Corrosion du nickel due à la pollution atmosphérique

¹ Laboratoire de Chimie des Solides associé au Ceri, Faculté des Sciences, BP 6759, 45067 Orléans, France ;
² Centre d’Etudes et de Recherches par Irradiation Ceri, 3A, rue de la Férollerie, 45071 Orléans Cedex 2, France.

Résumé

Une étude qualitative et quantitative de la corrosion de différentes surfaces de nickel, en présence de gaz polluants habituellement mis en cause lorsque l’on parle de ”corrosion atmosphérique”, à savoir H₂S, SO₂, NO₂ et Cl₂, a été effectuée.

Les échantillons étudiés sont du nickel massif de haute pureté ou deux dépôts électrochimiques de nickel sur un substrat laiton obtenus dans des bains de différentes compositions.

Les essais de corrosion ont été conduits avec de l’air synthétique sec ou humide contenant un ou plusieurs gaz cités précédemment à faible concentration (inférieure à 1 vpm). La température de contamination a été fixée pour toutes les expériences à 25° C.

Dans tous les cas, la corrosion du nickel se traduit par l’apparition de germes.

Pour un taux d’humidité de 75 %, taux habituellement utilisé dans les tests de corrosion, SO₂ à une concentration de 0,6 vpm et le mélange SO₂ (0,6 vpm) + H₂S (0,1 vpm) n’attaquent pratiquement pas le nickel quel que soit son mode d’obtention.

Le dioxyde d’azote (NO₂) toujours à la concentration de 0,6 vpm, l’attaque de façon modérée.

Pour des taux d’humidité très élevés (> 90 %), la contamination du nickel en présence de SO₂ (0,6 vpm) ou du mélange SO₂ (0,6 vpm)+ H₂S (0,1 vpm) devient très rapide.

Pour un taux d’humidité de 75 %, le mélange NO₂(0,2 vpm) + SO₂(0,2 vpm) est fortement corrosif, l’addition de H₂S (0,1 et 0,2 vpm) à ce mélange entraîne un ralentissement de la cinétique de corrosion, alors que celle de Cl₂ en faible quantité (0,01 vpm) à un effet accélérateur. Pour le mélange NO₂+SO₂, l’addition de NO₂ provoque la fixation de sulfate, de même l’addition de chlore à ce mélange se traduit non pas par la fixation de chlore, mais par celle de sulfate en quantité plus importante.

Les produits formés sont constitués très probablement d’un film liquide plus ou moins épais, de chlorure, de sulfate, de nitrate de nickel fortement hydratés ainsi que d’hydroxyde dans des proportions dépendant de la nature et de la concentration des espèces gazeuses en présence. L’analyse de ces produits n’a pas pu être effectuée complètement car les techniques généralement utilisées au laboratoire n’ont pu apporter que des informations très incomplètes (diffractométrie X, ESCA, MEB, réduction électrochimique, microsonde électronique avec analyse des éléments légers).

Cependant la chromatographie ionique récemment installée nous permettra d’une part de mieux contrôler les espèces gazeuses présentes et d’autre part conjuguée à la microgravimétrie et à l’absorption atomique d’identifier toutes les espèces présentes sur les échantillons après corrosion et de connaître leur proportion en fonction des conditions expérimentales.

Cette meilleure connaissance de la phase gazeuse et des produits formés devrait nous permettre de mieux comprendre les mécanismes de la corrosion qui sont complexes puisqu’ils font intervenir des équilibres en phase gazeuse, en phase liquide et en phase solide.

Abstract

The contamination of different surfaces of nickel by dry or humid air containing small concentrations (< 1 vpm) of atmospheric pollutants (H₂S, SO₂, NO₂ and Cl₂) was realized at 25° C.

The samples were either massive nickel of high purity or electrochemical coatings of nickel on a brass substrate.

The kinetic of contamination is performed by microgravimetry. The observation and analysis of corrosion products are realized by metallography, scanning electron microscopy, profilometry and electron spectroscopy for chemical analysis.

During the corrosion of the nickel there is always formation of nuclei.

In dry air, with each pollutant, the reactivity of different nickel is very weak.

When the humidity ratio is 75% (ratio generally used in corrosion tests)

-SO₂ at a concentration of 0.6 vpm and the mixture SO₂ (0.6 vpm) + H₂S (0.1 vpm) have pratically no action on the different nickel surfaces.

-Nitrogen dioxide, NO₂ (0.6 vpm) corrodes the nickel moderately.

When the humidity ratio is high (90%), the corrosion of nickel is very quick in air containing SO₂ and SO₂ + H₂S.

When the humidity ratio is 75%, the mixture NO₂(0.2 vpm) + SO₂(0.2 vpm) is strongly corrosive, the effect of the addition of H₂S (0.1 and 0.2vpm) is a decrease of the corrosion kinetics, whereas the addition of a weak quantity of Cl₂ (0.01 vpm) has an accelerating effect. The consequence of the addition of NO₂ and/or Cl₂ does not induce the apparition of a great quantity of nitrate and/or chloride but induces sulfate deposition.