• Cours de corrosion

    Si vous voulez comprendre les modes de corrosion :

    http://www.cdcorrosion.com/index.htm

    Corrosion Uniforme
                                               
    Corrosion_Uniforme
    Corrosion uniforme d'une chicane en acier dans un échangeur
    Corrosion_Uniforme
    Corrosion d'une porte en acier inoxydable ferritique dans une atmosphère soufrée

     


    C'est la forme la plus classique de corrosion, mais pas toujours la plus importante en termes économiques ou sécuritaires.

    Elle se caractérise par l'existence de plusieurs processus électrochimiques individuels qui se produisent uniformément sur toute la surface considérée.

    Elle se traduit en diminution d'épaisseur (par unité de temps ou en perte de poids par unité de surface, et par unité de temps) si les produits de corrosion sont solubles, ou par un dépôt uniforme s'ils ne le sont pas.

    La corrosion uniforme peut être réduite ou évitée par un choix convenable du matériau, la modification du milieu ou la protection cathodique.

     

     

    Corrosion Galvanique
                               
    Corrosion_Galvanique
    Série galvanique du graphite et de divers métaux et alliages dans l'eau de mer (vitesse de l'eau 2.4 à 4 m/s, durée d'immersion : 5 à 15 jours, température : 5 à 30 °), d'après ASTM G82. Le potentiel est exprimé par rapport à l'électrode au calomel saturé. Les cases en bleu indiquent les potentiels dans l'état actif pour les métaux passivables.
    Corrosion_Galvanique2
    Corrosion galvanique au niveau d'une zone de brasage entre la brasure Cu-P et le tube en cuivre


    La corrosion galvanique peut se définir simplement par l'effet résultant du contact de deux métaux ou alliages différents dans un environnement corrosif conducteur : on utilise aussi le terme de bimétallisme.
    Dans chaque solution, il est possible d'établir une "série galvanique", c'est-à-dire un classement des différents métaux et alliages en fonction de ce potentiel mesuré.

    Lors d'un couplage entre deux métaux ou alliages différents, il va s'établir un courant électronique entre eux résultant du court-circuit formé. On observe généralement un accroissement de la corrosion de l'alliage le moins noble et diminution ou suppression de la corrosion de l'alliage le plus noble.

    La différence de potentiel indique le sens de la menace, mais pas son ampleur, ce n'est donc pas le seul facteur à prendre en compte. La conduction électrique du milieu, la température sont aussi des facteurs importants.

    En fonction des modifications de l'électrolyte, on peut avoir des inversions dans la série des potentiels. Le zinc, par exemple, recouvert de produits de corrosion, peut devenir plus "noble" que le fer dans certaines eaux chaudes. L'étain peut devenir moins "noble" que le fer dans les solutions d'acide organique (problème des conserves alimentaires).

    Pour un courant donné entre deux métaux différents, la densité du courant et, par suite, la vitesse de dissolution du métal le moins noble (anode) sera d'autant plus élevée que cette anode sera de petite surface. L'utilisation de rapports de surface défavorables
    (SAnode/SCathode < 1) a conduit à des déboires très coûteux et souvent spectaculaires.

    Quelques moyens de lutte contre cette corrosion : choisir des couples métalliques dont les éléments sont le plus proches possible dans la série galvanique correspondante, éviter un rapport de surface défavorable, éviter dans la mesure du possible, à l'aide d'un joint, d'un isolant, d'un revêtement, ... le contact direct de deux métaux différents, etc.

     

    Corrosion Caverneuse
         
    Corrosion_Caverneuse
    Corrosion_Caverneuse2
    Corrosion caverneuse d'un acier allié sous un joint


    Cette forme d'attaque est généralement associée à la présence de petits volumes de solution stagnante dans des interstices, sous des dépôts et des joints, ou dans des cavernes ou crevasses, par exemple sous les écrous et têtes de rivets. Le sable, la poussière, le tartre, les produits de corrosion sont autant de corps solides susceptibles de créer des zones dans lesquelles le liquide n'est que difficilement renouvelé.
    C'est aussi le cas des joints en matériau souple, poreux ou fibreux (bois, plastique, caoutchouc, ciment, amiante, tissus, ...).

    La corrosion caverneuse se rencontre surtout sur les métaux et alliages dont la tenue dépend de la stabilité du film passif, car ces films sont instables en présence de concentrations élevées en Cl- et H+.
    Le mécanisme de base à l'origine de la corrosion caverneuse des alliages passivables en milieux chlorurés aérés est une acidification progressive du milieu dans la caverne avec l'apparition de conditions locales du milieu très agressives qui détruisent la passivité.

    Dans un interstice, la convection du liquide est fortement freinée et l'oxygène s'épuise localement très rapidement : quelques secondes suffisent pour créer une "pile d'aération différentielle" entre le petit interstice désaéré et le reste de la surface aérée. La dissolution du métal M se poursuivant, on a un excès dans la crevasse, d'ions M n+ qui ne peut être compensé que par l'électromigration des ions Cl- (plus nombreux en milieu chloruré et se déplaçant plus rapidement que les ions OH-). Les chlorures métalliques pour la plupart s'hydrolysent :
    c'est en particulier le cas pour les éléments constitutifs des aciers inoxydables et des alliages d'aluminium. L'acidité dans la crevasse augmente (pH 1 - 3) ainsi que la teneur en ions Cl- (jusqu'à plusieurs fois la teneur moyenne de la solution). La réaction de dissolution
    dans la crevasse est alors favorisée et la réaction de réduction de l'oxygène se localise sur les surfaces proches de la crevasse. Le processus "autocatalytique" s'accélère rapidement, même s'il lui a fallu plusieurs jours ou plusieurs semaines pour s'établir et se développer.

    Le cuivre est aussi très sensible à la corrosion caverneuse. Ce type de corrosion se développe souvent sous des dépôts à la surface de tubes d’échangeur en milieu aqueux. Le film d'oxyde Cu2O superficiel responsable de la bonne tenue du cuivre dans l’eau est détruit sous le dépôt et ne le protège plus.

    Les moyens pour combattre cette corrosion sont par exemple d'utiliser des assemblages soudés et non boulonnés ou rivetés, d'utiliser des joints solides et non poreux, de contrôler les installations et de nettoyer fréquemment les surfaces, d'hydrofuger les interstices que l'on ne peut pas supprimer, en particulier graisser les joints ou les plans de joint, etc.

     

     

    Corrosion par piqûres
       
    Corrosion_piqures
    Corrosion par piqûres de type1 du cuivre dans de l'eau froide
     
    Corrosion_piqures
    Corrosion par piqûres sur la paroi d'une cuve en acier inoxydable austénitique Cr18-Ni10
     


    Cette forme de corrosion est particulièrement insidieuse. L'attaque se limite à des piqûres, très localisées et pouvant progresser très rapidement en profondeur, alors que le reste de la surface reste indemne. L'installation peut être perforée en quelques jours sans qu'une perte de poids appréciable de la structure apparaisse.
    Les solutions les plus agressives contiennent des chlorures, bromures, hypochlorites. Les iodures et les fluorures sont beaucoup moins actifs. La présence de sulfures et d'H2S exacerbe les problèmes de corrosion par piqûres en abaissant systématiquement les critères de résistance. La présence d'un cation oxydant (Fe+3, Cu+2, Hg+2,…) permet la formation des piqûres même en absence d'oxygène. L'espèce thiosulfate joue d'ailleurs un rôle apparenté car sa réduction électrochimique conduit à une "sulfuration" des surfaces métalliques exposées.

    Les aciers inoxydables sont particulièrement sensibles à la corrosion par piqûres, mais d'autres métaux comme le fer passif, le chrome, le cobalt, l'aluminium, le cuivre... et leurs alliages y sont aussi sensibles.
    Très souvent, pour les métaux non passivables, on observe un faciès de "tubercules" sous lesquels les piqûres se développent. Les moyens pour réduire cette corrosion sont de choisir le matériau selon les conditions d'emploi, d'éviter les zones stagnantes et les dépôts, d'agir sur le milieu en travaillant aux températures les plus faibles possible ou d'utiliser la protection cathodique.

    Contrairement à la corrosion caverneuse, la piqûre ne présente pas toujours un déterminisme local. Certes, les altérations ou défauts intrinsèques à l'interface métal-solution (par exemple inclusions débouchantes au niveau du film passif pour les aciers inoxydables) constituent souvent des germes de dissolution localisés et ponctuels, mais tous les germes concernés ne sont pas attaqués. Il existe toujours un caractère aléatoire à la stabilisation et au développement de ces germes.

    Il s'établit alors un couple entre les zones discontinues qui vont constituer des petites anodes où a lieu la dissolution du métal et le reste de la surface où se produit la réaction cathodique.

     

    Corrosion intergranulaire
           
    Corrosion_intergranulaire
    Corrosion feuilletante d'une canalisation en alliage d'aluminium véhiculant de l'eau
     


    Dans certaines conditions, les joints de grains sont le siège d'une corrosion localisée très importante alors que le reste du matériau n'est pas attaqué.
    L'alliage se désagrège et perd toutes ses propriétés mécaniques.
    Ce type de corrosion peut être dû soit à la présence d'impuretés dans le joint, soit à l'enrichissement (ou l'appauvrissement) local en l'un des constituants.

    Par exemple, de petites quantités de fer dans l'aluminium (métal dans lequel la solubilité du fer est faible), vont ségréger au niveau des joints de grains et peuvent provoquer la corrosion intergranulaire (La corrosion feuilletante des alliages d'aluminium laminés se développe dans la plupart des cas de façon intergranulaire).
    Mais l'exemple le plus important est lié à la déchromisation aux joints de grains des aciers inoxydables.

     

    Corrosion sélective
       
    Corrosion_selective
    Coupe métallographique montrant une corrosion sélective d'un laiton
     


    Comme son nom l'indique, ce mode de corrosion se traduit par la dissolution sélective de l'un des éléments de l'alliage si celui-ci est homogène, ou de l'une des phases si l'alliage est polyphasé.
    La dézincification (dissolution sélective du zinc) dans un laiton (ex. 70Cu -30Zn) est l'exemple le plus connu.

    Dans ce cas, le laiton se colore en rouge. Il devient poreux (spongieux) et très fragile, sans que les dimensions de la pièce soient modifiées. Pour prévenir ce mode de corrosion, il faut choisir des matériaux plus résistants comme le cupronickel riche en cuivre.

    Autres vocables utilisés : dénickélisation pour les alliages Cu-Ni, désaluminisation pour les bronzes d'aluminium, graphitisation pour les fontes grises, etc.

     

    Corrosion érosion
    /abrasion/cavitation
                     
    Corrosion_erosion
    Corrosion-érosion d'un tube en cuivre véhiculant de l'eau
     
    Corrosion_erosion
    Corrosion cavitation d’une aube de pompe en alliagede nickel Hastelloy C276 en milieu acide chlorhydrique


    Cette corrosion est produite par le mouvement relatif d'un fluide corrosif et d'une surface métallique.
    L'aspect mécanique du mouvement est important et les phénomènes de frottement et d'usure peuvent intervenir. On a apparition de sillons, vallées, surfaces ondulées, trous..., ayant un aspect directionnel caractérisé (queue de comète, sabot d'un cheval...).

    La plupart des métaux et alliages y sont sensibles, en particulier les métaux mous (cuivre, plomb...) ou ceux dont la résistance à la corrosion dépend de l'existence d'un film superficiel (aluminium, aciers inoxydables).

    Les phénomènes de turbulence peuvent détruire les films protecteurs et entraîner des vitesses de corrosion très élevées sur des matériaux, par ailleurs, très résistants en conditions statiques.

    Les moyens pour réduire cette corrosion sont de choisir un matériau plus résistant, d'adapter le dessin de l'installation ou encore d'agir sur le milieu (teneur en oxygène, température, inhibiteurs, etc.).

     

    Corrosion frottement (tribocorrosion)

     
       
    Corrosion_frottement
    Corrosion frottement d'une pièce en acier
     


    La corrosion-frottement concerne les dommages provoqués par la corrosion au niveau du contact de deux surfaces métalliques en mouvement relatif l'une par rapport à l'autre.
    Elle se produit essentiellement lorsque l'interface est soumise à des vibrations (mouvement relatif répété de deux surfaces en contact) et à des charges de compression.
    Ce mouvement relatif peut être très faible ("petits débattements" de l'ordre de quelques micromètres).
    En présence d'un mouvement de frottement continu en milieu corrosif, on utilise de préférence le vocable de tribocorrosion.

    Les moyens de réduire cette corrosion sont :

    • une lubrification par des huiles ou graisses : le frottement est réduit, l'oxygène est exclu de l'interface ;
    • une augmentation de la dureté de deux alliages en contact. Certains couples ont de meilleures aptitudes au frottement que d'autres ; les traitements de durcissement superficiel sont parfois favorables ;
    • un emploi de joints permettant d'absorber les vibrations et d'exclure l'oxygène et/ou l'humidité ;
    • une diminution des charges de frottement dans certains cas. Dans d'autres, au contraire, augmentation de ces charges afin d'atténuer les vibrations ;
    • une modification de l'amplitude du mouvement relatif entre les deux surfaces en contact.

     

    Corrosion sous contrainte mécanique (C.S.C.)
         
    Corrosion_contrainte_mecanique
    Corrosion sous contraintes d'un alliage cuivreux

    Corrosion_contrainte_mecanique
    Stress corrosion cracking in a welded alloy steel structure (stresses induced by welding).


    Ce type de corrosion se définit comme un processus de développement de fissures, pouvant aller jusqu'à la rupture complète de la pièce sous l'action combinée d'une tension mécanique et d'un milieu corrosif.
    Ce sont les contraintes de tension, d'où le nom donné parfois à ce mode de corrosion, qui sont dangereuses ; les contraintes de compression exerçant au contraire une action protectrice.

    La corrosion sous contrainte mécanique (CSC) se produit la plupart du temps dans des milieux peu ou non agressifs à l'égard du métal ou de l'al- liage en l'absence de toute contrainte (par exemple eau et vapeur à haute température pour les aciers inoxydables austénitiques).
    Les pertes en poids sont généralement très faibles et sans commune mesure avec l'ampleur des dégâts. Cette forme de corrosion est de grande importance du point de vue pratique : elle constitue un risque permanent dans de nombreuses installations industrielles, tant sur le plan des incidences économiques que sur les aspects sécuritaires (personnel, fiabilité des équipements, respect de l'environnement).

    On ne connaît pas de classe de métaux ou alliages commerciaux qui y soit rigoureusement insensible. Des matériaux comme le verre, les matières plastiques, le caoutchouc sont aussi sujets, dans certaines conditions, à cette forme d'attaque.
    Les moyens pour réduire cette corrosion sont l'élimination des contraintes résiduelles par traitements thermiques de détente, l'épuration du milieu, l'action sur le matériau ou l'état de surface ou l'application des moyens de protection extérieurs : protection cathodique, inhibiteurs ou revêtements.

     

    Corrosion fatigue
         
    Corrosion_fatigue
    Contrainte appliquée en fonction du nombre de cycles
     


    La corrosion-fatigue se distingue de la CSC par le fait que les contraintes appliquées ne sont plus statiques, mais cycliques (efforts périodiques alternés).
    La teneur en oxygène du milieu, sa température, son acidité, sa composition ont une grande influence sur la sensibilité d'un matériau à ce mode de corrosion.

    Quoiqu'il n'y ait pas de relation directe entre la sensibilité à ce type de corrosion et les caractéristiques mécaniques du matériau, les alliages à haute résistance mécanique sont souvent les plus sensibles.
    La corrosion-fatigue peut être éliminée ou réduite en diminuant les contraintes, soit par un recuit de détente, soit en modifiant la conception de l'appareil, soit enfin par des traitements mécaniques comme le grenaillage (ou microbillage) qui introduisent des contraintes superficielles de compression.

     

    Fragilisation par l'hydrogène
         
    Fragilisation_hydrogene
    Cloquage lié à une surprotection cathodique d’une canalisation pétrole.
     


    La présence d'hydrogène dans un réseau métallique peut entraîner d'importantes détériorations du métal avec chute catastrophique de' ses propriétés mécaniques. Ces atomes d'hydrogène ont pour origine : l'atmosphère environnante, les procédés d'électrolyse et la corrosion électrochimique. Une fois qu'il a pénétré dans le réseau, l'atome d'hydrogène peut provoquer plusieurs types de dégâts :

    • précipitation sous forme d'hydrures : c'est le cas du titane et d'autres métaux très réactifs vis-à-vis de l'hydrogène (Ta, Zr,.V, PCI...).
    • recombinaison sous forme d'hydrogène moléculaire : lorsque le métal présente des défauts macroscopiques ou microscopiques, les atomes d'hydrogène peuvent s'y recombiner. On peut alors atteindre des pressions considérables qui conduisent à des cloques, des boursouflures, des cohésions en "marches d'escalier" ou même des éclatements (hydrogen blistering).
    • fragilisation (hydrogen embrittlement) : par interaction avec les dislocations du réseau, les atomes d'hydrogène entraînent une diminution importante de la capacité de déformation plastique du métal qui devient fragile.
      La rupture différée des aciers en est l'exemple le plus classique.
      Les moyens pour prévenir la fragilisation sont de réduire la vitesse de corrosion, de modifier les conditions d'électrolyse, de changer l'alliage, de souder convenablement, etc.

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