2024 Auteur: Howard Calhoun | [email protected]. Dernière modifié: 2023-12-17 10:27
Les méthodes traditionnelles de protection des métaux contre la corrosion sont de moins en moins susceptibles de répondre aux exigences techniques qui s'appliquent aux propriétés de performance des structures et des matériaux critiques. Les poutres porteuses dans les charpentes des maisons, les canalisations et les revêtements métalliques ne peuvent pas se passer d'une protection mécanique contre la rouille lorsqu'il s'agit d'une utilisation à long terme du produit. Une approche plus efficace de la protection contre la corrosion est la méthode électrochimique et, en particulier, la passivation. C'est l'une des manières d'utiliser des solutions actives qui forment un film protecteur et isolant à la surface de la pièce.
Vue d'ensemble de la technologie
La passivation doit être comprise comme le processus de formation d'un film mince sur une surface métallique, dont la structurecaractérisée par une grande résistance. De plus, les fonctions de ce revêtement peuvent être différentes - par exemple, dans les électrolytes de batterie, il prolonge non seulement la durée de vie des électrodes, mais réduit également l'intensité de l'autodécharge. Du point de vue de la protection contre la corrosion, la passivation est un moyen d'augmenter la résistance d'un matériau à un environnement agressif qui provoque le développement de la rouille. Le même mécanisme de formation d'un revêtement protecteur-isolant peut être différent. Les méthodes électrochimiques et chimiques sont fondamentalement différentes, mais dans les deux cas, le résultat final sera la transition de la structure externe de la pièce vers un état chimiquement inactif.
Principe de la protection anticorrosion électrochimique
Le facteur clé de la passivation électrochimique est l'effet d'un courant externe sur la surface cible. Au moment du passage du courant cathodique à travers la structure métallique corrosive, son potentiel change dans le sens négatif, ce qui modifie également la nature du processus d'ionisation des molécules de la pièce. Dans des conditions d'exposition anodique du côté d'un polariseur externe (typique pour les milieux acides), une augmentation du courant peut être nécessaire. Cela est nécessaire pour supprimer le polariseur et obtenir ensuite une protection anticorrosion complète. Cependant, avec une passivation accrue de la surface due au courant externe, la libération d'hydrogène augmente, ce qui conduit à l'hydrogénation du métal. En conséquence, le processus de dissolution de l'hydrogène dans la structure métallique commence, suivi d'une détérioration des propriétés physiques de la pièce.
Cathodeméthode de protection
Il s'agit d'une sorte d'isolation anti-corrosion électrochimique qui utilise la technique d'application du courant cathodique. Mais cette méthode peut être mise en œuvre de différentes manières. Par exemple, dans certains cas en production, un décalage de potentiel suffisant est fourni en connectant la pièce à une source de courant externe en tant que cathode. L'anode est une électrode auxiliaire inerte. Cette méthode effectue la passivation des coutures après le soudage, protège les plates-formes métalliques des structures de forage et des canalisations souterraines. Les avantages de la méthode de passivation cathodique incluent l'efficacité dans la suppression de divers types de processus de corrosion.
En plus des dommages généraux causés par la rouille, les piqûres et la corrosion intergranulaire sont évitées. De telles méthodes d'action électrochimique cathodique comme protectrice et galvanique sont également pratiquées. La principale caractéristique de ces approches est l'utilisation d'un métal plus électronégatif comme polariseur. Cet élément est en contact avec le produit protégé et joue le rôle d'anode en se détruisant lors de l'opération. Des méthodes similaires sont généralement utilisées lors de l'isolation de petites structures, de parties de bâtiments et de structures.
Méthode de protection de l'anode
Avec l'isolation anodique des pièces métalliques, le potentiel se déplace dans le sens positif, ce qui contribue également à la résistance de la surface aux processus de corrosion. Une partie de l'énergie du courant d'anode appliqué est dépensée pour l'ionisation du métalmolécules, et l'autre partie - pour supprimer la réaction cathodique.
Parmi les facteurs négatifs de cette approche figure le taux élevé de dissolution du métal, qui est incomparable avec le taux de réduction de la réaction de corrosion. D'autre part, beaucoup dépendra du métal auquel la passivation est appliquée. Il peut s'agir à la fois de matériaux à dissolution active et de pièces avec des couches électroniques incomplètes, dont la structure à l'état passif contribue également aux réactions de freinage et de destruction. Mais dans tous les cas, pour obtenir un effet significatif de protection anti-corrosion, l'utilisation de courants d'anode importants est nécessaire.
De ce point de vue, cette méthode n'est pas conseillée pour l'entretien à court terme de l'isolation, cependant, les faibles coûts énergétiques pour maintenir le courant superposé justifient pleinement la passivation anodique. Soit dit en passant, le système de protection formé à l'avenir nécessite une intensité de courant de seulement 10-3 A/m2.
Utilisation d'inhibiteurs chimiques
Une approche technologique alternative pour augmenter la résistance des métaux lorsqu'ils fonctionnent dans des environnements agressifs. Les inhibiteurs assurent une passivation chimique, ce qui réduit l'intensité de la dissolution des métaux et, à des degrés divers, élimine les effets nocifs des dommages dus à la corrosion.
En soi, un inhibiteur est, en quelque sorte, un analogue du courant superposé, mais avec une action combinée chimique ou électrochimique. Les substances organiques et inorganiques agissent comme des activateurs du film protecteur, et plus souvent -composés complexes spécialement sélectionnés. L'introduction d'un inhibiteur dans un environnement agressif provoque des modifications de la structure de la surface métallique, affectant les réactions cinétiques des électrodes.
L'efficacité de la protection dépendra du type de métal, des conditions extérieures et de la durée de l'ensemble du processus. Ainsi, à terme, la passivation de l'inox nécessitera plus de ressources énergétiques pour contrer un environnement agressif que dans le cas du laiton ou du fer. Mais le mécanisme d'action de l'inhibiteur lui-même jouera toujours un rôle clé.
Inhibiteurs-passivateurs
La protection active contre la corrosion selon les principes de formation de la résistance passive peut être formée par différents inhibiteurs. Ainsi, les composés d'adsorption sous forme d'anions, de cations et de molécules neutres sont largement utilisés, qui peuvent avoir un effet chimique et électrostatique sur une surface métallique. Ce sont des moyens universels de protection anti-corrosion, mais leur effet est réduit dans les environnements où la polarisation de l'oxygène domine. Par exemple, un inhibiteur spécial aux propriétés oxydantes doit être utilisé pour passiver l'acier inoxydable. Ceux-ci comprennent les molybdates, les nitrites et les chromates, qui créent un film d'oxyde avec un décalage de polarisation positif suffisant pour libérer des molécules d'oxygène. À la surface du métal, une chimisorption des atomes d'oxygène résultants se produit, bloquant les zones les plus actives du revêtement et créant un potentiel supplémentaire pour ralentir la réaction de dissolution de la structure métallique.
L'utilisation de la passivation dans la protection des semi-conducteurs
Le fonctionnement des éléments semi-conducteurs sous haute tension nécessite une approche particulière de la protection contre la corrosion. Par rapport à de tels cas, la passivation du métal s'exprime dans l'isolement circulaire de la zone active de la pièce. Une protection électrique des bords est formée à l'aide de diodes et de transistors bipolaires. La passivation planaire implique la création d'un anneau protecteur, ainsi que le revêtement de la surface cristalline avec du verre. Une autre méthode de passivation mesa implique la formation d'une rainure afin d'augmenter le niveau de contrainte maximal admissible à la surface d'un cristal de métal structurel.
Modification du film anti-corrosion
Le revêtement formé à la suite de la passivation permet une variété de renforcements supplémentaires. Cela peut être le placage, le chromage, la peinture et la création d'un film de conservation. Des méthodes de renforcement auxiliaire de la protection anti-corrosion en tant que telle sont également utilisées. Pour les revêtements de zinc, des solutions spéciales sont en cours de développement à base de composants polymères et chrome. Pour un seau galvanisé ordinaire, des additifs de rinçage non réactifs peuvent être utilisés.
Conclusion
La corrosion est un processus destructeur qui peut se manifester de différentes manières, mais dans chaque cas, il contribue à la détérioration de certaines propriétés opérationnelles du métal. Il est possible d'exclure l'apparition de tels processus de différentes manières, ainsi que l'utilisation de métaux nobles, qui se caractérisent par une réduction initialesensibilité à la rouille. Cependant, pour certaines raisons financières et technologiques, l'utilisation d'une protection anticorrosion standard ou l'utilisation de métaux à haute résistance à la corrosion n'est pas toujours possible.
La solution optimale dans de tels cas est la passivation - c'est une méthode relativement abordable et efficace pour protéger les métaux de différents types. Selon certains calculs, une électrode avec un inhibiteur correctement sélectionné peut suffire à protéger contre la corrosion une canalisation souterraine de 8 kilomètres. Quant aux inconvénients, ils s'expriment dans la complexité technique d'utilisation des méthodes de passivation électrochimique en principe.
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