Présentation

Article interactif

1 - ENJEUX INDUSTRIELS ET MÉTHODOLOGIE

2 - CORROSION PAR LES GAZ CHAUDS

3 - CORROSION EN PRÉSENCE DE LIQUIDES

4 - CONCLUSION

Article de référence | Réf : COR401 v1

Corrosion en présence de liquides
Corrosion des céramiques

Auteur(s) : Jacques POIRIER, Pierre LEFORT, Stéphane VALETTE

Relu et validé le 02 sept. 2020

Pour explorer cet article
Télécharger l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !

Sommaire

Présentation

RÉSUMÉ

Même si les céramiques sont connues pour résister beaucoup mieux à la corrosion que la plupart des métaux, cette problématique est de plus en plus prégnante. Il existe deux formes de corrosion bien distinctes : celle par les gaz chauds et celle par les métaux, sels ou oxydes fondus. Les modélisations thermodynamiques, communes à toutes les sortes de réactivités impliquant des solides, sont ensuite présentées. Mais, il est montré que la thermodynamique est loin de pouvoir se substituer aux études pratiques, cinétiques, de mouillage, etc. Rien ne peut donc remplace une étude de chaque couple céramique/environnement en fonction des applications visées.

Lire cet article issu d'une ressource documentaire complète, actualisée et validée par des comités scientifiques.

Lire l’article

ABSTRACT

Corrosion of ceramics

Even though ceramics are known to resist corrosion far better than most other metals, the problem is becoming more and more prevalent. There are two distinct forms of corrosion: corrosion by hot gases, and molten metal, salt or oxide corrosion. Thermodynamic modeling, common to all kinds of reactivity involving solids, is subsequently presented. However, it is shown that thermodynamics is far from being a substitute for practical studies, kinetics, wetting, etc... Nothing can therefore replace a study of each ceramic/environment pairing based on the target applications.

Auteur(s)

INTRODUCTION

La corrosion est l'altération d'un matériau causée par des interactions physico-chimiques avec son environnement. Il s'ensuit une dégradation de[nbsp ]ses propriétés d'usage devant conduire, à terme, à son remplacement. La corrosion se distingue de l'usure, conséquence de sollicitations mécaniques, ainsi que du vieillissement qui est l'évolution spontanée des matériaux en l'absence d'intervention de facteurs externes, c'est-à-dire sous le seul effet du temps : réticulation de polymères, cristallisation de verres...

La corrosion est considérée comme la principale cause de destruction des appareillages et des installations. Son coût économique est considérable. Il a été estimé à plus de 2 % du produit mondial, soit plus de 1 000 milliards d'euros par an. En fait, l'essentiel de ces pertes est dû à la corrosion aqueuse des métaux et alliages, qui a fait l'objet de plusieurs dossiers Techniques de l'Ingénieur [K 830] [COR 15] : elle concerne notamment les réactions qui se produisent à température ambiante sous les effets conjugués de l'oxygène (de l'air) et de l'eau, éventuellement chargée de sels (milieux marins en particulier).

La plupart des céramiques sont très peu sensibles à la corrosion aqueuse, mais, tout comme les métaux placés à des températures d'usage élevées, les céramiques chauffées sont soumises à des dégradations chimiques causées par leur environnement, qui peuvent être importantes, voire rapidement catastrophiques. Concernant les métaux, la corrosion à température élevée par les gaz chauds (aussi appelée « corrosion sèche ») a fait l'objet de deux dossiers Techniques de l'Ingénieur [M 4 220] [M 4 228]. De façon analogue, l'objectif du présent dossier est de faire un point synthétique des connaissances sur le comportement des céramiques placées à haute température dans des milieux hostiles susceptibles de les dégrader. On entend par « environnements hostiles » d'une part, certains gaz chauds (très souvent l'oxygène de l'air) et d'autre part, des liquides : métaux, sels ou oxydes fondus. Le mode de dégradation diffère très sensiblement dans ces deux sortes de milieux, et cela justifie leur traitement séparé dans la suite de ce dossier.

De façon pratique, la corrosion des céramiques est un problème auquel sont confrontés de nombreux ingénieurs qui cherchent à fabriquer des produits à durée de vie la plus longue possible, et au meilleur coût. En production par exemple, la corrosion pèse sur les coûts au travers de la part «investissement» qui est l'une des composantes de leur prix de revient final : le coût des investissements répercuté sur le prix des productions est d'autant plus faible que la durée de vie du dispositif de production est plus longue. Cela conduit l'ingénieur à rechercher des matériaux ayant une sensibilité à la corrosion la plus faible possible. Pour les céramiques, l'échelle de temps est extrêmement large : la durée de vie d'un poussoir de tuyère de réacteur de fusée ou de missile s'évalue en minutes, tandis que celle des réfractaires en verrerie ou sidérurgie (hauts fourneaux) se mesure souvent en décennies.

Au vu de ces deux exemples, le lecteur peut imaginer la très grande variété des usages des matériaux céramiques concernés par la corrosion, et, naturellement, la très grande gamme de composition de ces solides (oxydes, carbures, nitrures, borures...), produits massifs ou revêtements.

Heureusement, la problématique se simplifie car, quelles que soient l'échelle du temps et la nature des matériaux céramiques, les mécanismes réactionnels de la corrosion sont relativement semblables et en nombre limité. L'ingénieur qui connaît bien ces mécanismes au plan théorique est donc à même de résoudre plus facilement les cas concrets qui se présentent à lui. C'est dans cette logique que l'on s'attache, dans la suite de ce dossier, à présenter les principaux concepts théoriques associés à la corrosion des céramiques, en les illustrant autant que possible d'exemples précis.

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 94% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-cor401


Cet article fait partie de l’offre

Verres et céramiques

(64 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS

Lecture en cours
Présentation

3. Corrosion en présence de liquides

Pour être agressif vis-à-vis d'une céramique, un liquide doit pouvoir entrer en contact étroit avec celle-ci. Ce contact est défini par la mouillabilité. Mais l'agression de la céramique ne se limite pas à sa surface. Si le liquide corrosif pénètre dans la porosité, l'agression peut se poursuivre dans le volume de la céramique. L'étude de la corrosion des céramiques par les liquides résulte alors de multiples interactions :

  • transport des liquides dans la porosité ouverte ;

  • réactions thermochimiques qui se produisent lors de l'imprégnation des liquides et formation de nouvelles phases ;

  • effets de ces transformations chimiques et structurales sur les propriétés thermomécaniques des céramiques.

En général, les métaux liquides sont peu agressifs vis-à-vis des céramiques, les oxydes liquides et les sels fondus le sont plus.

3.1 Mécanismes de transport

À l'exception des électrofondues, les céramiques présentent une porosité ouverte qui autorise leur imprégnation par les liquides.

Des phénomènes multiples de dynamique des fluides et de réactivité chimique interviennent lors de l'imprégnation et entrent pour certains en compétition :

  • la dissolution superficielle de la céramique, dont la vitesse est limitée par la diffusion des composants solubles de la céramique vers le bain en mouvement. Une couche limite de diffusion se crée, à travers laquelle s'établit un gradient de concentration chimique des composants dissous ;

  • l'avancement du liquide par capillarité ;

  • l'évolution de la composition, de la viscosité et des paramètres de mouillage du liquide qui réagit avec la céramique.

La microstructure d'une céramique à haute teneur en alumine (constituée d'andalousite) corrodée par les oxydes liquides du diagramme CaO-Al2O3 illustre ces phénomènes à la figure 13.

Plusieurs zones successives sont observées :

  • une zone de laitier constituée uniquement d'oxydes liquides ;

  • une zone de précipitation formée de couches minérales : corindon/hexa-aluminate de calcium CaO-6Al2O3/dialuminate de calcium CaO-2Al2O3  . Cette succession de couches...

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 95% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

TEST DE VALIDATION ET CERTIFICATION CerT.I. :

Cet article vous permet de préparer une certification CerT.I.

Le test de validation des connaissances pour obtenir cette certification de Techniques de l’Ingénieur est disponible dans le module CerT.I.

Obtenez CerT.I., la certification
de Techniques de l’Ingénieur !
Acheter le module

Cet article fait partie de l’offre

Verres et céramiques

(64 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS

Lecture en cours
Corrosion en présence de liquides
Sommaire
Sommaire

BIBLIOGRAPHIE

  • (1) -   *  -  http://www.thermocalc.com

  • (2) -   *  -  http://ttwinner.free.fr/

  • (3) -   *  -  http://www.factsage.com

  • (4) - POIRIER (J.), PROVOST (G.), RIGAUD (M.) -   La revue de métallurgie.  -  CIT, 2, p. 179 (1991).

  • (5) - POIRIER (J.) -   *  -  Ann. Chim. Sci. Mat., 33, p. 203 (2008).

  • (6) - DESMAISON (J.), LEFORT (P.), BILLY (M.) -   *  -  Oxid. Met., 13, p. 505 (1979).

  • (7) - HEUER (A.H.), LOU (V.L.K.) -   *  -  J. Am. Ceram. Soc., 73, p. 2785 (1990).

  • ...

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 92% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

Cet article fait partie de l’offre

Verres et céramiques

(64 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS

Sommaire

QUIZ ET TEST DE VALIDATION PRÉSENTS DANS CET ARTICLE

1/ Quiz d'entraînement

Entraînez vous autant que vous le voulez avec les quiz d'entraînement.

2/ Test de validation

Lorsque vous êtes prêt, vous passez le test de validation. Vous avez deux passages possibles dans un laps de temps de 30 jours.

Entre les deux essais, vous pouvez consulter l’article et réutiliser les quiz d'entraînement pour progresser. L’attestation vous est délivrée pour un score minimum de 70 %.


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

Cet article fait partie de l’offre

Verres et céramiques

(64 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS