utiliser les bons métaux et alliages qui sont moins sensibles à la corrosion
• Éviter les agents dans le milieu qui provoquent des piqûres
• Concevoir le système et les composants de sorte qu’aucune crevasse ne soit présente

Corrosion galvanique

La corrosion galvanique se produit lorsque deux métaux différents sont immergés dans une solution conductrice en présence d’une certaine différence de potentiel et qu’il y a un flux d’électrons entre les métaux. Cela peut également avoir lieu avec un métal avec des hétérogénéités (dissimilarités) (par exemple, des inclusions d’impuretés, des grains de tailles différentes, une différence de composition des grains ou des différences de contraintes mécaniques). Le métal moins résistant à la corrosion devient anode et le métal plus résistant à la corrosion devient cathode. La corrosion de la résistance la moins corrosive est généralement augmentée et l’attaque sur le matériau plus résistant est diminuée. Une différence de potentiel électrique existe entre les différents métaux et sert de force motrice pour la circulation du courant électrique à travers le corrodant ou l’électrolyte.

La corrosion galvanique ne se produit que si les conditions suivantes sont remplies:

• Deux métaux différents doivent être présents
• Les deux métaux doivent être en contact, ou un chemin électriquement conducteur entre les deux doit être présent
• Il doit y avoir un chemin électriquement conducteur pour que les ions se déplacent de « l’anode » à la « cathode »

Si l’une de ces conditions n’est pas satisfaite, il est peu probable qu’une corrosion galvanique se produise.

La corrosion galvanique ne provoque la détérioration que d’un seul des métaux. Le plus fort, le plus noble est cathodique (positif) et protégé. C’est le mécanisme des anodes galvaniques, qui sont le composant principal d’un système de protection cathodique galvanique (CP) utilisé pour protéger les structures métalliques enterrées ou immergées de la corrosion. Dans certains cas, la corrosion galvanique peut être utile.

Lixiviation sélective – Corrosion sélective

La lixiviation sélective ou la corrosion sélective est l’élimination d’un élément d’un alliage solide par un processus de corrosion. L’exemple le plus courant est la dézincification du laiton, dans laquelle le zinc est lixivié sélectivement à partir d’un alliage de laiton cuivre-zinc. Ce processus produit une structure de cuivre poreuse affaiblie. L’élimination sélective du zinc peut se faire de manière uniforme ou à une échelle localisée.

Cependant, de nombreux alliages sont soumis à une lixiviation sélective sous certaines conditions. Un processus similaire se produit dans d’autres systèmes d’alliages dans lesquels l’aluminium, le fer, le cobalt, le chrome et d’autres éléments sont éliminés. Les éléments en alliage plus résistants à l’environnement restent en retrait. Deux mécanismes sont impliqués:

• Deux métaux dans un alliage sont dissous; un métal se redépose à la surface des éléments survivants.
• Un métal est sélectivement dissous, laissant les autres métaux derrière lui.

Le premier système est impliqué dans la dézincification des laitons, et le second système est impliqué lorsque le molybdène est éliminé des alliages de nickel dans de l’hydroxyde de sodium fondu.

Érosion Corrosion

La corrosion par érosion est le dommage cumulatif induit par les réactions de corrosion électrochimique et les effets mécaniques du mouvement relatif entre l’électrolyte et la surface de corrosion. L’érosion peut également se produire en combinaison avec d’autres formes de dégradation, telles que la corrosion. On parle alors d’érosion-corrosion. La corrosion par érosion est un processus de dégradation des matériaux dû à l’effet combiné de la corrosion et de l’usure. Presque tous les fluides corrosifs fluides ou turbulents peuvent provoquer une corrosion par érosion. Le mécanisme peut être décrit comme suit:

• érosion mécanique du matériau, ou couche d’oxyde protectrice (ou passive) à sa surface,
• corrosion accrue du matériau, si la vitesse de corrosion du matériau dépend de l’épaisseur de la couche d’oxyde.

La corrosion par érosion se trouve dans les systèmes tels que la tuyauterie, les vannes, les pompes, les buses, les échangeurs de chaleur et les turbines. L’usure est un processus de dégradation mécanique des matériaux qui se produit sur les surfaces de frottement ou d’impact, tandis que la corrosion implique des réactions chimiques ou électrochimiques du matériau. La corrosion peut accélérer l’usure et l’usure peut accélérer la corrosion.

Corrosion intergranulaire – dégradation des soudures

La corrosion intergranulaire (IGC) est une corrosion préférentielle le long des joints de grains d’un matériau. pour certains alliages et dans des environnements spécifiques. Ce type de corrosion est particulièrement répandu dans certains aciers inoxydables. Dans les aciers inoxydables, la corrosion intergranulaire peut se produire suite à la précipitation de carbures de chrome (Cr₂₃C₆) ou de phases intermétalliques.

La résistance de ces alliages métalliques aux effets chimiques des agents corrosifs repose sur la passivation. Pour que la passivation se produise et reste stable, l’ alliage Fe-Cr doit avoir une teneur minimale en chrome d’environ 10,5 % en poids, au-dessus de laquelle la passivation peut se produire et en dessous de laquelle elle est impossible. Mais les carbures de chrome peuvent précipiter dans les joints de grains, ce qui entraîne un appauvrissement en chrome dans les zones proches des joints de grains en raison de la vitesse de diffusion du chrome qui est lente. Les zones appauvries en chrome deviennent moins résistantes à la corrosion que le reste de la matrice. Dans un environnement corrosif, les zones appauvries peuvent être activées et la corrosion se produira dans des zones très étroites entre les grains.

La corrosion intergranulaire est un problème particulièrement grave dans le soudage des aciers inoxydables, lorsqu’elle est souvent appelée dégradation de la soudure. Également un acier inoxydable, qui a été traité thermiquement d’une manière qui produit des précipités aux joints de grains et des zones appauvries en chrome adjacentes, il est sensibilisé. Les aciers inoxydables peuvent être stabilisés contre ce comportement par addition de titane, de niobium ou de tantale, qui forment du carbure de titane, du carbure de niobium et du carbure de tantale préférentiellement au carbure de chrome, en abaissant la teneur en carbone de l’acier et en cas de soudage également dans le métal d’apport inférieur à 0,02 %, soit en chauffant l’ensemble de la pièce au-dessus de 1000 °C et en la trempent dans l’eau, entraînant la dissolution du carbure de chrome dans les grains et empêchant alors sa précipitation.

Il existe deux cas particuliers de corrosion intergranulaire, mais ces mécanismes sont traités séparément:

• Fissuration par corrosion. La corrosion intergranulaire induite par les contraintes environnementales est appelée fissuration par corrosion sous contrainte.
• Fissuration par corrosion sous contrainte chlorure. La corrosion intergranulaire induite par l’action combinée des contraintes environnementales et du chlore est appelée fissuration par corrosion sous contrainte chlorure.

Fissuration par corrosion sous contrainte – SCC

L’un des problèmes métallurgiques les plus graves et une préoccupation majeure dans l’industrie nucléaire est la fissuration par corrosion sous contrainte (SCC). La fissuration par corrosion sous contrainte résulte de l’ action combinée d’une contrainte de traction appliquée et d’un environnement corrosif, les deux influences sont nécessaires. La SCC est un type de corrosion par attaque intergranulaire qui se produit aux joints de grains sous contrainte de traction. Il a tendance à se propager lorsque la contrainte ouvre des fissures sujettes à la corrosion, qui sont ensuite corrodées davantage, affaiblissant le métal en se fissurant davantage. Les fissures peuvent suivre des chemins intergranulaires ou transgranulaires, et il y a souvent une tendance à la ramification des fissures. Le comportement à la rupture est caractéristique de celui d’un matériau fragile, même si l’alliage métallique est intrinsèquement ductile. Le SCC peut entraîner une défaillance soudaine et inattendue d’alliages métalliques normalement ductiles soumis à une contrainte de traction, en particulier à température élevée. Le SCC est chimiquement très spécifique en ce sens que certains alliages sont susceptibles de subir un SCC uniquement lorsqu’ils sont exposés à un petit nombre d’environnements chimiques.

Voir aussi: fissuration par corrosion sous contrainte

Les moyens les plus efficaces de prévenir le SCC dans les systèmes de réacteur sont:

• concevoir correctement
• réduire le stress
• éliminer les espèces environnementales critiques telles que les hydroxydes, les chlorures et l’oxygène
• éviter les zones stagnantes et les crevasses dans les échangeurs de chaleur où le chlorure et l’hydroxyde pourraient se concentrer.

Fissuration par corrosion sous contrainte de chlorure

La corrosion sous contrainte chlorure se produit dans les aciers inoxydables austénitiques sous contrainte de traction en présence d’oxygène, d’ions chlorure et à haute température. C’est l’une des formes les plus importantes de corrosion sous contrainte qui concerne l’industrie nucléaire. Les aciers inoxydables austénitiques contiennent entre 16 et 25 % de Cr et peuvent également contenir de l’azote en solution, ce qui contribue à leur résistance à la corrosion uniforme relativement élevée. Un type de corrosion qui peut attaquer l’acier inoxydable austénitique est la corrosion sous contrainte chlorée.

Les trois conditions qui doivent être présentes pour que la corrosion sous contrainte par le chlorure se produise sont les suivantes :

• Les ions chlorure sont présents dans l’environnement
• L’oxygène dissous est présent dans l’environnement
• Le métal est soumis à une contrainte de traction

La corrosion sous contrainte par les chlorures implique une attaque sélective du métal le long des joints de grains. La résistance de ces alliages métalliques aux effets chimiques des agents corrosifs repose sur la passivation. Pour que la passivation se produise et reste stable, l’ alliage Fe-Cr doit avoir une teneur minimale en chrome d’environ 10,5 % en poids, au-dessus duquel la passivité peut se produire et en-dessous duquel elle est impossible. Mais les carbures de chrome peuvent précipiter dans les joints de grains, ce qui entraîne un appauvrissement en chrome dans les zones proches des joints de grains en raison de la vitesse de diffusion du chrome qui est lente. Les zones appauvries en chrome deviennent moins résistantes à la corrosion que le reste de la matrice. Dans un environnement corrosif, les zones appauvries peuvent être activées et la corrosion se produira dans des zones très étroites entre les grains.

Il a été constaté que cela est étroitement lié à certains traitements thermiques résultant du soudage. Cela peut être considérablement minimisé par des processus de recuit appropriés. Cette forme de corrosion est contrôlée en maintenant une faible teneur en ions chlorure et en oxygène dans l’environnement et en utilisant des aciers à faible teneur en carbone. Les aciers inoxydables ferritiques sont choisis pour leur résistance à la fissuration par corrosion sous contrainte, ce qui en fait une alternative attrayante aux aciers inoxydables austénitiques dans les applications où la SCC induite par les chlorures est répandue.

La science des matériaux:

1. Département américain de l’énergie, science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 et 2. Janvier 1993.
2. Département américain de l’énergie, science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 2 et 2. Janvier 1993.
3. William D. Callister, David G. Rethwisch. Science et génie des matériaux : une introduction 9e édition, Wiley ; 9 édition (4 décembre 2013), ISBN-13 : 978-1118324578.
4. En ligneEberhart, Mark (2003). Pourquoi les choses se cassent : Comprendre le monde par la manière dont il se décompose. Harmonie. ISBN 978-1-4000-4760-4.
5. Gaskell, David R. (1995). Introduction à la thermodynamique des matériaux (4e éd.). Éditions Taylor et Francis. ISBN 978-1-56032-992-3.
6. González-Viñas, W. & Mancini, HL (2004). Une introduction à la science des matériaux. Presse universitaire de Princeton. ISBN 978-0-691-07097-1.
7. Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Matériaux: ingénierie, science, traitement et conception (1ère éd.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
8. JR Lamarsh, AJ Baratta, Introduction au génie nucléaire, 3e éd., Prentice-Hall, 2001, ISBN : 0-201-82498-1.

Voir ci-dessus:
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