Réactivité de l'oxyde d'aluminium

[invited6ba0844]

Bonsoir à tous,

J'aurai besoin d'aide au sujet de la justification de l'absence de réaction avec l'air par le saphir/oxyde d'aluminium. J'ai vu que l'aluminium est inoxydable grâce à justement la formation d'oxyde d'aluminium qui lui crée une couche protectrice ( phénomène de passivation ) mais pourquoi cette oxyde d'aluminium ne réagit-elle pas en plus avec l'air par la suite ? Je voulais le justifier avec les diagramme E-pH pour montrer que l'oxyde d'aluminium est stable dans l'air cependant ces derniers ne marchent que pour des solutions non ? Or ici je suis en oxydation sèche, à moins que la présence d'eau liquide est là aussi nécessaire comme pour l'oxydation du Fer !
( Je précise que je suis étudiant en physique donc n'hésitez pas à dire s'il y a des incohérences de raisonnement ! )

Merci d'avance,

Bonne soirée
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[gts2]

Bonjour,

Quel pourrait bien être la réaction d'oxydation de l'oxyde ? Al₂O₃ + O₂ -> ?
C'est un peu comme si vous demandiez pourquoi l'eau ne réagit pas avec l'air.
Avec votre diagramme E-pH, il y a quoi comme espèce au-dessus de Al₂O₃ / Al(OH)₃ ?

[invited6ba0844]

Bonjour,

Je suis d'accord qu'intuitivement je ne trouvais pas d'idée de réaction et oui en effet dans le diagramme E-pH de l'aluminium il n'y a aucune espèce au dessus dans le domaine de . Mais de manière plus générale l'utilisation du diagramme E-pH est tout de même possible ici pour justifier une oxydation dans l'air sans présence d'eau ?
Et petite question pourquoi l'oxyde d'aluminium est-elle plus efficace que l'oxyde de fer pour la protection à la corrosion en profondeur ?

Merci !

[titijoy3]

un article qui donne la réponse :

https://www.maxicours.com/se/cours/o...t%C3%A9g%C3%A9.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invited6ba0844]

Merci pour lien mais je m'excuse cela ne répond pas vraiment à mon interrogation. Je pense avoir bien compris les phénomènes mis en jeu ( formation d'alumine en surface qui protège de l'aluminium de l'oxydation ) mais ce que je souhaitais comprendre c'est pourquoi le phénomène de passivation dans le cas de l'aluminium est concluant tandis que celui pour le fer ne le protège pas correctement sachant que dans les deux cas il y a bien formation d'oxyde et donc passivation.

Pour être le plus clair possible ma question est " Pourquoi passivation n'implique pas forcément protection efficace du métal ?" tout ce que j'ai pu lire est "qu'il faut le vérifier expérimentalement mais ne peut-on pas trouver une explication plus générale ?

De plus ma question sur les diagrammes E-pH utilisés pour une oxydation sèche ( voir message précédent) est tjrs valable

Merci pour votre aide !

[40CDV20]

Bonsoir à tous,

J'aurai besoin d'aide au sujet de la justification de l'absence de réaction avec l'air par le saphir/oxyde d'aluminium. J'ai vu que l'aluminium est inoxydable grâce à justement la formation d'oxyde d'aluminium qui lui crée une couche protectrice ( phénomène de passivation ) mais pourquoi cette oxyde d'aluminium ne réagit-elle pas en plus avec l'air par la suite ? Je voulais le justifier avec les diagramme E-pH pour montrer que l'oxyde d'aluminium est stable dans l'air cependant ces derniers ne marchent que pour des solutions non ? Or ici je suis en oxydation sèche, à moins que la présence d'eau liquide est là aussi nécessaire comme pour l'oxydation du Fer !
( Je précise que je suis étudiant en physique donc n'hésitez pas à dire s'il y a des incohérences de raisonnement ! )

Merci d'avance,

Bonne soirée

Bjr,
J'ai la flemme de tout lire, c'est dimanche. Parler de tout ceci suppose maitriser la corrosion des matériaux métalliques en considérant la condition thermodynamique et la cinétique électrochimique. A défaut, comme le disait Moco,...etc
Intéressons nous au phénomène de passivité observé sur quelques matériaux métalliques (au sens large)
Cette passivation dite spontanée et/ou naturelle observée sur les dits matériaux, correspond à la transformation d'une surface active en cours de corrosion en une surface plus ou moins inactive, par formation de cette fameuse couche de passivation.
Aujourd'hui, il y a quasi consensus pour dire que l'initialisation de cette couche de passivation résulte de l'adsorption d'ions OH-, conduisant à un composé d'adsorption, lequel pouvant évoluer de diverses façons. Rapidement, voire très rapidement pour les familles, aluminium, titane et zirconium; Lentement, voire très lentement pour les Fe, Cr, Ni, Co,....etc, en un oxyde
Ceci posé, les diagrammes de Pourbaix permettent de définir les domaines de passivation possible.
Dans la pratique, on constate rapidement en s'intéressant à l'aluminium que c'est plus complexe. Ca se vérifie bien sur une série 1000 (alu pur), très bien sur une série 5000 (utilisé en milieu marin), moyennement sur une série 7000 et quasiment pas du tout sur un alliage de série 2000 (contenant du cuivre). Pourquoi ? tout simplement parce que cet oxyde naturel s'avère être sensiblement, relativement, totalement, différent d'un composé stable thermodynamiquement défini.
De fait, les diagrammes e-pH doivent être considérés avec prudence. Ils n'en demeurent pas moins d'excellents outils.
Cette couche d'oxyde naturel (sur (Al) n'est en rien comparable à celle formée par processus électrochimique (anodisation) tant en caractéristiques qu'en performances. Il est à noter que cette couche d'anodisation sera nettement plus performante sur un 5000 que sur un 2000
Cdt

[invited6ba0844]

Merci pour votre réponse détaillée ! En cours on a pu aborder le phénomène d'adsorption donc j'irai voir ça plus en détail, et d'accord donc la raison sous-jacente semble être donc d'origine cinétique de ce que j'en comprends.
Merci pour ces pistes de réflexion.

Bonne fin de journée

[40CDV20]

Re,
Prenez le comme une remarque amicale, mais votre présentation gagnerait à être reprise, c'est un peu fourre-tout avec des mélanges qui n'ont pas lieu d'être. Dit de façon pratique, ça réduit considérablement l'intérêt des contributeurs, donc peu d'intervenants.

Attention à la bonne terminologie, laquelle n'est pas nécessairement intuitive (je parle ici des secteur d'armement et d'aéronefs de combat, quoique les procédures d'Airbus s'y sont très rapprochées.). Parler
d'in-oxydabilité est inapproprié. Je ne vois pas non plus ce qui peut arriver à un cristal d'oxyde d'aluminium quasi pur au contact de l'air à température ambiante ? Des oxydes, carbures ou nitrures sont couramment utilisés en implantation dans une matrice de nickel ou de cobalt pour régler des problèmes de frottement et d'usure dans des dispositifs à combustion interne sous très forte charge. Il s'agit alors de duroplastie en concurrence avec le chrome dur. Ceci étant, bien qu'étant une technique centenaire c'est le revêtement de chrome qui a été retenu pour réaliser le meilleur "tube de 120 mm actuel" de Rheinmétal (tous les chars de l'OTAN)

Ce dont il est question pour le gros du bataillon c'est l'étude de la corrosion électrochimique en milieu aqueux ou "humide", laquelle peut exister également en milieu non aqueux (fluides ioniques).
Quant à la "corrosion sèche", généralement on la classe comme "corrosion chimique", c'est à dire principalement en atmosphère oxydante à haute température (motorisation de type turbo ou stato, voire turbines)
Ce qu'il faut considérer également est que cette couche de passivation peut être naturellement de type barrièrepar exemple sur le titane (entre 15 et 20 A si elle est "naturelle" et sur une plage d'épaisseur plus importante de l'ordre de 20 à 600 A si elle résulte d'une anodisation sulfurique). Ici l'objectif n'est pas de considérer cette barrière comme rempart contre la corrosion mais comme base support pour une protection "plus résistante ou spécifique" à l'usage, gamme ternaire de peinture PU à inhibiteur de corrosion additivée ou non avec un polymère fluoré PVDF, PTFE,..., MoS2 voire nitrure de bore ou revêtements conducteurs permettant d'obtenir l'impédance surfacique recherchée (avions de combat, écoulement des charges électriques, réduction des perturbations d'antennes, etc.
Pour l'alu et ses alliages c'est encore différent, la passivation naturelle ne constitue pas un film continu et d'épaisseur suffisante pour être laissé en l'état (ce n'est donc pas une couche barrière). par contre ici l'anodisation ne conduit pas directement à une couche barrière, mais poreuse qu'il est nécessaire de colmater, par hydratation à l'ébullition (vapeur, eau, eau additivée de sels de nickel et de cobalt ou de bichromate de potassium). C'est efficace, mais pas non plus le Graal pour diverses raisons, ce qui a fait que d'autres procédés ont été développés. On peut citer la technique IVD appliquée au chasseur F15 de MDD.
Ici la protection des alliages d'alu à THP est confiée à de l'aluminium pur déposé par IVD et suivi d'une opération mécanique de compactage, la finition étant assurée par une gamme de peinture soit binaire soit ternaire
Cdt

[FC05]

@40CD20 : tu ne pense pas partir un peu loin pour quelqu'un qui demandait au départ pourquoi l'alumine est stable ?

En résumé, l'alumine est stable en conditions normales. On ne peut aller au delà du degrés d'oxydation III.

L'aluminium, n'est pas stable thermodynamiquement parlant, vu son potentiel électrochimique très bas.
Néanmoins on peut effectivement dire qu'il y a des facteurs cinétiques qui ralentissent ou bloquent la réaction.
Ici le principal facteur est l’étanchéité de la couche d'oxyde aluminium formée. Étanchéité plus ou moins grande suivant que la couche est artificielle ou naturelle.

Pour le fer par exemple, la couche n'est pas du tout étanche, de composition souvent non définie (nombreuses espèces chimiques). Alors effectivement la corrosion se ralenti mais ne s'arrête jamais.
On peut créer des couches étanches de fer III avec des procédés comme la Parkérisation (phosphatation) mais qui ne se reforment pas à la rayure contrairement à l'aluminium.

A noter que les couches d'alumine peuvent éventuellement se dissoudre en milieu acide ou basique et là on a une réaction violente avec l'eau (manip dangereuse à ne pas reproduire hors laboratoire, mais qui impressionne toujours les élèves).
Les chlorures peuvent aussi agir.

[40CDV20]

Bsr,
Sans doute, la première phrase était suffisante !
Après, quand il a abordé l'aluminium métallique, la corrosion sèche, le cousin Pourbaix et la couche d'adsorption, j'ai eu un doute ? je me suis dis après tout pourquoi ne pas recentrer !
Je le tiens comme co-responsable de la dérive !

Par précaution, je vais conseiller à mon épouse de revendre vite fait ses saphirs, rubis ou émeraudes
Cdt

[invited6ba0844]

Pardonnez-moi je n'avais pas vu vos réponses !

Merci à vous deux en tout cas pour vos réponses et oui j'en assume la responsabilité, il est possible que je m'éparpille un peu dans mes questions !
En tout cas, c'est beaucoup plus clair dorénavant.

Bonne soirée

[jeanne08]

A 40CDV40 et FCO5
J’ai trouvé les précisions de 40CDV40 sans utilité directe pour moi mais bien interessantes …