DEGRADO E PROTEZIONE DEI MATERIALI AD ALTA TEMPERATURA
Anno accademico e docente
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- English course description
- Anno accademico
- 2022/2023
- Docente
- ANDREA BALBO
- Crediti formativi
- 6
- Periodo didattico
- Primo Semestre
- SSD
- ING-IND/22
Obiettivi formativi
- La corrosione ad alta temperatura ha una notevole importanza industriale perché riguarda attrezzature e componenti in leghe metalliche e altri materiali in settori quali l'industria aerospaziale, la produzione di energia elettrica, l’estrazione e la lavorazione dei metalli, l'industria automobilistica, l’estrazione e la produzione di gas e petrolio, l'incenerimento dei rifiuti e l'industria chimica.
Questo corso fornisce agli studenti competenze tecniche e specialistiche e alcune esperienze pratiche di laboratorio che consentiranno loro di comprendere la natura dei fenomeni di corrosione ad alta temperatura e scegliere i più adatti metodi di prevenzione / attenuazione dei fenomeni di corrosione in diversi ambienti. A tale scopo saranno descritti elementi di termodinamica e cinetica dei fenomeni di degrado ad alta temperatura, i tipi di ambienti e i materiali su cui si verifica, i rivestimenti e le tecnologie di produzione dei rivestimenti utili al contenimento dei fenomeni di degrado, le tecniche di manutenzione, nonché gli accorgimenti di progettazione di impianti per limitare le velocità di degrado.
Queste conoscenze consentiranno di:
- Individuare le cause di fenomeni di corrosione ad alta temperatura
- Realizzare la corretta scelta dei materiali in relazione all'ambiente e alle specie aggressive presenti
- Adottare scelte progettuali che possano garantire la migliore resistenza alla corrosione dei materiali
- Suggerire rimedi adeguati ad eliminare o almeno contenere fenomeni di corrosione in atto a livelli accettabili
- Contenere i costi di esercizio e di manutenzione di impianti che operano ad elevata temperatura. Prerequisiti
- Lo studio dei fenomeni di corrosione ad elevata temperatura e dei metodi e materiali per prevenirla è fortemente multidisciplinare, quindi richiede conoscenze di base integrate fornite dai corsi di Chimica (la natura e proprietà dei legami atomici, la struttura dello stato solido, reazioni chimiche, ossidoriduzioni), Metallurgia (microstruttura e difetti dei materiali, influenza di trattamenti termici e di lavorazioni meccaniche), oltre che conoscenze elementari di Fisica (elementi di termodinamica elementare, quali primo e secondo principio della termodinamica, spontaneità di una reazione).
Contenuti del corso
- Il corso prevede 45 ore di insegnamento e 15 ore di laboratorio, compresa una visita a laboratori dove materiali per alta temperatura vengono prodotti e sottoposti a prova. Gli argomenti trattati includono la descrizione dei fenomeni di degrado ad alta temperatura, dei materiali e dei rivestimenti prodotti per resistere ad elevata temperatura. Alcune contenuti prevedono un approfondimento tramite attività di laboratorio. Vengono infine presentati casi di studio particolarmente significativi.
Concetti di base di termodinamica chimica e di elettrochimica (2h).
Fondamenti di corrosione ad alta temperatura: difetti nei solidi metallici e ionici cristallini; diffusione allo stato solido e in particolare nei film ossidici; meccanismi e cinetica dei fenomeni di ossidazione; influenza degli sforzi residui sulla velocità di ossidazione (10h).
Tipi di corrosione ad alta temperatura: ossidazione di metalli e leghe; solfurazione e corrosione di leghe in miscele di gas; carburazione e polverizzazione di metalli; nitrurazione delle leghe; corrosione nei sali fusi; degrado ad alta temperatura di materiali ceramici (10h).
Ambienti in cui avviene corrosione ad alta temperatura: influenza di fattori quali la composizione dei gas, pressione, velocità dei gas, composizione del condensato, stato di sforzo (6h).
Ossidazione in presenza di vapore acqueo/ idrogeno: corrosione lato combustione; fenomeni di corrosione di materiali metallici nelle celle a combustibile ad ossido solido, ossidazione e corrosione nelle turbine a gas (6h).
Rivestimenti e materiali per alta temperatura (15 h)
Studio di casi reali ed esperienze di laboratorio (15 h) Metodi didattici
- Il corso consiste di lezioni teoriche che forniscono le conoscenze di base sui fenomeni di corrosione ad alta temperatura, supportate dalla proiezione di diapositive e da discussioni con gli studenti. Ove possibile, la comprensione dei diversi argomenti è coadiuvata da verifica di laboratorio e visita a laboratori specializzati.
Modalità di verifica dell'apprendimento
- Il raggiungimento degli obiettivi formativi viene verificato attraverso esame orale e sulla base della qualità della relazione tecnica relativa all'attività svolta in laboratorio. Il voto di esame finale è formulato in base a:
- Competenza sull’argomento (50%)
- Proprietà e chiarezza di esposizione (20%)
- Qualità della relazione di laboratorio che evidenzi il grado di comprensione dei fenomeni di degrado osservati in laboratorio e proponga possibili metodi di prevenzione (30%). Testi di riferimento
- Appunti del docente
Shreir's Corrosion, Tony J.A. Richardson Editor, Vol. I, 2010.
N. Birks, G.H. Meier, F.S. Pettit, Introduction to the High-Temperature Oxidation of Metals, Cambridge University Press, 2006.
