Dépôt de cuivre et de nickel 2/3 - Recherche sur la corrosion et protection contre la corrosion

Bâtiments, ponts et monuments

La corrosion est la destruction des matériaux par des réactions chimiques avec l'environnement. C'est un facteur de coût important. Le remplacement des matériaux corrodés dans les bâtiments, les ponts ou les monuments et la peinture ou la galvanisation des éléments de construction représentent un investissement considérable dans l'entretien. 

L'étude "Corrosion Costs and Preventive Strategies in the United States" (Coûts de la corrosion et stratégies de prévention aux États-Unis) a montré qu'en 1998, la corrosion a coûté 276milliards de dollars aux États-Unis, soit environ 3,2 % du produit intérieur brut américain [1]. Cela représente environ 3,2 % du produit intérieur brut des États-Unis [1]. La peinture de la tour Eiffel coûte environ 4millions d'euros tous les 7 ans [2]. Sans une couche de peinture appropriée et fermée, ce monument deviendrait instable et s'effondrerait.

Par conséquent, l'un des domaines les plus importants de la recherche électrochimique est la corrosion. De nombreuses entreprises financent la recherche universitaire afin d'étudier le mécanisme des processus corrosifs et de créer de nouvelles méthodes de protection contre la corrosion. Les entreprises vérifient les capacités de protection contre la corrosion des peintures et des lubrifiants et développent de nouvelles méthodes pour créer des revêtements ou des environnements non corrosifs pour les machines, par exemple en inondant d'huile l'ensemble des engrenages. 

D'un point de vue chimique, la protection par les peintures ordinaires est facile à comprendre. La peinture est généralement un mélange de polymère, de pigments de couleur et de divers additifs destinés à ajuster les propriétés physiques de la peinture. Par exemple, ces additifs créent des surfaces lisses ou rugueuses ou assurent une protection contre les rayons UV. La peinture est généralement dispersée ou dissoute dans un solvant (eau ou solvant organique). Le solvant s'évapore après l'application de la peinture et un polymère contenant les additifs et les pigments reste sur la surface peinte.

Il en résulte une barrière physique entre la surface et son environnement. Cette barrière protège la surface de la corrosion. Une fissure dans la couche de peinture permet l'accès à la surface et la corrosion peut se produire. 

Opportunités pour l'électrochimie dans la recherche sur la corrosion

Ici déjà, l'électrochimie peut aider à améliorerela couche de protection. Les peintures par électrodéposition sont des peintures rendues insolubles par une réaction électrochimique. Une pièce conductrice est plongée dans le bain de peinture et un potentiel est appliqué. L'application d'un potentiel permet d'obtenir un résultat satisfaisant.ecréerdLa réaction à proximité de la surface de la pièce rendra la peinture insoluble et une couche de peinture se déposera sur la surface du métal. Toutes les parties conductrices seront recouvertes de peinture,même dans les endroits habituellement difficiles d'accès.

Si la peinture forme une couche isolante, la réaction s'arrêtera d'elle-même en bloquant complètement la surface conductrice.;seulement la quantité de peinture nécessaireserautilisées. Ces peintures ont des mécanismes différents.

La plus courante est la neutralisation des charges. Les polymères contenus dans les peintures comportent des groupes fonctionnels chargés. Ces groupes les rendent solubles dans l'eau. Ces groupes peuvent être des acides déprotonés ou des bases protonées.À titre d'illustrationnous supposons un polymère avec des groupes carboxyliques déprotonés (COO–). En raison de sa charge négative, elle migre vers l'électrode chargée positivement, l'anode. Le potentiel à l'anode est suffisamment élevépourl'eauàdiviser uns suit: 

La forte concentration de H+qui implique une faible valeur de pH, à proximité de l'anode conduit à une protonation du COO–groupes.

En conséquence, le polymère'sGroupes COOHn'ont pas de chargeetle polymère n'est passoluble dans l'eau. Le polymère précipite sur l'anode (voirFigure 1.1). Une fois le dépôt terminé, l'excédent de peinture est rincé et la couche de peinture est durcie. Cela signifie que la peinture est chauffée, afin qu'elle puisse s'écouler et former une surface uniforme. 

La protection contre la corrosion est d'autant plus facile que le métal lui-même forme une couche protectrice. Les couches d'oxyde d'aluminium sur l'aluminium sont impénétrables pour l'oxygène et protègent donc la couche d'aluminium sous-jacente. L'avantage est que les parties endommagées de la couche sont remplacées par l'aluminium lui-même. L'épaisseur de la couche peut être augmentée par voie électrochimique, ce qui permet d'améliorer la protection. 

Protection contre la corrosion : revêtements actifs

Jusqu'à présent, les revêtements mentionnés étaient des revêtements passifs. Les revêtements actifs peuvent être créés en recouvrant des métaux avec des métaux. Cela se fait généralement en plongeant le métal à protéger dans une solution contenant un sel du métal de revêtement. Un potentiel est appliqué entre le métal à protéger et une électrode fabriquée à partir du métal de revêtement.

Un potentiel négatif est appliqué au métal central et tous les ions métalliques positifs (cations) migrent vers le métal central qui agit comme cathode, l'électrode où la réduction a lieu, et les ions sont réduits en métal élémentaire à la cathode. L'autre électrode oxyde son propre métal et le libère sous forme d'ions dans la solution. Cette électrode est appelée anode, l'électrode où se produit l'oxydation (voir Figure 1.2). 

Revêtement avec des métaux nobles

Grâce à la connaissance de la série électrochimique, il est possible de prédire si un certain métal est plus noble qu'un autre et donc de prévoir son comportement en contact avec lui. Les métaux nobles sont utiles pour créer un revêtement inerte à la corrosion, mais si le revêtement est endommagé et que le métal moins noble est exposé, un élément local est créé. Le métal noble du revêtement prend les électrons du métal central moins noble, ce qui a pour effet d'augmenter la vitesse de la corrosion au lieu de la ralentir. L'acier revêtu de chrome en est un exemple. 

Si le revêtement est endommagé et que le métal central est exposé, le revêtement agira comme une anode sacrificielle. Le métal noble du noyau drainera les électrons du revêtement moins noble et le noyau se réduira, tandis que le revêtement s'oxydera. L'acier zingué en est un exemple. 

Il existe d'autres moyens de protéger un produit contre la corrosion, mais dans le cadre de cette expérience, la connaissance de ces méthodes les plus importantes suffira. 

Littérature

[1] Gerhardus H. Koch, Michiel P. H.Brongers, Neil G. Thompson, Y. Paul Virmani et Joe H. Payer. Corrosion Costs and Preventive Strategies in the United States - rapport de CC Technologies Laboratories, Inc. à la Federal Highway Administration (FHWA), septembre 2001.

[2] http://www.toureiffel.paris/en/everything-about-the-tower/themed-files/97.html.