COURS CORROSION

LES DIFFERENTES FORMES DE CORROSION AU TRAVERS DE

L’EXPERTISE D’AVARIE

⇒⇒⇒⇒ Différentes FORMES et APPARENCES

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

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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.

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LES DIFFERENTES FORMES (OU MODES) DE CORROSION :

LA CORROSION LOCALISEE :

• Sanodique << Scathodique

� Attaque localisée (voire quasi-ponctuelle)

• Corrosion plus dangereuse car difficilement prévisible

� Corrosion par piqûres

� Corrosion caverneuse

� Corrosion sous contrainte

� Fatigue-corrosion

� Corrosion galvanique

� Corrosion sélective

� Corrosion intergranulaire

� Corrosion bactérienne

� Corrosion érosion

� Corrosion cavitation

� Fretting corrosion

� Corrosion haute température

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LES DIFFERENTES FORMES DE CORROSION LOCALISEE :

FORMES DE CORROSION FONCTION

Matériaux

Type de matériauMode d’élaboration Type de traitement

Milieu

Type de milieuComposition, expositionT°, pH, O2, agitation,..

Géométrie des piècesType d’assemblage

Conception

Surface

État de surfacePréparation de surface

Condition de service

Période d’arrêtFréquence maintenance

Mise en oeuvre

SoudageHuile de lubrificationPeinture

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FACTEURS INFLUENCANT LES FORMES DE CORROSION :

≠≠≠≠ TYPES DE MATERIAUX

Matériaux minéraux

Matériaux composites

Matériaux métalliques

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LES PRINCIPAUX TYPES DE MATERIAUX :

Matériaux organiques

Les peintures et vernis

Les revêtements polymères

Les revêtements bitumeux

� Les thermoplastes (PE, PP, PVC, PTFE,…)

� Les caoutchoucs (naturel ou synthétiques)

� Les thermodurcissables (PU, époxydes, polyesters,…)

Les céramiques 3 états possibles

� L’immunité

� La passivité

� L’activité

Béton

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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,…)

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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.

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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

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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 quasi-uniformément sur toute la surface du métal

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PRESENTATION DES DIFFERENTES FORMES DE CORROSION

EXEMPLE

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CORROSION GENERALISEE OU UNIFORME

Non résistant>1

Peu résistant0,5 à 1

Résistant<0,5

Très résistant<0,05

Résistance à la corrosion

Vitesse de corrosionmm/an

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

Définition:

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LA CORROSION ATMOSPHERIQUE :

Cas de corrosion généralisée le plus fréquemment rencontré

Facteurs déterminants :

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.

� 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)

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� 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

Prévention de la corrosion généralisée :

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LA CORROSION GALVANIQUE :

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.

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.

Tuyauterie cuivre

Brasure laiton

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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 passon 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

2 – Les différents facteurs affectant la corrosion galvanique:

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LES DIFFERENTS FACTEURS

Paramètres liés aux matériaux

Nature et composition des alliagesImpuretés (inclusions)Présence de produits de corrosion

Composition, impuretés, hétérogénéité,Résistivité, température, volumeDébit, agitation, teneur en O2, pH,..

Paramètres liés au milieu

Paramètres liés à l’interface

Potentiels d’électrodeCinétique de réaction (mode de polarisation)

Paramètres liés à la géométrie

Du couple: rapport de surface A/CDe la jonction: écartement, résistance de contact

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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).

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b) La conductivité du milieu :

3 – Les facteurs importants (suite) :

La conductivité du milieu corrosif conditionne la localisation des dégradations. La corrosion galvanique peut se produire dans les milieux trèsrésistants, mais elle est dans ce cas localisée aux zones de contact entre les deux métaux.

Inversement l’attaque est moins localisée en milieu conducteur.

Matériau cuivreux fer

Ligne de courant

Eau douce (milieu résistif)

Matériau cuivreux fer

Eau de mer (milieu conducteur)

Ligne de courant

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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:

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1) Les revêtements nobles ou cathodiques par rapport au métal de base.

2) Les revêtements « sacrificiels » ou anodiques par rapport au métal de base.

QUI PROTEGE QUI?

Potentiel de dissolution* en Volt* Dans une solution de chlorure de sodium à 3%

Fer

(-0.70)

Magnésium

-1.63

Zinc

-0.975

Aluminium

-0.785

Plom

b-0.535

Étain

-0.425

Nicke

l-0.292

Cuivre

-0.230

Or

+0.22

METAUX ANODIQUES PAR

RAPPORT AU FER

METAUX CATHODIQUES

PAR RAPPORT AU FER

Chr

ome

-0.480

Les deux grandes classes de revêtements métalliques:

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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

Cas des revêtements CATHODIQUES :

Acier

Revêtement cathodique

Tuyauterie en ACIER

Couplage galvanique entre l’acier et le revêtement en

présence de produits de combustion soufrés (milieu très

oxydant)

Revêtement Al-Si d’épaisseur

hétérogène 20µm présentant des discontinuités

Anode

Cathode

SAnodique

SCathodique

Rapport SA/SCTrès défavorable

Densité locale de courant ~ plusieurs A/cm²

e-e-

Exemple de corrosion galvanique de revêtement cathodique :

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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.

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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

Substrat = Acier = CATHODE

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

Corrosion généralisée se traduisant par la présence de rouille blanche

(oxyde de zinc) après 360h d’essai au brouillard salin

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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 àl’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.

Conséquence :

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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.

Corrosion localisée de l’intérieur de canalisation en acier

galvanisé par de l’eau chaude sanitaire (θθθθ > 50-55°C) Micrographie réalisée au travers d’une cupule d’oxyde

Pustules d’oxyde

Revêtement de zinc

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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).

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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.

� Réduire l’agressivité du milieu (limiter les T°, addition d’inhibiteurs…)

Toutefois ce type de tresse (mise à la terre de conduite) peut, dans certains cas, s’avérer nécessaire en présence de courants vagabonds

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.

ATTENTION :