Den korrosjon refererer til endring av en kjemisk reaksjon av materiale med et oksydasjonsmiddel (det oksygen og kationet M + i flertall). De rent mekaniske effekter må utelukkes (dette gjelder ikke for eksempel brudd under påvirkning av slag ), men korrosjon kan kombinere med mekaniske påvirkninger og gi spenningskorrosjon og korrosjon tretthet. ; på samme måte er det involvert i visse former for overflateslitasje , og årsakene til disse er både fysisk-kjemiske og mekaniske.
De mest kjente eksemplene er oksidasjon av metaller i luft eller i vann: rusting av jern og stål , dannelse av verdigris på kobber og legeringer ( bronse , messing ). Imidlertid påvirker korrosjon i større grad alle slags materialer (metaller, keramikk , polymerer ) i varierende miljøer (vandig medium, atmosfære , høye temperaturer ).
Den grunnleggende studien av korrosjonsfenomenene til metaller er egentlig et spørsmål om elektrokjemi . Den anvendte studien av korrosjonsfenomener er et felt innen materialvitenskap , som inkluderer både forestillinger om kjemi og fysikk (fysisk-kjemi) og noen ganger biologi.
Korrosjon er et stort industrielt problem : korrosjonskostnadene, som dekker alle midler for å bekjempe korrosjon, erstatning av korroderte deler eller konstruksjoner og de direkte og indirekte konsekvensene av korrosjonsulykker, anslås til 3,4% av verdens bruttoprodukt i 2013. Hvert sekund blir noen fem tonn stål omdannet til jernoksider.
Dette er hovedsakelig spørsmål knyttet til sikkerheten til varer: soliditet og holdbarhet til kjøretøy, infrastruktur og hjem osv. , men også mennesker, uten å glemme helsesikkerhet (korrosjonsprodukter fra containere er en potensiell kilde til forurensning av hermetikk, og med kritisk risiko, for eksempel innen kjernefysisk sikkerhet eller maritim sikkerhet ). To konkrete saker, i motsetning, er de av planlagt foreldelse og at kjernefysiske eller militære avfallsbeholdere ( kjemiske våpen , nedsenkede bomber , biologiske våpen , etc. ), i tilfelle av det kjernefysiske området noen ganger i svært lang sikt.
Noen ganger, omvendt, vil vi søke å produsere materialer som består av ikke-giftige produkter som med vilje er veldig korroderbare for å lette deres nedbrytbarhet eller biologisk nedbrytbarhet i miljøet.
I Frankrike samler det franske senteret for korrosjon (CEFRACOR) organisasjoner og mennesker som er bekymret for materialets oppførsel i miljøet.
I USA er det en sammenslutning av ingeniører (NACE) som spesialiserer seg på korrosjonsspørsmål, som produserer standardiserte anbefalinger for internasjonalt nivå.
I naturen, i tillegg til noen veldig lokaliserte miljøer knyttet til vulkanisme eller andre sure naturlige utslipp , er det fremfor alt det marine miljøet som anses å være det mest etsende. Marine forhold utgjør problemer for skip- og havnekonstruksjon, offshore-plattformer og tidevannsturbiner, undervannsrørledninger , kjøling av installasjoner, enten kjernefysiske, elektriske eller kjemiske, avsaltningsanlegg , telekommunikasjonsutstyr, kysthabitat osv .
På land, oppstår korrosjon mer spesielt i naturlig sure, varme og fuktige miljøer: fuktig skog og andre naturlig surt jordsmonn (tropisk jungle, etc.), miljøer som er utsatt for syre nedfall som er knyttet til forbrenning av kull eller andre ikke- brennbare brensler avsvovlet ( petroleumsprodukter , naturgass ).
De mikroorganismer som er ansvarlige for biofilm , er eksistensen av elektrisk strøm i vannet i nærheten av ( skipsverft eller annen bruk av elektriske sveiseapparater, etc.), temperatur, surhetsgrad og saltinnholdet i vannet er også faktorer som spiller inn.
Korrosjon av metaller er en naturlig og vanlig forekomst. Det er bare noen få stabile metaller i den opprinnelige tilstanden i det naturlige terrestriske miljøet, som generelt er et veldig oksiderende miljø :
Men i det overveldende flertallet av tilfellene er metallet tilstede på jorden i form av et oksid , og derfor i malm : bauxitt for aluminium , hematitt for jern, rutil for titan, etc. Siden forhistorisk tid har metallurgisk arbeid bestått i å redusere disse oksidene i masovner og deretter masovner for å produsere metall. Korrosjon er bare en tilbakevending til den "naturlige" tilstanden av oksid for disse metaller formet av menneskelig inngripen.
Korrosjonen av metaller er i de fleste tilfeller en elektrokjemisk reaksjon ( redoks ), som involverer den produserte delen og miljøet som reaktanter. Eksempler på kontaktkorrosjon:
Kontakt korrosjon på en akselende.
Kontakt korrosjon som et resultat av ringbrudd.
Kontakt korrosjon på et lagerløp.
Et rustent rør .
Korrosjonsfenomenet må derfor tas i betraktning:
Alle disse parametrene bestemmer korrosjonstypen og -hastigheten.
Mekanismen for forplantning av korrosjon kan være intergranular, transgranular eller selektiv. For intergranular korrosjon skjer dette ved korngrensene mens resten av matrisen ikke blir angrepet. Transgranulær korrosjon stammer også fra korngrenser, men sprer seg vinkelrett på den. I tilfelle selektiv korrosjon er det selektiv oppløsning av et av elementene i legeringen eller av en av fasene.
I industrianlegg, korrosjonsfarlige soner kalt korrosjons løkkene er således dannet . Formen på den korroderbare delen og behandlingene som gjennomgår (forming, herding, sveising, boring, skruing) spiller en nøkkelrolle. Dermed kan en samling av to forskjellige metaller (for eksempel to stålkvaliteter , eller samme stål behandlet forskjellig) skape akselerert korrosjon; vi ser ofte spor av rust plassert på nøttene . Hvis delen har defekter ("for eksempel termiske sprekker") eller et gap (for eksempel mellom to plater), kan dette danne et begrenset miljø som vil utvikle seg annerledes enn resten av delen, noe som kan føre til en akselerasjon av lokale korrosjon. Enhver heterogenitet kan føre til akselerert lokal korrosjon, for eksempel ved sveisesømmene . Heterogeniteten i miljøet som en metalldel av vanlig sammensetning utsettes for, kan også gi opphav til såkalt korrosjon av " konsentrasjons haugkorrosjon " ; på samme måte for en metalldel plassert i en løsning med identisk sammensetning, men som opplever ikke-ensartet omrøring. En delvis nedsenket metallplate vil gjennomgå lokal korrosjon kjent som " ved vannlinjen ", og så videre.
Korrosjonsfenomener kan alvorlig skade god helse , enten ved allergi og / eller hudinntrengning av giftige metaller (for eksempel fra smykker som brukes på huden), eller ved korrosjon (spesielt galvanisk) av indre proteser eller er tilstede i huden. Munn (kjeveortopedisk proteser). De tannfyllinger (inneholdende kvikksølv ) eller visse ortodontiske implantater kan gjennomgå galvanisk fenomener og modifiserende redoks resulterer i frigjøring av små mengder av metaller, eller bare forringes.
Korrosjon er et kjemisk fenomen som avhenger av materialet som brukes, utformingen av delen (form, behandling, montering) og miljøet. En handling på en eller flere av disse parameterne gjør det mulig å bremse eller til og med kontrollere (i visse sammenhenger) fenomenet. Korrosjonsprosessen kan også reduseres ved å påvirke selve den kjemiske reaksjonen.
Vi snakker om immunitet når metallet er stabilt i nærvær av det korroderende mediet.
Korrosjon av metalliske drikkevannsrør med klorgass :
Gassformet klor, som opprinnelig ble brukt til å ødelegge mikroorganismer, har en skadelig bivirkning på strukturen. Ikke forveksles med effekten av kloridioner i sjøvann på korrosjonshastigheten (se passiveringsartikkel ).
Atmosfæren inneholder syrer som salpetersyre (HNO 3 ) og svovelsyre (H 2 SO 4 ), forbrenningsrester som angriper metaller:
Disse fenomenene er grunnlaget for atmosfærisk korrosjon , som dessuten ikke finner sted i fravær av fuktighet i luften.
Oksygen i luften, i nærvær av vann, oksyderer jern og kan danne forskjellige oksider . Avhengig av de kjemiske forholdene, danner det forskjellige oksider eller hydroksider som kan være enten ikke-beskyttende eller moderat beskyttende. For eksempel, Fe (OH) 3 , n H 2 O( rust ), et porøst hydroksid som ikke beskytter angrepet jern. Men i et reduserende medium (lite eller ingen oksygen), nøytralt eller moderat basisk ( pH ), er det vannet som oksyderer jernet; den magnetitt Fe 3 O 4 kan være dannet, som er moderat beskyttende.
Rustfritt stål, ofte referert til som "rustfritt stål", inneholder krom (minst 12 vekt%): oksidene som dannes på overflaten av legeringen (med en høy andel kromoksid, av Cr-typen. 2 O 3 ) hindrer progresjonen av oksygen eller overføring av elektroner som er nødvendige for oksidasjon. Dette kalles passivering . Begrepet indikerer en markant bremsing av korrosjonshastigheten sammenlignet med korrosjonskinetikken som var opprinnelig forventet. Korrosjonen avbrytes imidlertid ikke; den blir ganske enkelt redusert med noen få størrelsesordener. Den beskyttende effekten av krom øker generelt med innholdet. Minimum 12% er nødvendig av denne grunn, men stål beregnet på aggressive miljøer, for eksempel i nærvær av klorider eller mot sure omgivelser, har høyere innhold, for eksempel opp til 25%. Tilsetningen av molybden har også en veldig høy passiverende effekt, jevnere enn for krom (1% Mo ~ 2,5% Cr).
Den første ideen mot korrosjon er ganske enkelt å velge et materiale som ikke korroderer, eller veldig lite, i det miljøet som vurderes. Kan brukes "rustfritt" stål, legeringer av aluminium , av keramikk , av plast , av komposittmaterialer , etc. Valget må også ta hensyn til begrensningene ved applikasjonen (delens masse, motstand mot deformasjon, mot varme, evne til å lede elektrisitet, etc. ). I absolutte termer er det ikke noe som heter virkelig rustfritt materiale.
Uttrykket " rustfritt stål " er derfor upassende av to grunner: på den ene siden inneholder denne typen stål legeringselementer ( krom , nikkel ) som oksiderer: det er nettopp dette laget av oksider som beskytter stål; på den annen side er dette stålet bare beskyttet for visse typer miljøer, og vil korroderes raskt i andre miljøer.
Det er mange karakterer av såkalte "rustfrie" stål, den vanligste av dem i bransjen kalles:
Avhengig av applikasjonene, og spesielt den akseptable massen til delen, det fysisk-kjemiske miljøet, implementeringsprosessen (støperi, mekanisk sveiset osv. ), Forventet mekanisk motstand, etc. , er det også mulig å bruke legeringer av aluminium, kobber ( messing , bronse , cupronickel , etc. ), nikkel ( Inconels ), plast, etc.
Hvert materiale tilsvarer derfor visse miljøtyper: dets bruk i andre miljøer kan vise seg å være katastrofalt.
I utformingen av selve rommet må man være forsiktig med å unngå inneslutningssoner, kontakt mellom forskjellige materialer og mer generelt heterogeniteter. Det er også nødvendig å forutse omfanget av korrosjon (innvirkning på soliditet osv.) Og hvor lang tid det vil være nødvendig å endre delen ( forebyggende vedlikehold ), ellers sørge for regelmessige kontroller ( ikke-destruktiv testing , tilstands- basert vedlikehold ).
I et lukket miljø (for eksempel en lukket vannkrets), blir det mulig å styre et antall parametre som har innflytelse på korrosjons: kjemisk sammensetning (i særdeleshet surhet og hardhet i vannet ), temperatur , mer eller mindre karakter slipemiddel og hastighet eller trykk på den transporterte væsken, etc. Det er også produkter kjent som “ korrosjonshemmere . For disse sammenhengene. Denne typen tilnærminger er faktisk ikke anvendelig i et åpent miljø (atmosfære, sjø, basseng i kontakt med det naturlige miljøet, åpen krets).
Det er to måter å forhindre at den kjemiske reaksjonen finner sted.
Isoler rommet fra omgivelseneDu kan prøve å isolere rommet fra omgivelsene ved en barriere: lag med maling, plast osv. , eller ved overflatebehandling : nitrering , kromering , plasmaspraying .
Endring av det elektrokjemiske potensialetSiden korrosjon egentlig er et redoksfenomen , er det mulig å spille på det elektrokjemiske potensialet på overflaten. For å si det enkelt, under oksidasjon, tar en kjemisk art i miljøet elektroner fra materialet. Hvis vi leverer elektroner på noen annen måte (ved en elektrisk generator eller ved en annen kjemisk reaksjon), forhindrer vi at materialet mister sine egne elektroner. Dette er prinsippet om katodisk beskyttelse .
Det er således mulig å introdusere en annen del for å bremse eller forhindre reaksjonen. En første måte å oppnå det på er å bruke en " offeranode ". Denne nye delen, ofte i sink eller magnesium , senker faktisk det elektrokjemiske potensialet til den beskyttede delen under potensialet der den kan oksidere, og vil korrodere i stedet for den delen som skal beskyttes. I et vandig medium er det tilstrekkelig å skru eller kontakte offeranoden på den delen som skal beskyttes.
Hvis delen er stor, er det imidlertid nødvendig å ta hensyn til et tap av beskyttelse knyttet til det ohmske fallet. Dette er forårsaket av motstanden mot strømgjennomgang i det omkringliggende mediet, og det øker med avstanden fra punktet til den beskyttede delen i kontakt med offeranoden. Utover en viss avstand, som avhenger av mediumets ledningsevne, er delen ikke lenger beskyttet. Det er derfor nødvendig å plassere anodene på en vanlig avstand slik at ethvert punkt er plassert under potensialet der metallet kan korrodere. Dette er hva som gjøres på store strukturer, for eksempel oljeplattformer til havs. Disse offeranodene forbrukes og har en begrenset levetid, og krever derfor periodisk utskifting.
I det fri må delen være helt dekket med sink ( galvaniseringsprinsippet ), som ikke bare virker på overflaten av delen, men også fra innsiden, takket være en kraftig jern-sinklegering. Du kan også legge metallpartikler i malingen, som kombinerer en fysisk barriere og katodisk beskyttelse. Bly ( minium ) anti-korrosjonsmaling er forlatt på grunn av deres innvirkning på miljø og helse.
En annen måte å oppnå katodisk beskyttelse på er å senke potensialet til metallet med en ekstern elektrisk kilde, ved å pålegge et potensial eller en strøm mellom delen og en ekstern anode plassert overfor overflaten, men uten direkte kontakt med metallet. I dette tilfellet forbrukes ikke anoden og trenger ikke byttes ut.
I bilindustrien er jern beskyttet ved å skape en kjemisk reaksjon med det. Produktet, vanntett, vil beskytte metallet: det er parkisering .
Den kromplettering av stål har blitt fullstendig forlatt. Faktisk korroderte ikke selve krom, beskyttet derfor delen (anodisk beskyttelse), men den minste riper var katastrofal fordi delen da spilte rollen som offeranode for krom og korroderte veldig raskt.
I petroleumsindustrien er korrosjonskontroll for eksempel av dimensjonsrekkefølgen (måling av tap av tykkelse, deformasjon, etc.), elektrokinetisk , galvanisk eller til og med biofysisk-kjemisk. På overflateinstallasjoner som er tilgjengelige utenfra, er disse kontrollene (NDT) manuelle, statiske, ad hoc eller til og med kartografiske eller til og med kontinuerlige ( overvåking ). For jordiske og undervannsinstallasjoner som er utilgjengelige, dynamiske automatiserte systemer (mobile roboter), for eksempel instrumenterte griser ( intelligente pigger ) for rørledningsinspeksjons eller logge prober ( wireline-verktøy ) for dyp boring benyttes. Oppløsningsoppløsningen og dekning av disse ekstremt sofistikerte verktøyene er svært varierende og må nødvendigvis tilpasses problemet som stilles og til det fiendtlige miljøet i disse miljøene (høyt trykk og temperaturer).
Innholdet på "sikkerhetsdatablad" viser at mange nylige " antikorrosjonsprodukter " og maling brukt på skipsskrog , infrastruktur (nedsenket eller ikke) av boreplattformer eller vindturbiner til havs osv. inneholder dodecylfenoler (og / eller p-tert-butylfenoler, oktylfenoler (OP), nonylfenoler og / eller deres isomerer og mange andre organiske forbindelser (inkludert for eksempel xylol og dets isomerer, etylbenzen , metyl , trimetylbenzener , etyltoluen av propylbenzen , av butylacetat , den etyl-3-etyletoksypropionat , av 1-metoksy-2-propanol eller acetater , av benzylalkohol ) som er blitt anvendt som løsningsmidler, som viskositetsregulerende midler eller som en herdekatalysator (f.eks 2,4,6- tris (dimetylaminometyl) fenol).
Herdemidlene ifølge de epoksy- oligomerene som danner de epoksyharpikser er hovedsakelig diaminer , polyaminer , poly- (aminoamider) og imidazol -derivater . De mest brukte diaminene for herding av disse harpikser er: m- oksylendiamin , isoforondiamin , 1,5-diamino-2-metylpentan , 1,2-diaminocykloheksan og trietylentetramin . Generelt, i polyuretanharpikser (RPU), brukes ingen alkohol eller fenolforbindelser fordi de kan hemme polymeriseringen av produktet.
I 2013 var de første miljøkvalitetsstandardverdiene for vannmiljøet tilgjengelig for 4-nonylfenol (4-NP) : 0,33 μg / L PNEC og for nonylfenol (NP): 0,3 μgl-1 NQE).
I 2017 ble nonylfenoler og nonylfenoletoksylater lagt til ECHA- og OSPAR- listen over forbindelser av miljøhensyn . Deres anvendelse er allerede begrenset i Europa når det gjelder produkter som vil ha direkte kontakt med forbrukerne (matemballasje, tekstiler).
I 1981 vet vi allerede at alkylfenoler, når de bioakkumuleres i næringskjeden, utviser akutt eller kronisk toksisitet for vannlevende fauna.
I 2009, David et al. undersøke tilstedeværelsen av nonyl og oktylfenoler i det marine miljøet. Konsentrasjonene av 4-NP i Tyskland er lave (hastighet mellom 0,8 og 33 ngl-1 ifølge Heemken et al., 2001; fra 6 til 33 ngl-1 ifølge Bester et al. I 2001, -; 0,09 ved 1,4 ng / L ifølge Xie et al. I 2006, men elvemunningene inneholder mye mer (de fra Rhinen og Schelde (Nederland) var lokalisert rundt 2005 i et område fra 31 til 934 ngl-1.