Examen 3 Flashcards
Expliquez les différents types des inhibiteurs anodiques ainsi que précisez l’effet de la concentration des inhibiteurs oxydants d’action anodique comme le nitrite ou le chromate sur la réaction cathodique et la passivation du fer
Les inhibiteurs d’action anodique, généralement des anions, migrent vers les sites anodiques et, généralement avec l’aide de l’oxygène, passivent ces surfaces lorsque les conditions sont favorables. Les inhibiteurs non oxydants sont efficaces seulement en présence d’oxygène. Un nombre important de ces inhibiteurs sont inorganiques tels que silicates (SiO4-), nitrites (NiO2-) et chromates (CrO42-).
Pour obtenir une inhibition optimale, la concentration de la substance passivante doit dépasser une certaine valeur critique. En dessous de cette concentration, les substances passivantes se comportent come des dépolarisants actifs et augmentent la vitesse de corrosion en des points précis provoquant la corrosion localisée ou la piqûration.
Les chromates, sont considérés comme des inhibiteurs d’action anodique, aussi, dans certaines conditions, ont une action d’inhibition cathodique. Les concentrations du chromate ajouté sous forme de CrO3 examinées sont entre 3x10-5 et 3x10-1 M. En effet, il a été démontré que l’influence de HCrO4 est plutôt cathodique tandis que Cr2O72- est surtout anodique. En milieu acide, il parait que les proportions CrO3/H2SO4 entre 5 et 10 sont critiques pour l’inhibition et la passivation en milieu acide.
Expliquez le rôle de sulfite de sodium (Na2SO3) et de l’hydrazine (NH2NH2) comme inhibiteur de corrosion dans un circuit fermé de l’eau de refroidissement à la température ambiante et schématisez l’influence de ce type d’inhibiteur sur le diagramme d’Evans en présence d’une quantité suffisante de l’inhibiteur et en absence de l’inhibiteur
Les inhibiteurs de la classe B ont plutôt un effet sur le milieu. On retrouve dans cette catégorie le sulfite de sodium et l’hydazine qui agissent en éliminant l’oxygène dissout :
2Na2SO3 + O2 -> 2Na2SO4
N2H4 + O2 -> N2 + 2H2O
Cela défavorise la réaction cathodique en présence d’oxygène qui est plus exothermique que celle sans oxygène.
½ O2+ 2H+ + 2e- -> H2O
Indiquez vos recommandations et expliquez le(s) mécanisme(s) de protection du système suggéré : « La protection cathodique de la surface intérieure d’un chauffe-eau domiciliaire est effectuée couramment par une anode de magnésium plutôt que le zinc et qu’un revêtement pour la paroi intérieure comme le verre ou autre est indispensable ».
L’eau des domiciles est plutôt résistive. L’anode de magnésium est donc meilleur dans ce milieu puisqu’elle est plus active que celle de zinc. En effet, le magnésium est moins noble que l’acier (La cathode) se sacrifie dans ce milieu et préserve les parois du réservoir.
Le zinc est utilisé comme anode sacrificielle surtout en eau marine. Il est spécialement utilisé pour les bateaux qui voyagent en mer et pour la plupart des structures qui sont en milieu marin. Le poids du zinc est un avantage pour les pipelines sous-marins.
Donnez les réactions cathodiques et anodiques possibles et dominantes d’une surface extérieure d’un acier d’une canalisation immergé dans une solution corrosive acide et saturée avec l’oxygène. Calculez le potentiel thermodynamique minimal de protection cathodique du fer auquel l’acier doit être polarisé dans ce milieu avec Fe2+=10-2 M à 25ºC et pression atmosphérique. Commentez aussi celui que l’ingénieur doit considérer en pratique.
Anode: Fe –> Fe 2+ + 2e- E0= 0,44V
Cathode: ½ O2+2 H+ + 2e- H20 E0=1,23V
Ea= 0,44- (8,314298 / 296500) ln(10-2) = 0,499 V
Ec =1,23 – (8,314298 / 296500) ln (1/aH+)= 1.053 V
Si on considère un pH de 6.
FEM= Ea + Ec
FEM = 0,499 + 1,053 = 1,552 V
Avec le potentiel minimum de protection cathodique pour inverser la pile est 1,552 V dans ces conditions. L’ingénieur doit considérer un potentiel plus élevé qui considère les surtensions.
Mentionnez brièvement les quatre étapes de la phosphatation cristalline en décrivant les réactions chimique et électrochimique, ainsi qu’en donnant un diagramme montrant l’évolution du potentiel sous un potentiel imposé de 350 mV/cm2 durant la phosphatation avec les différentes étapes de la phosphatation
1 - Attaque électrochimique de l’acier
À l’immersion dans le bain de phosphate, le potentiel de dissolution de l’acier devient moins noble. On a alors une dissolution de l’oxyde métallique et surtout du métal
2H3PO4 + MeO -> Me(H2PO4)2 + H2O
et surtout 2H3PO4 + Me -> Me(H2PO4)2 + H2
2- Précipitation amorphe
L’état de l’équilibre entre le bain et la surface métallique est alors perturbé. Il se produit une précipitation amorphe des phosphates.
3Me(H2PO4)2 —> Me3(PO4)2 + 4H3PO4
L’acide phosphorique produit fait augmenter le pH et il y a une attaque du précipité. Ce phénomène se caractérise plus ou moins par la quantité de métal phosphate précipité.
3- Cristallisation et croissance
La quantité d’hopéite (le principal constituent des couches de phosphate de zinc) augmente dans la couche, il y a alors cristallisation et croissance. Le potentiel au début de cette étape présenté au plateau à cause de l’équilibre entre la vitesse d’attaque et d’homogénéisation du bain.
4- Recristallisation
Le pH change beaucoup ce qui engendre une dissolution des phosphates, mais ceux-ci reprécipitent aussi tôt. Il y a alors recristallisation et une diminution importante de la porosité.
Expliquez le procédé de la phosphatation passivant et décrivez la composition des couches formées ainsi que les avantages et désavantages de ce procédé.
Ce procédé est effectué avec des ortho, pyro et poly phosphates de métaux alcalins et de l’ammonium à un pH entre 4 et 6,5 à une temperature de 40-80 0C
1- Oxydation de la surface
La couche pour du fer se compose de FeO, Fe2O3 et FeO-OH. Elle est la base pour la croissance du revêtement.
2- Phosphatation de la surface
2H2PO4- + 3FeO—> Fe3(PO4)2 + H2O + 2OH- (compose la couche phosphate)
3- Neutralisation progressive
H2PO4- + OH- HPO42- + H2O (Consomme l’hydrogène) (Produit des phosphates secondaires)
4- Rinçage et séchage
Un rinçage permet d’éliminer les sels solubles et empêcher le cloquage et le séchage transforme la surface oxydée en plus de la déshydrater.
L’avantage de ce procédé est d’offrir une inhibition en appliquant un revêtement qui est adsorbé. Un désavantage est la complexité de son application (conditions d’application, installation, substance à se procurer).
Expliquez l’usage courant et l’intérêt d’une anode de magnésium pour la protection cathodique d’un chauffe-eau domiciliaire et dites pourquoi le magnésium est plus avantageux que le zinc? Expliquez aussi l’intérêt d’avoir dans ce cas un revêtement sur la paroi intérieure de la chaudière.
L’eau des domiciles est plutôt résistive. L’anode de magnésium est donc meilleur dans ce milieu puisqu’elle est plus active que celle de zinc. En effet, le magnésium est moins noble que l’acier (La cathode) se sacrifie dans ce milieu et préserve les parois du réservoir.
Le zinc est utilisé comme anode sacrificielle surtout en eau marine. Il est spécialement utilisé pour les bateaux qui voyagent en mer et pour la plupart des structures qui sont en milieu marin. Le poids du zinc est un avantage pour les pipelines sous-marins.
« Les revêtements organiques, dépendamment des additifs qu’ils contiennent, protègent les surfaces métalliques selon quelques mécanismes principaux. » Nommez ces derniers, expliquez-les et donnez quelques exemples.
1- Barrière physique
Les revêtements bloquent le passage des réactifs tels que l’eau l’O2 et les ions
2- Action inhibitive
Les pigments ajoutés sont des inhibiteurs qui augmente la force de la barrière. Par exemple, des inhibiteurs contiennent les atomes N, S et O qui s’adsorbent à la surface métallique et la passive. Un exemple plus précis sont les hydrocarbures dont la tête s’adsorbe à la surface et la queue hydrophobe repasse l’eau et les ions.
3- Protection cathodique
Si les pigments sont des métaux moins nobles que le métal à protéger, ils seront consommés avant ce dernier. Par exemple, on ajoute de la poudre de zinc dans la peinture des coques de bateau pour protéger l’acier exposé par les défauts de la peinture.
Décrivez les points faibles dans la conception du réservoir illustré. Schématisez et donnez les avantages d’une conception acceptable, préférable et idéale pour améliorer la résistance à la corrosion de ce réservoir.
Il peut y avoir une accumulation d’humidité et une concentration des ions. On crée ainsi une pile d’aération différentielle et on engendre la corrosion par crevasse.
Voici 3 réservoir qui sont acceptable, préférable et idéale! Ils ont une meilleure conception pour vider complètement l’eau. De plus, le réservoir idéal permet d’éviter toute accumulation d’humidité dans les coin en dessous du réservoir.
