Cours Corrosion/Partie 1
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COURS CORROSION LES DIFFERENTES FORMES DE CORROSION AU TRAVERS DE L’EXPERTISE D’AVARIE COURS CORROSION QU ’EST-CE QU’UNE AVARIE EN CORROSION ? Une avarie en corrosion peut se manifester de différentes manières, soit par des percements, des fuites, des fissures, des ruptures, des porosités, ou par le gonflement ou la disparition du matériau,, etc… Perforation d’un tube inox ⇒ Différentes FORMES et APPARENCES COURS CORROSION LES DIFFERENTES FORMES (OU MODES) DE CORROSION : LA CORROSION GENERALISEE : La surface métallique hétérogène qui présente une multitude de sites anodiques et cathodiques, forme des micro-piles qui sont le siège de réactions électrochimiques. COURS CORROSION LES DIFFERENTES FORMES (OU MODES) DE CORROSION : LA CORROSION LOCALISEE : • Sanodique << Scathodique Attaque localisée (voire quasi-ponctuelle) • Corrosion plus dangereuse car difficilement prévisible COURS CORROSION LES DIFFERENTES FORMES DE CORROSION LOCALISEE : Corrosion par piqûres Corrosion intergranulaire Corrosion caverneuse Corrosion bactérienne Corrosion sous contrainte Corrosion érosion Fatigue-corrosion Corrosion cavitation Corrosion galvanique Fretting corrosion Corrosion sélective Corrosion haute température COURS CORROSION FACTEURS INFLUENCANT LES FORMES DE CORROSION : Milieu Matériaux Type de matériau Mode d’élaboration Type de traitement Type de milieu Composition, exposition T°, pH, O2, agitation,.. Surface État de surface Préparation de surface FORMES DE CORROSION FONCTION Conception Géométrie des pièces Type d’assemblage Mise en oeuvre Condition de service Période d’arrêt Fréquence maintenance Soudage Huile de lubrification Peinture COURS CORROSION LES PRINCIPAUX TYPES DE MATERIAUX : Les peintures et vernis Les thermoplastes (PE, PP, PVC, PTFE,…) Matériaux organiques Les revêtements polymères Les caoutchoucs (naturel ou synthétiques) Les thermodurcissables (PU, époxydes, polyesters,…) Les revêtements bitumeux Béton ≠ TYPES DE MATERIAUX Matériaux minéraux Matériaux composites Matériaux métalliques L’immunité Les céramiques 3 états possibles La passivité L’activité COURS ENSITM LES TROIS ETATS POSSIBLES D’UN METAL : Un métal peut se trouver dans trois états vis-à-vis de son milieu ambiant L’IMMUNITE : Corrosion du métal « impossible » Le métal et le milieu sont dans un état de stabilité, ils ne peuvent réagir. L’absence de corrosion n’est pas due à la formation d’une « barrière » matérielle entre le métal et le milieu, mais à l’absence de réactivité. Dans la pratique, cette situation se rencontre essentiellement avec: Les métaux nobles (or, platine,…) COURS ENSITM LES TROIS ETATS POSSIBLES D’UN METAL (suite) : LA PASSIVITE : Le métal et le milieu ne sont pas dans un état de stabilité, mais le métal se recouvre naturellement d’un film protecteur qui « l’isole » du milieu extérieur. Ce film (appelé couche passive ou de passivation) doit être stable vis-à-vis du milieu extérieur et ne pas présenter de faiblesse locale (ou totale). Dans le cas contraire, le métal se corrode localement. L’aluminium, le titane, l’acier inoxydable, le « cuivre »… doivent leur résistance à la corrosion à leur comportement passif. COURS ENSITM QU’EST CE QU’UNE COUCHE PASSIVE ? : Nature et caractéristiques de cette couche: Recouvrante, protectrice, contenant de l’oxygène: - hydroxydes (conducteurs électroniques: pseudo-passivité) - Oxydes (isolants: passivité vraie) Très faible conductivité ionique Très mince: 1 nm ≤ épaisseur ≤ 500 nm ~ A l’état passif, en général Vcor << 0.1mm/an COURS ENSITM LES TROIS ETATS POSSIBLES D’UN METAL (suite) : L’ACTIVITE : Corrosion du métal Le métal n’est pas stable et n’est pas recouvert d’un film protecteur; il réagit avec le milieu environnant en se corrodant. La corrosion est habituellement généralisée, c’est à dire répartie quasiuniformément sur toute la surface du métal COURS ENSITM PRESENTATION DES DIFFERENTES FORMES DE CORROSION EXEMPLE COURS ENSITM CORROSION GENERALISEE OU UNIFORME Définition: La corrosion est répartie uniformément sur la surface du métal en contact avec le milieu corrosif. La vitesse de corrosion peut être déterminée de façon relativement simple (perte de poids, d’épaisseur, ..) et permet d’accéder directement à la durée de vie de la pièce concernée. La vitesse de corrosion est en général exprimée en termes de perte de masse par unité de surface et par unité de temps ou par l’épaisseur de métal corrodé en fonction du temps. Pour un acier 1 g.dm-2.an-1 = 12 µm/an Vitesse de corrosion mm/an Résistance à la corrosion <0,05 Très résistant <0,5 Résistant 0,5 à 1 Peu résistant >1 Non résistant COURS ENSITM LA CORROSION ATMOSPHERIQUE : Cas de corrosion généralisée le plus fréquemment rencontré Définition: La corrosion atmosphérique désigne la réaction de l’oxygène de l’air à température ambiante avec un métal lorsqu’à la surface de ce dernier l’humidité et les polluants forment un film d’électrolyte corrosif. Facteurs déterminants : Les espèces polluantes contenues dans l’air ambiant: - Le dioxyde de soufre SO2 (provenant de la combustion du charbon et du pétrole) - Les chlorures Cl- (régions maritimes), - Les oxydes d’azotes NOx qui se forment lors d’une combustion à haute T° (moteur) - Les poussières Le % d’humidité relative de l’air ambiant (100% correspondant à la condensation) - fonction de la T° du métal, de la présence de sels déposés et de la porosité de surface Les cycles d’humidité (changement périodique entre phase de mouillage et de séchage) COURS ENSITM Prévention de la corrosion généralisée : Isoler le métal du milieu ambiant par un traitement de surface approprié (revêtement métallique, organique ou céramique par exemple) Placer artificiellement le métal dans son domaine d’immunité (par protection cathodique) Réduire la corrosivité du milieu ambiant en utilisant, par exemple des inhibiteurs de corrosion) Prévoir des surépaisseur selon les vitesses de corrosion Changer de matériau COURS ENSITM LA CORROSION GALVANIQUE : Brasure laiton 1 - Définition: La corrosion galvanique peut se définir simplement par l’effet résultant du contact de deux métaux ou alliages différents dans un environnement corrosif conducteur. Tuyauterie cuivre Corrosion « galvanique » entre la brasure en laiton CuZn40 et la tuyauterie en cuivre ayant occasionnée de nombreuses fuites au niveau de 4 réseaux d’eau froide et d’eau chaude sanitaire Lorsqu’un métal est immergé dans une solution électrolytique quelconque, on peut mesurer son potentiel de dissolution (corrosion naturelle) à l’aide d’une électrode de référence et d’un millivoltmètre à haute impédance d’entrée. Dans chaque solution, il est donc possible d’établir une « série galvanique », c’est-à-dire un classement des différents métaux et alliages en fonction de ce potentiel mesuré. La différence de potentiel électrochimique qui existe entre deux alliages donne naissance, lorsqu’ils sont couplés électriquement et immergés dans une même solution électrolytique, à un courant électrique (courant galvanique) circulant de l’alliage le plus noble vers l’alliage le moins noble. COURS ENSITM Le potentiel de couplage est obligatoirement compris entre les deux potentiels des métaux non couplés et on observe généralement un accroissement de la corrosion de l’alliage le moins noble (anodique) au voisinage immédiat de la zone de contact et diminution ou suppression de la corrosion de l’alliage le plus noble (cathodique). Le couplage galvanique peut également apparaître entre deux parties d’un même métal : par exemple l’hétérogénéité entre une zone écrouie et une zone non écrouie peut être à l’origine d’une différence de potentiel amenant ce type de corrosion Si la différence de potentiel indique le sens de la menace, elle n’indique pas son ampleur; ce n’est donc pas le seul facteur à prendre en compte. Série galvanique du graphite et de divers métaux et alliages dans l’eau de mer à 25°C COURS ENSITM 2 – Les différents facteurs affectant la corrosion galvanique: Paramètres liés au milieu Paramètres liés aux matériaux Nature et composition des alliages Impuretés (inclusions) Présence de produits de corrosion Composition, impuretés, hétérogénéité, Résistivité, température, volume Débit, agitation, teneur en O2, pH,.. LES DIFFERENTS FACTEURS Paramètres liés à l’interface Potentiels d’électrode Cinétique de réaction (mode de polarisation) Paramètres liés à la géométrie Du couple: rapport de surface A/C De la jonction: écartement, résistance de contact COURS ENSITM 3 – Les facteurs importants : a) Le rapport des surfaces Anode/Cathode des deux métaux: Le cas le plus défavorable est celui d’une grande surface cathodique (matériau le plus positif) électriquement reliée à une petite surface anodique (métal le plus négatif). La vitesse de corrosion du métal le plus négatif peut être multipliée par 100 voire par 1000. En conséquence, les organes de liaison de pièces sollicitées mécaniquement (écrous, rivets, boulons, goupilles, soudures, brasures…) doivent toujours être plus nobles, ou au moins de même nature, que le matériau de base. Par exemple, un assemblage constitué par des plaques de fer fixées par des rivets en cuivre est beaucoup plus résistant à la corrosion que la configuration inverse (plaques de cuivre et rivets de fer). COURS ENSITM 3 – Les facteurs importants (suite) : b) La conductivité du milieu : La conductivité du milieu corrosif conditionne la localisation des dégradations. La corrosion galvanique peut se produire dans les milieux très résistants, mais elle est dans ce cas localisée aux zones de contact entre les deux métaux. Inversement l’attaque est moins localisée en milieu conducteur. Ligne de courant Ligne de courant Matériau cuivreux Eau douce (milieu résistif) fer Matériau cuivreux Eau de mer (milieu conducteur) fer COURS ENSITM 3 – Les facteurs importants (suite) : c) Les discontinuités dans les revêtements métalliques: Les revêtements métalliques ne présentent pas toujours une étanchéité parfaite; leurs défauts de continuité sont d’origine diverses: Anfractuosités du métal de base, Tensions internes du dépôt provoquant des fissurations, Porosités inhérentes au procédé, Blessures en cours de manutention, de montage ou lors de l’utilisation, …. Le milieu corrosif pénètre dans ces défauts jusqu’au métal de base. Par sa morphologie discontinue, le revêtement métallique forme un couple galvanique avec le substrat. Pour cette raison, les revêtements métalliques sont classés en deux familles: COURS ENSITM Les deux grandes classes de revêtements métalliques: 1) Les revêtements nobles ou cathodiques par rapport au métal de base. Fer Or +0. 22 Cu i -0.2 vre 30 Potentiel de dissolution* en Volt * Dans une solution de chlorure de sodium à 3% Nic -0.2 kel 92 (-0.70) ME T PA AUX RR C AP ATH PO O RT DIQ AU UE FE S R É ta -0.4 in 25 ME TA U RA X AN PP OR ODIQ T A UE UF SP ER AR P lo -0.5 mb 35 Ch ro -0.4 me 80 Alu m -0. inium 785 QUI PROTEGE QUI? Zin -0.9 c 75 Ma gn é -1. sium 63 2) Les revêtements « sacrificiels » ou anodiques par rapport au métal de base. COURS ENSITM Cas des revêtements CATHODIQUES : Dans le cas d’un revêtement cathodique, le couplage galvanique entraînera une corrosion importante du substrat à l’endroit du défaut. Le rapport anode (substrat)/cathode (revêtement) très défavorable du fait d’une très petite surface anodique par rapport à une très grande surface cathodique entraînera une densité de courant locale de corrosion très élevée conduisant généralement à la formation de piqûre accompagnée d’un écaillage du revêtement. On dit que le substrat subi UNE PROTECTION ANODIQUE Revêtement Al-Si d’épaisseur hétérogène 20µm présentant des discontinuités Tuyauterie en ACIER Densité locale de courant ~ plusieurs A/cm² SCathodique SAnodique Anode Couplage galvanique entre l’acier et le revêtement en présence de produits de combustion soufrés (milieu très oxydant) Rapport SA/SC Très défavorable Cathode eeAcier Revêtement cathodique COURS ENSITM Exemple de corrosion galvanique de revêtement cathodique : Vannes papillons en fonte nickelé installées sur un réseau d’eau chaude et d’eau froide sanitaire Couplage galvanique entre le papillon en fonte et le revêtement de nickel provoqué en partie par une épaisseur de nickel (~10µm) insuffisante. COURS ENSITM Cas des revêtements ANODIQUES : Dans le cas d’un revêtement anodique, la corrosion du revêtement sera accélérée par l’effet de couplage galvanique, mais le substrat restera protégé. Cette protection sera pratiquement assurée jusqu’à consommation complète du revêtement, cette dernière étant souvent freinée par la formation, dans les zones de défauts, de produits de corrosion plus ou moins insolubles jouant le rôle d’un effet « cicatrisant ». On dit que le substrat subi UNE PROTECTION CATHODIQUE Formation d’oxyde de zinc au niveau des discontinuités du revêtement (cicatrisation) Corrosion généralisée du revêtement de ZINC par couplage galvanique Photo d’un essai BS Substrat = Acier = CATHODE Corrosion généralisée se traduisant par la présence de rouille blanche (oxyde de zinc) après 360h d’essai au brouillard salin COURS ENSITM Conséquence : La conséquence de ces deux mécanismes de protection est que le rôle de l’épaisseur des revêtements métalliques diffère selon les cas: Pour les revêtements anodiques, la durée de vie sera pratiquement proportionnelle à l’épaisseur du dépôt qui se consommera plus ou moins vite selon l’agressivité des milieux. Pour les revêtements cathodiques il est nécessaire de préconiser une épaisseur minimale destinée à garantir l’absence de porosités dans le revêtement susceptibles d’atteindre le métal de base. COURS ENSITM 3 – Les facteurs importants (suite) : d) La température du milieu: Par exemple, le revêtement de zinc déposé sur les tuyauterie en acier galvanisé peut, dans certaine condition, devenir plus « noble » que l’acier lorsque la température de l’eau est supérieure à 50° C (problèmes des chauffe-eau domestiques). Les oxydes et hydroxydes qui se forment à ces températures ne sont plus de même nature qu’en eau froide. L’acier sous-jacent est susceptible de se corroder dans les zones ou la couche galvanisée présente des discontinuités. Revêtement de zinc Pustules d’oxyde Corrosion localisée de l’intérieur de canalisation en acier galvanisé par de l’eau chaude sanitaire (θ > 50-55°C) Micrographie réalisée au travers d’une cupule d’oxyde COURS ENSITM 4 – Prévention de la corrosion galvanique : Choisir des métaux dont les potentiels sont voisins dans la série galvanique (différence de potentiel inférieure à 50 mV dans la mesure du possible) Éviter un rapport de surface défavorable. Dans un assemblages le métal de moindre surface (riveet, boulon, soudure, bague…) doit être au moins aussi noble que le métal à assembler Disposer un troisième métal en contact avec les deux précédents et le choisir moins noble de façon à ce qu’il se corrode à la place de l’ensemble de la structure (protection cathodique). COURS ENSITM 4 – Prévention de la corrosion galvanique : (suite) Éviter dans la mesure du possible, à l’aide d’un joint, d’un isolant, d’un revêtement organique…, le contact direct de deux métaux différents. ATTENTION : Une tresse métallique extérieures à l’assemblage d’une conduite (mise à la masse d’appareil électrique par exemple) peut annuler tout le bénéfice d’une bonne isolation. Toutefois ce type de tresse (mise à la terre de conduite) peut, dans certains cas, s’avérer nécessaire en présence de courants vagabonds Réduire l’agressivité du milieu (limiter les T°, addition d’inhibiteurs…)
