Qu’est-ce que la protection contre la 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.

La plupart des métaux ne sont pas thermodynamiquement stables sous forme métallique ; ils veulent se corroder et revenir aux formes plus stables que l’on trouve normalement dans les minerais, comme les oxydes. La corrosion peut également se produire dans des matériaux autres que les métaux, tels que la céramique ou les polymères, bien que dans ce contexte, le terme « dégradation » soit plus courant. Les matériaux céramiques sont relativement résistants à la détérioration, qui se produit généralement à des températures élevées ou dans des environnements plutôt extrêmes. Le processus est souvent aussi appelé corrosion. Pour les polymères, les mécanismes et les conséquences diffèrent de ceux des métaux et des céramiques, et le terme de dégradation est le plus fréquemment utilisé. La corrosion dégrade les propriétés utiles des matériaux et des structures, notamment la résistance, l’apparence et la perméabilité aux liquides et aux gaz.

La corrosion est de nature électrochimique car les réactions chimiques corrosives impliquent un transfert de charge. La chimie de la corrosion est assez complexe mais elle peut être considérée essentiellement comme un phénomène électrochimique. Les ions métalliques entrent en solution, ce qui entraîne une charge négative du métal par rapport à l’électrolyte. La différence de charge provoque le développement d’un potentiel et produit une tension entre l’électrolyte et le métal.

La corrosion, en tant que processus naturel et persistant, implique également une détérioration involontaire des métaux, parfois avec des résultats désastreux. Quelle est l’ampleur du problème de corrosion ? Le problème de la corrosion métallique est important. En termes économiques, on a estimé qu’environ 5 % des revenus d’un pays industrialisé sont consacrés à la prévention de la corrosion et à l’entretien ou au remplacement des produits perdus ou contaminés à la suite de réactions de corrosion.

La corrosion est une préoccupation majeure dans les centrales nucléaires. La corrosion se produit en permanence dans toute la centrale du réacteur et chaque métal y est soumis. Même si cette corrosion ne peut pas être éliminée, elle peut être contrôlée.

Protection contre la corrosion

Comme cela a été écrit, le problème de la corrosion métallique est important. En termes économiques, on a estimé qu’environ 5 % des revenus d’un pays industrialisé sont consacrés à la prévention de la corrosion et à l’entretien ou au remplacement des produits perdus ou contaminés à la suite de réactions de corrosion. Par conséquent, divers traitements sont utilisés pour ralentir les dommages par corrosion des objets métalliques exposés aux intempéries, à l’eau salée, aux acides ou à d’autres environnements hostiles. Puisqu’il existe de nombreuses formes de corrosion, il existe de nombreuses façons d’arrêter ou d’atténuer la corrosion. Dans tous les cas, cela dépend du matériau à protéger et aussi de l’environnement dans lequel le matériau est utilisé. Les métaux peuvent être protégés de la corrosion en utilisant un métal dans un environnement dans lequel il est immunisé, en réalisant une barrière physique entre le métal et son environnement,

• Sélection des matériaux. Le moyen le plus courant et le plus simple de prévenir la corrosion consiste peut-être à sélectionner judicieusement les matériaux une fois que l’environnement de corrosion a été caractérisé. Certains métaux et alliages ferreux et de nombreux non ferreux sont largement utilisés dans les environnements corrosifs. Dans tous les cas, cela dépend fortement de certains environnements et d’autres conditions. Ici, le coût peut être un facteur important. Il n’est pas toujours économiquement faisable d’employer le matériau qui offre la résistance optimale à la corrosion.
• Traitement de surface anti-corrosion. Un revêtement assure une protection en formant une barrière physique entre le substrat métallique et un environnement corrosif aqueux. Les revêtements protègent les structures métalliques de la corrosion par des effets d’inhibition et de barrière. L’effet barrière dépend de l’adhérence à la sous-couche mais aussi des propriétés non conductrices du revêtement. La pénétration d’eau ou d’ions est une cause majeure de perte de la barrière, ce qui peut entraîner un délaminage du revêtement et une corrosion sous le film. Le placage, la peinture et l’application d’émail sont les traitements anticorrosion les plus courants.
• Anodisation. L’anodisation est un procédé de passivation électrolytique utilisé pour augmenter l’épaisseur de la couche d’oxyde naturel à la surface des pièces métalliques. Un nombre limité de métaux, tels que les aciers inoxydables, peuvent atteindre la passivité. Le processus est appelé anodisation car la pièce à traiter forme l’électrode anodique d’une cellule électrolytique. Les alliages d’aluminium sont généralement anodisés pour augmenter la résistance à la corrosion et pour permettre la teinture (coloration).
• Protection cathodique. La protection cathodique est une protection très efficace contre la corrosion basée sur l’utilisation d’un matériau plus anodique que le métal à protéger. Le métal protégé est relié électriquement à un autre métal qui est plus réactif dans l’environnement particulier. 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. Les systèmes de protection cathodique sont le plus souvent utilisés pour protéger les structures métalliques enterrées ou submergées de la corrosion, telles que les pipelines et les réservoirs en acier. Magnésium, zinc, et les alliages d’aluminium sont des anodes sacrificielles courantes. Les anodes en magnésium sont le plus souvent utilisées pour les applications de sols enfouis. Le zinc est le plus souvent utilisé pour les applications marines d’eau douce et d’eau salée. Les alliages d’aluminium sont le plus souvent utilisés pour les structures offshore.
• Inhibiteurs de corrosion. Si l’environnement est contrôlé (en particulier dans les systèmes à recirculation), des inhibiteurs de corrosion peuvent souvent y être ajoutés. Ces produits chimiques forment un revêtement électriquement isolant ou chimiquement imperméable sur les surfaces métalliques exposées, pour supprimer les réactions électrochimiques. Les inhibiteurs de corrosion sont des produits chimiques qui, lorsqu’ils sont ajoutés à des concentrations relativement faibles dans l’environnement, réduisent la vitesse d’un processus corrosif. La substance qui agit comme inhibiteur dépend à la fois de l’environnement corrosif et de l’alliage. Les inhibiteurs sont normalement utilisés dans des systèmes fermés tels que les radiateurs automobiles et les chaudières à vapeur. Un exemple de ce principe est l’utilisation d’antigel dans les voitures. L’efficacité d’un inhibiteur dépend de plusieurs mécanismes différents. Certains réagissent avec les espèces chimiquement actives dans la solution tandis que d’autres réagissent avec la surface corrosive et interfèrent avec la réaction corrosive, ou forment un mince revêtement protecteur. Par exemple, l’oxygène est généralement éliminé par des inhibiteurs réducteurs tels que les amines et les hydrazines. Dans cet exemple, l’hydrazine convertit l’oxygène, un agent corrosif courant, en eau, ce qui est généralement bénin. De nombreux inhibiteurs sont également toxiques et ne conviennent donc pas à toutes les applications. Une autre limitation des inhibiteurs est qu’ils perdent généralement leur efficacité lorsque la température et la concentration de l’environnement augmentent. un agent corrosif commun, à l’eau, qui est généralement bénin. De nombreux inhibiteurs sont également toxiques et ne conviennent donc pas à toutes les applications. Une autre limitation des inhibiteurs est qu’ils perdent généralement leur efficacité lorsque la température et la concentration de l’environnement augmentent. un agent corrosif commun, à l’eau, qui est généralement bénin. De nombreux inhibiteurs sont également toxiques et ne conviennent donc pas à toutes les applications. Une autre limitation des inhibiteurs est qu’ils perdent généralement leur efficacité lorsque la température et la concentration de l’environnement augmentent.

Alliages résistants à la corrosion

Les alliages anticorrosion, comme leur nom l’indique, sont des alliages à résistance à la corrosion renforcée. Certains métaux et alliages ferreux et de nombreux non ferreux sont largement utilisés dans les environnements corrosifs. Dans tous les cas, cela dépend fortement de certains environnements et d’autres conditions. Les alliages résistants à la corrosion sont utilisés pour les canalisations d’eau et de nombreuses applications chimiques et industrielles. Dans le cas des alliages ferreux, on parle d’aciers inoxydables et dans une certaine mesure de fontes. Mais certains alliages non ferreux résistant à la corrosion présentent une résistance à la corrosion remarquable et peuvent donc être utilisés à de nombreuses fins spéciales. Il existe deux raisons principales pour lesquelles les matériaux non ferreux sont préférés aux aciers et aux aciers inoxydables pour bon nombre de ces applications. Par exemple, bon nombre des les métaux et alliages non ferreux possèdent une résistance à la corrosion beaucoup plus élevée que les aciers alliés et les nuances d’acier inoxydable disponibles. Deuxièmement, un rapport résistance/poids élevé ou une conductivité thermique et électrique élevée peut fournir un avantage distinct par rapport à un alliage ferreux.

Passivation

Il existe des métaux qui présentent une passivité à la corrosion. La passivité est la caractéristique d’un métal présenté lorsque ce métal ne devient pas actif dans la réaction de corrosion. La passivation est un processus naturel d’accumulation d’une couche stable et tenace d’oxyde métallique ou d’une barrière protectrice à la surface du métal qui agit comme une barrière séparant la surface métallique de l’environnement. La passivité diminue ou arrête le processus de corrosion en raison de la formation de la couche. Heureusement, d’un point de vue technique, les métaux les plus sensibles à ce type de comportement sont les matériaux d’ingénierie et de structure courants, notamment le fer, le nickel, le silicium, le chrome, le titane et les alliages contenant ces métaux.

Par exemple, l’acier inoxydable doit ses propriétés de résistance à la corrosion à la formation d’un film de surface passif autocicatrisant. 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. Une fois que la surface est nettoyée et que la composition en vrac de l’acier inoxydable est exposée à l’air, le film passif se forme immédiatement.

L’aluminium est très résistant à la corrosion dans de nombreux environnements car il passive également. S’il est endommagé, le film protecteur se reforme normalement très rapidement. Cependant, un changement dans le caractère de l’environnement (par exemple, une modification de la concentration des espèces corrosives actives) peut amener un matériau passivé à revenir à un état actif. Généralement, à des températures élevées (dans l’eau, la corrosion limite l’utilisation de l’aluminium à des températures proches de 100°C), la résistance relativement faible et les mauvaises propriétés de corrosion de l’aluminium le rendent inadapté comme matériau de structure.

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:
Corrosion