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La corrosion des métaux désigne la dégradation des matériaux causée par la réaction entre le métal et son environnement. Il s'agit d'un processus électrochimique, où toute condition facilitant le flux d'électrons accélère la corrosion.
1. Types de corrosion des métaux
En fonction de l'environnement de corrosion et du type de métal, la corrosion peut être classée en trois formes : la décoloration, la corrosion et la rouille.
- Décoloration
La décoloration est une forme légère de corrosion superficielle qui se traduit par des changements de couleur ou une perte d'éclat. Elle n'affecte généralement pas l'intégrité structurelle du métal, mais seulement son apparence. Les métaux comme le cuivre et l'argent peuvent se décolorer dans des environnements contenant de l'oxygène, du soufre ou des halogènes, en formant des oxydes ou des sulfures, en particulier dans des conditions humides.
- Corrosion
La corrosion entraîne des dommages plus importants et des modifications des propriétés métallurgiques. Par exemple, lorsque l'aluminium ou le zinc se corrode, il forme une poudre blanche, tandis que le cuivre forme une couche verte.
- Rouille
La rouille est la corrosion des métaux ferreux comme le fer, qui entraîne la formation d'oxydes de fer, le type de corrosion le plus courant.
2. Mécanisme de la corrosion des métaux communs
L'essence de la corrosion est l'échange d'électrons entre la surface du métal et son environnement. Dans ce processus, le métal est oxydé, ce qui entraîne des réactions électrochimiques. Par exemple, dans la corrosion du fer par des gouttelettes d'eau, une cellule de concentration se forme, provoquant la corrosion. La teneur en oxygène au centre de la gouttelette d'eau est plus faible que sur les bords, ce qui crée une zone anodique et une zone cathodique, entraînant la formation de rouille.
Mécanisme de formation de la rouille à la surface du fer
- La région à faible teneur en oxygène joue le rôle d'anode, où les atomes de fer perdent des électrons et se transforment en ions fer : Fe → Fe²⁺ + 2e-
- Au bord de la goutte d'eau, l'eau et les électrons libérés réduisent l'oxygène, formant des ions hydroxyde (région cathodique) : ½ O₂ + H₂O + 2e- → 2OH-
- Les ions hydroxyde se combinent avec les ions fer pour former de l'hydroxyde ferreux : Fe²⁺ + 2OH- → Fe(OH)₂
- L'hydroxyde ferreux réagit ensuite avec l'eau et l'oxygène, formant de la rouille brune : 2Fe(OH)₂ + H₂O + ½ O₂ → 2Fe(OH)₃.
3. les types de corrosion
3.1 Corrosion uniforme
Lorsque l'eau ou d'autres liquides recouvrent entièrement une surface métallique, les régions de l'anode et de la cathode se déplacent continuellement, ce qui entraîne une corrosion uniforme. Il s'agit de la forme la plus courante de corrosion des métaux au quotidien.
3.2 Effets des électrolytes
L'eau pure a un faible potentiel de corrosion en raison de sa faible capacité d'ionisation. Cependant, l'ajout d'acides, de bases ou de sels augmente la concentration d'ions, ce qui accélère la corrosion. Dans certains cas, les électrolytes réagissent avec la surface du métal pour former un film de passivation, ce qui ralentit le processus de corrosion.
3.3 Corrosion due à la concentration d'oxygène
Comme décrit précédemment, la région à faible teneur en oxygène agit comme une anode et la région à forte teneur en oxygène agit comme une cathode, provoquant la corrosion de la cellule de concentration d'oxygène.
3.4 Corrosion galvanique
Lorsque des métaux différents sont immergés dans le même liquide, une réaction électrochimique se produit, provoquant une corrosion galvanique. C'est le principe des piles.
Principe de la batterie
3.5 Erosion Corrosion
La corrosion par érosion se produit lorsque des liquides s'écoulant rapidement enlèvent mécaniquement la surface du métal. Ce phénomène est particulièrement important dans les canalisations et les systèmes de pompage.
3.6 Corrosion de contact
Semblable à l'érosion, la corrosion de contact se produit lorsque des matériaux solides enlèvent les films protecteurs des surfaces métalliques, comme c'est souvent le cas aux points de contact entre les pièces.
3.7 Corrosion par piqûres
La corrosion par piqûres se produit lorsque de petites zones d'une surface métallique subissent une corrosion localisée. Par exemple, lorsqu'une couche d'oxyde protectrice est rayée, la zone exposée devient une anode, ce qui entraîne la formation d'une piqûre de corrosion.
3.8 Corrosion intergranulaire
La corrosion intergranulaire est un type de corrosion localisée qui se propage le long des joints de grains des métaux. Elle se produit dans l'acier inoxydable lorsqu'il est chauffé à certaines températures, créant des zones appauvries en chrome aux joints de grains, ce qui entraîne une perte de résistance à la corrosion.
3.9 Corrosion sous contrainte
La corrosion sous contrainte se produit sous l'effet d'une contrainte de traction, en particulier dans les pièces soudées présentant des contraintes résiduelles. Le film protecteur de la surface du métal est endommagé, ce qui entraîne l'apparition de fissures qui se propagent avec le temps et provoquent des fractures.
3.10 Corrosion induite par les microbes
Les micro-organismes, tels que les bactéries aérobies et anaérobies, présents dans les fluides de travail des métaux à base d'eau peuvent provoquer une corrosion induite par les micro-organismes. Les bactéries aérobies dégradent les molécules à longue chaîne des lubrifiants, formant des acides qui provoquent la corrosion, tandis que les bactéries anaérobies produisent des composés sulfurés qui entraînent une décoloration.
Respiration bactérienne
4. contre-mesures de prévention de la corrosion
- Agents de passivation
Les métaux peuvent former une couche d'oxyde naturelle pour la passivation, ou des sels spécifiques peuvent être utilisés pour créer un film protecteur sur la surface du métal. Par exemple, le fer peut être passivé par immersion dans des nitrites, des chromates ou des molybdates.
- Films organiques
Les films organiques, tels que les revêtements à base d'huile, peuvent être appliqués sur les surfaces métalliques, formant une barrière entre le métal et son environnement. Toutefois, cette méthode n'offre qu'une protection temporaire.
- Inhibiteurs bactériens
Si la corrosion est causée par des bactéries, des bactéricides peuvent être utilisés pour inhiber les bactéries aérobies, tandis que de l'oxygène peut être ajouté pour contrôler les bactéries anaérobies. Si la corrosion microbienne est déjà importante, il peut s'avérer nécessaire de remplacer le fluide de travail pour éviter que les dommages ne s'aggravent.