admin / 05.06.2019

Электрохимическая коррозия металла

Электрохимическая коррозия

Механизм электрохимической коррозии

Причины возникновения местных гальванических элементов

Анодный и катодный электродные процессы

Электродный потенциал

Поляризация

Электрохимическая коррозия — самый распространенный вид коррозии. Электрохимическая коррозия возникает при контакте металла с окружающей электролитически проводящей средой. При этом восстановление окислительного компонента коррозионной среды протекает не одновременно с ионизацией атомов металла и от электродного потенциала металла зависят их скорости. Первопричиной электрохимической коррозии является термодинамическая неустойчивость металлов в окружающих их средах. Ржавление трубопровода, обивки днища морского суда, различных металлоконструкций в атмосфере — это, и многое другое, примеры электрохимической коррозии.

К электрохимической коррозии относятся такие виды местных разрушений, как питтинги, межкристаллитная коррозия, щелевая. Кроме того процессы электрохимической коррозии происходят в грунте, атмосфере, море.

Механизм электрохимической коррозии может протекать по двум вариантам:

1) Гомогенный механизм электрохимической коррозии:

— поверхностный слой мет. рассматривается как гомогенный и однородный;

— причиной растворения металла является термодинамическая возможность протекания катодного или же анодного актов;

— К и А участки мигрируют по поверхности во времени;

— скорость протекания электрохимической коррозии зависит от кинетического фактора (времени);

— однородную поверхность можно рассматривать как предельный случай, который может быть реализован и в жидких металлах.

2) Гетерогенный механизм электрохимической коррозии:

— у твердых металлов поверхность негомогенная, т.к. разные атомы занимают в сплаве различные положения в кристаллической решетке;

— гетерогенность наблюдается при наличии в сплаве инородных включений.

Электрохимическая коррозия имеет некоторые особенности: делится на два одновременно протекающих процесса (катодный и анодный), которые кинетически зависимы друг от друга; на некоторых участках поверхности электрохимическая коррозия может принять локальный характер; растворение основного мет. происходит именно на анодах.

Поверхность любого металла состоит из множества короткозамкнутых через сам металл микроэлектродов. Контактируя с коррозионной средой образующиеся гальванические элементы способствуют электрохимическому его разрушению.

Причины возникновения местных гальванических элементов могут быть самые разные:

1) неоднородность сплава

— неоднородность мет. фазы, обусловленная неоднородностью сплава и наличием микро- и макровключений;

— неравномерность окисных пленок на поверхности за счет наличия макро- и микропор, а также неравномерного образования вторичных продуктов коррозии;

— наличие на поверхности границ зерен кристаллов, выхода дислокации на поверхность, анизотропность кристаллов.

2) неоднородность среды

— область с ограниченным доступом окислителя будет анодом по отношению к области со свободным доступом, что ускоряет электрохимическую коррозию.

3) неоднородность физических условий

— облучение (облученный участок — анод);

— воздействие внешних токов (место входа блуждающего тока — катод, место выхода — анод);

— температура (по отношению к холодным участкам, нагретые являются анодами) и т. д.

При работе гальванического элемента одновременно протекает два электродных процесса:

Анодный — ионы металла переходят в раствор

Fe → Fe2+ + 2e

Происходит реакция окисления.

Катодный — избыточные электроны ассимилируются молекулами или атомами электролита, которые при этом восстанавливаются. На катоде проходит реакция восстановления.

O2 + 2H2O + 4e → 4OH- (кислородная деполяризация в нейтральных, щелочных средах)

O2 + 4H+ + 4e → 2H2O (кислородная деполяризация в кислых средах)

2 H+ + 2e → H2 (при водородной деполяризации).

Торможение анодного процесса приводит к торможению и катодного.

Коррозия металла происходит именно на аноде.

При соприкосновении двух электропроводящих фаз (например, мет. — среда), когда одна из них заряжена положительно, а другая отрицательно, между ними возникает разность потенциала. Это явление связано с возникновением двойного электрического слоя (ДЭС). Заряженные частицы располагаются несимметрично на границе раздела фаз.

Скачек потенциалов в процессе электрохимической коррозии может происходить из-за двух причин:

При достаточно большой энергии гидратации ионы металла могут отрываться и переходить в раствор, оставляя на поверхности эквивалентное число электронов, которые определяют ее отрицательный заряд. Отрицательно заряженная поверхность притягивает к себе катионы мет. из раствора. Так на границе раздела фаз возникает двойной электрический слой.

На поверхности металла разряжаются катионы электролита. Это приводит к тому, что поверхность мет. приобретает положительный заряд, который с анионами раствора образует двойной электрический слой.

Иногда возникает ситуация, когда поверхность не заряжена и, соответственно, отсутствует ДЭС. Потенциал, при котором это явление наблюдается называется потенциалом нулевого заряда (φN). У каждого металла потенциал нулевого заряда свой.

Величина электродных потенциалов оказывает очень большое влияние на характер коррозионного процесса.

Скачок потенциала между двух фаз не может быть измерен, но при помощи компенсационного метода можно измерить электродвижущую силу элемента (ЭДС), который состоит из электрода сравнения (его потенциал условно принят за ноль) и исследуемого электрода. В качестве электрода сравнения берется стандартный водородный электрод. ЭДС гальванического элемента (стандартный водородный электрод и исследуемый элемент) называют электродным потенциалом. Электродами сравнения могут также выступать хлорсеребряный, каломельный, насыщенный медно-сульфатный.

Международной конвенцией в Стокгольме 1953г. решено при записях электрод сравнения всегда ставить слева. При этом ЭДС рассчитывать, как разность потенциалов правого и левого электродов.

E = Vп — Vл

Если положительный заряд внутри системы движется слева направо — ЭДС элемента считается положительной, при этом

Emax=-(ΔGT)/mnF,

где F — число Фарадея. Если положительные заряды будут двигаться в противоположном направлении, то уравнение будет иметь вид:

Emax=+(ΔGT)/mnF.

При коррозии в электролитах самыми распространенными и значимыми являются адсорбционные (адсорбция катионов или анионов на границе раздела фаз) и электродные потенциалы (переход катионов из металла в электролит или наоборот).

Электродный потенциал, при котором металл находится в состоянии равновесия с собственными ионами называется равновесный (обратимый). Он зависит от природы металлической фазы, растворителя, температуры электролита, активности ионов мет.

Равновесный потенциал подчиняется уравнению Нернста:

E=Eο+ (RT/nF) LnαMen+

где, Eο — стандартный потенциал мет.; R — молярная газовая постоянная; n — степень окисления иона мет.; Т — температура; F — число Фарадея;αMen+ — активность ионов мет.

При установленном равновесном потенциале электрохимическая коррозия не наблюдается.

Если по электроду проходит электрический ток — равновесное состояние его нарушается. Потенциал электрода изменяется в зависимости от направления и силы тока. Изменение разности потенц., приводящее к уменьшению силы тока, принято называть поляризацией. Уменьшение поляризуемости электродов называют деполяризацией.

Скорость электрохимической коррозии тем меньше, чем больше поляризация. Поляризация характеризуется величиной перенапряжения.

Поляризация бывает трех типов:

— электрохимическая (при замедлении анодного или катодного процессов);

— концентрационная (наблюдается, когда скорость подхода деполяризатора к поверхности и отвода продуктов коррозии мала);

— фазовая (связана с образованием на поверхности новой фазы).

Электрохимическая коррозия наблюдается также при контакте двух разнородных металлов. В электролите они образуют гальванопару. Более электроотрицательный из них будет анодом. Анод в процессе будет постепенно растворяться. При этом идет замедление или даже полное прекращение электрохимической коррозии на катоде (более электроположительном). Например, при контакте в морской воде дюралюминия с никелем интенсивно растворятся будет именно дюралюминий.

2.2 Электрохимическая коррозия металлов

Под электрохимической коррозией подразумевают процесс взаимодействия металлов с электролитами в виде водных растворов, реже с неводными электролитами, например, с некоторыми органическими электропроводными соединениями или безводными расплавами солей при повышенных температурах. Делится на электрокоррозию и гальванокоррозию. Из указанных разновидностей рассмотрим лишь гальванокоррозию.

2.2.1 Электрохимическая гальванокоррозия. Электрохимическая коррозия – наиболее распространенный вид коррозии металлов. Примером коррозионных процессов электрохимического характера является разрушение деталей машин, приборов и различных металлических конструкций в почвенных, грунтовых, речных и морских водах, в атмосфере под адсорбированными пленками влаги, в технических растворах.

Растворенный кислород и ионы водорода – важнейшие окислители, вызывающие электрохимическую коррозию металлов.

Рассмотрим схему этого процесса. Сложность его заключается в том, что на одной и той же поверхности происходят одновременно два процесса, противоположные по своему химическому смыслу: окисление металла и восстановление окислителя. Оба процесса должны протекать сопряженно, чтобы сохранялось равенство числа электронов, отдаваемых металлом и присоединяющихся к окислителю в единицу времени. Только в этом случае может наступить стационарное состояние.

Итак, процессы электрохимической коррозии протекают по законам электрохимической кинетики, когда общая реакция взаимодействия может быть разделена на следующие, в значительной степени самостоятельные, электродные процессы:

– анодный процесс – переход металла в раствор в виде ионов (в водных растворах, обычно гидратированных) с оставлением эквивалентного количества электронов в металле:

Ме 0 – nē → Ме n+

– катодный процесс – ассимиляция появившихся в металле избыточных электронов деполяризаторами.

Различают коррозию с водородной и кислородной (или окислительной) деполяризацией. При наличии в растворе газообразного кислорода и невозможностью протекания процесса коррозии с водородной деполяризацией основную роль деполяризатора исполняет кислород. Коррозионные процессы, у которых катодная деполяризация осуществляется растворенным в электролите кислородом, называют процессами коррозии металлов с кислородной деполяризацией. Это наиболее распространенный тип коррозии металла в воде, в нейтральных и даже в слабокислых солевых растворах, в морской воде, в земле, в атмосфере воздуха.

Общая схема кислородной деполяризации сводится к восстановлению молекулярного кислорода до иона гидроокисла:

O + 4ē +2H2O → 4OH—.

В случае водородной деполяризации на катоде протекает процесс восстановления ионов водорода, находящихся в среде:

2Н++ 2ē + → Н2.

2.3Способы защиты от коррозии

Выбор того или иного способа определяется его эффективностью, а также экономической целесообразностью.

2.3.1 Легирование металла – эффективный (хотя обычно дорогой) метод повышения коррозионной стойкости металлов. При легировании в состав сплава обычно вводят компоненты, вызывающие пассивирование металла. В качестве таких компонентов применяются хром, никель, вольфрам и др.

Основное средство защиты металлов от газовой коррозии – легирование такими компонентами, которые улучшают свойства защитных пленок, образующихся при окислении металла. Для стали такими элементами являются хром, алюминий, кремний. Эти элементы при высоких температурах окисляются энергичнее, чем железо, и образуют при этом плотные защитные пленки оксидов.

2.3.2 Защитные покрытия. Слои, искусственно создаваемые на поверхности металлических изделий и сооружений для предохранения их от коррозии, называются защитными покрытиями. Выбор вида покрытия зависит от условий, в которых используется металл.

Широко распространенным способом защиты металлов от коррозии является покрытие их слоем других металлов. Покрывающие металлы сами корродируют с малой скоростью, так как покрываются плотной оксидной пленкой. В зависимости от величины электродного потенциала защищаемого металла и покрытия, различают катодные и анодные покрытия.

Катодное покрытие – металл покрытия менее активен, чем защищаемый металл. Например, олово хорошо покрывает железо и достаточно стойко против действия разбавленных растворов кислот. В случае механического повреждения такого покрытия возникает гальваническая пара, в которой электроны переходят от железа к олову; анодом здесь является железо, а катодом олово. В этом случае разрушается железо, а олово остается без изменений (рисунок 5).

Анодное покрытие – покрытие более активным металлом. Например, покрытие железа цинком (рисунок 4). При механическом повреждении цинкового покрытия возникает гальваническая пара, в которой железо служит катодом, а анодом – цинк. Электроны переходят от цинка к железу, цинк разрушается, а железо остается защищенным до тех пор, пока не разрушится весь цинк. На основании вышеизложенного можно сделать вывод о том, что более надежным является анодное покрытие.

а)б)

1 – раствор; 2 – покрытие; 3 – основной материал; 4 – пора

Рисунок 4 – Схема коррозии металла в кислом

растворе при нарушении анодного а) и катодного б) покрытия

К ряду покрытий, получаемых химической обработкой металла, относятся защитные покрытия, образующиеся непосредственно на поверхности металла. Образование на поверхности металлических изделий защитных оксидных пленок носит в технике общее название оксидирование.

Неметаллические защитные покрытия могут быть как неорганическими, так и органическими. Защитное действие этих покрытий сводится в основном к изоляции металла от окружающей среды. В качестве неорганических покрытий могут быть неорганические эмали, оксиды металлов, соединения хрома, фосфора и др. К органическим относятся лакокрасочные покрытия, покрытия смолами, пластмассами, полимерными пленками, резиной.

2.3.3 Электрохимические методы защиты. Методы электрохимической защиты основаны на изменении потенциала защищаемого металла и не связаны с изоляцией металла от коррозионной среды. К ним относятся катодная защита, называемая также электрозащитой, и протекторная (или анодная) защита.

Катодная защита заключается в том, что защищаемая конструкция А (рисунок 5), находящаяся в среде электролита (например, в почвенной воде), присоединяется к катоду внешнего источника электричества В. Защищаемая конструкция становится катодом. В ту же агрессивную среду помещают кусок старого металла Б (рельс, балка), присоединяемый к аноду внешнего источника электричества. В процессе коррозии этот кусок старого металла становится анодом и разрушается.

Протекторная защита отличается от катодной защиты тем, что для ее осуществления используется специальный анод – протектор, в качестве которого применяют металл более активный, чем металл защищаемой конструкции (алюминий, цинк). Протектор Б (рисунок 6) соединяют с защищаемой конструкцией А проводником электрического тока В. В процессе коррозии протектор служит анодом и разрушается, тем самым предохраняя от разрушения защищаемую конструкцию.

Рисунок 5 – Схема катодной Рисунок 6 – Схема анодной

защиты (протекторной) защиты

2.3.4 Изменение свойств коррозионной среды. Изменение свойств коррозионной среды пригодно для случаев, когда защищаемое изделие эксплуатируется в ограниченном объеме жидкости. Один из методов состоит в удалении из раствора, в котором эксплуатируется защищаемая деталь, растворенного кислорода (деаэрация). В качестве примера можно привести освобождение воды, идущей на питание паровых котлов, от растворенного в ней кислорода, что достигается, например, при фильтровании воды через слой железных стружек.

Для замедления коррозии металлических изделий в агрессивную среду вводят вещества, называемые ингибиторами (или замедлителями) коррозии. Это имеет большое значение в тех случаях, когда металл необходимо защищать от разъедания кислотами. В зависимости от вида коррозии, природы металла и раствора применяются различные ингибиторы, действие которых специфично.

2.3.5 Создание рациональных конструкций. Выбор материалов и их сочетаний для данной машины, конечно, диктуется технической и экономической целесообразностью, но должен обеспечивать ее коррозионную устойчивость. Конструктор должен предусмотреть рациональные формы машины, допускающие быструю очистку от грязи; машина не должна иметь мест скопления влаги, которая является возбудителем коррозии.

ЭЛЕКТРОКОРРОЗИЯ

Смотреть что такое «ЭЛЕКТРОКОРРОЗИЯ» в других словарях:

  • электрокоррозия — электрокоррозия … Орфографический словарь-справочник

  • электрокоррозия — Коррозия под действием электрического тока в результате электрохимических и электроосмитических процессов, которые возникают под действием постоянного или переменного тока. Примечание Скорость электрокоррозии зависит от вида и параметров тока, от … Справочник технического переводчика

  • электрокоррозия — сущ., кол во синонимов: 1 • коррозия (10) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов

  • электрокоррозия — электрокорро/зия, и … Слитно. Раздельно. Через дефис.

  • Электрокоррозия подземных металлических сооружений (коррозия блуждающими токами) — электрохимическая коррозия подземных металлических сооружений, вызванная блуждающими токами. Источник: snip id 5429: Руководство по проектированию и защите от коррозии подземных металлических сооружений связи … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • Электрокоррозия железобетона — – коррозия цементного камня, бетона и железобетона под действием электрического тока в результате электрохимических и электроосмитических процессов, которые возникают под действием постоянного или переменного тока. Этому воздействию… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

  • електрокорозія — электрокоррозия electrocorrosion *Elektrokorrosion – корозія під дією зовнішнього джерела струму або блукаючого (мандрівного) струму … Гірничий енциклопедичний словник

  • snip-id-5429: Руководство по проектированию и защите от коррозии подземных металлических сооружений связи — Терминология snip id 5429: Руководство по проектированию и защите от коррозии подземных металлических сооружений связи: Анодная зона участок подземного металлического сооружения, на котором это сооружение имеет положительный электрический… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • Руководство по проектированию и защите от коррозии подземных металлических сооружений связи — Терминология Руководство по проектированию и защите от коррозии подземных металлических сооружений связи: Анодная зона участок подземного металлического сооружения, на котором это сооружение имеет положительный электрический потенциал по… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • ЖЕЛОБ — 1) устройство для защиты от повреждений гибких тяг механ. централизации стролок и сигналов. Такие Ж. изготовляются обычно из 50 мм досок; во избежание скопления воды и грязи их устраивают без дна и укрепляют на деревянных или бетонных столбиках,… … Технический железнодорожный словарь

Электрохимическая коррозия металлов. Что это такое, точно знают далеко не все, хотя печальные последствия её проявления, встречаются в нашей обыденной жизни, практически на каждом шагу.

Мы привычно называем её ржавчиной, не особенно вникая в суть процесса. Теоретические формулировки, объясняющие механизм возникновения и действия электрохимической коррозии, по причине невидимости протекающих процессов, остаются за гранью нашего восприятия реальности.

Конечно, к этому явлению (и не только), можно относится и так, воспринимая корродирование (разрушение металла), как неизбежность, но можно поступить и по-другому, понять суть происходящего и если не изменить то хотя бы предсказать конечный результат.

Электрохимическая коррозия металлов что это такое

Выражаясь околонаучным языком, речь идёт об окислительно-восстановительном процессе, при котором на поверхности металла самопроизвольно, за счёт разности потенциалов образуется участки, точки гальванических пар, в которых положительно заряженные участки, аноды отдают свои электроны катодам, отрицательно заряженным участкам, на которых происходит обратный процесс, восстановление.

Это, общее описание механизма возникновения и протекания электрохимической коррозии, на самом деле, в зависимости от окружающих условий, процесс корродирования в каждом конкретном случае имеет свои особенности. Приведу типичные примеры.

Коррозия при неравномерной аэрации поверхности металла

Если на углеродистый сплав железа нанести каплю обыкновенной питьевой воды то через некоторое время по краям капли явственно проступит видимый кружочек ржавчины, а металл который находится под каплей останется чистым, но пройдёт ещё какое-то время и на том металле, который под каплей, станут видны небольшие язвочки.

Исходя из этих наблюдений можно сделать вывод, что катодный участок восстановления находится на периферии капли, потому что в этом месте более доступен приток воздуха (кислорода), а анод расположен в центре капли, где кислорода меньше.

Как ржавеет забитый в стену гвоздь

Именно поэтому забитый в стену гвоздь под воздействием коррозии истончится прежде всего в стене, там, где доступ воздуха затруднён, но и это утверждение не совсем верно. Вначале разрушается тот участок металла, который находится как бы в пограничном состоянии, уже не на поверхности, но и не слишком глубоко в стене.

Объясняется это тем, что в первую очередь мигрируют электроны расположенные в непосредственной близости от катода. До кристаллов металла, находящегося глубоко в стене просто не успевает дойти очередь.

Коррозия при непосредственном контакте различных металлов

Если две пластины из различных металлов наложить друг на друга и достаточно плотно прижать, а для ускорения процесса поместить их во влажную среду то спустя некоторое время, можно заметить, что одна из пластин начала корродировать, т. е. она оказалась анодом и начала разрушаться.

Какая именно из пластин окажется анодом, зависит от потенциала металла. Например, в паре медь железо, анодом окажется железо, потому что потенциал железа (–0,44) меньше потенциала меди (+0,34).

Кстати, невольно спровоцировать возникновение коррозии можно наложив пластину на пластину, даже из одного и то же металла. Правда, в это случае, будут задейственными совсем другие процессы. В зависимости от конкретных обстоятельств, это может быть, щелевая или межкристаллитная коррозия, но результат (разрушение) будет тот же.

Коррозия под воздействием блуждающих токов

Вот пример такой коррозии, яркий и с точки зрения электрика, даже отчасти драматический, функционирование системы заземления по системе ТТ. Хотя в этом случае преднамеренно создаются благоприятные условия для стекания заряда на землю, по сути, это ничего не меняет. Место ввода всегда катод, место выхода, анод т. е. этот тот участок металла, который разрушается наиболее интенсивно.

Судите сами, 1 А ежедневно стекающего тока за год съедает около 10% массы конструкции заземления контактирующей с землёй.

У коррозии под воздействием блуждающих токов есть одна отличительная черта, которая выделяет её из всех коррозионных процессов. Объёмность и интенсивность разрушения. Процессы протекают настолько масштабно и бурно, что для устранения их последствий понадобится немало времени и материальных вложений.

Влияние воды на образование ржавчины

Хотя атомы молекулы воды и не участвуют в ионном обмене отдельных участков металла, но её присутствие в том или ином виде, является обязательным условием для возникновения электрохимической коррозии. Ведь даже химически чистая вода, пусть слабый, но электролит, среда, проводящая электрический ток.

При какой относительной влажности воздуха начинается процесс коррозии

Критичной считается относительная влажность воздуха от 75%, но это вовсе не значит что при меньшей влажности протекание корродирования невозможно, а только то, что при такой влажности воздуха толщина жидкостной пленки на металле достигает оптимального размера для возникновения и протекания электрохимической коррозии.

Электрохимическая коррозия

Электрохимической коррозией называют разрушение металла в среде электролита с возникновением в системе электрического тока.

Различают:

а) гальванокоррозию – коррозию металла в растворах электролитов;

б) атмосферную – коррозию в атмосфере любого влажного газа;

в) почвенную – коррозию во влажной почве;

г) электрокоррозию – коррозию за счет внешнего электрического тока.

При электрохимической коррозии процесс взаимодействия металла с окислителем включает анодное растворение металла и катодное восстановление окислителя. Поверхность любого металла неоднородна и состоит из множества короткозамкнутых микрогальванических элементов. Гальванические элементы на поверхности металла могут образоваться при наличии в металле примесей, пленок на его поверхности, неоднородности сплава по химическому и фазовому составам. Разнородные участки металла имеют различные значения электродных потенциалов. Участки, имеющие меньшее значение потенциала, являются анодом и на них протекает процесс окисления, а участки с большим электродным потенциалом – катодом, на них идет восстановление окислителя. Катодом могут служить самые разнообразные вещества, но обязательно являющиеся электронными проводниками.

Примером гальванокоррозии может служить коррозия железа в контакте с медью в растворе электролита – соляной кислоты. При таком контакте возникает гальванический элемент

(-) Fe / НСl / Сu (+).

Схема действия гальванической пары

Как показано на рисунке, более активный металл Fe (ЕFe/Fe2+ = – 0,46В) – анод – окисляется, посылая электроны меди, и переходит в раствор ионов Fe2+. Ионы H+ из электролита движутся к меди, являющейся катодом (ЕCu/Cu2+ = + 0,34 В), где, принимая электроны, восстанавливаются. Таким образом, протекают реакции

A: Fe – 2ē Fe2+

K: 2H+ + 2ē H2

Fe + 2H+ → Fe2+ +H2

В результате перехода электронов с анода на катод потенциал катода становится более отрицательным, а потенциал анода – более положительным, т.е., как и в обычном гальваническом элементе, имеет место поляризация электродов. В результате этого происходит выравнивание потенциалов электродов, и коррозия замедляется или вовсе прекращается. Однако при коррозии окислители внешней среды, принимающие электроны у катода деполязируют его, т.е. повышают потенциал катода. Эти окислители называются катодными деполяризаторами. В приведенном примере катодным деполяризатором является ион водорода (водородная деполяризация). Катодным деполяризатором может являться кислород, растворенный в воде (кислородная деполяризация). Восстановление кислорода на катоде протекает по уравнению:

O2 + H2O + 4ē 4OH-.

При работе гальванопары железо-медь в нейтральной среде

(-) Fe / НСl / Сu (+) протекают реакции

A: Fe – 2ē Fe2+

K: O2 + H2O + 4ē 4OH-

Fe + O2 + H2O Fe(OH)2

Гидроксид железа (II) в присутствии воды и кислорода воздуха переходит в гидроксид железа (III):

4Fe(OH)2 + O2 +2 Н2О 4Fe(OH)3.

Возможность протекания коррозионных процессов зависит от энергии Гиббса. Коррозия как самопроизвольный процесс протекает, если энергия Гиббса ΔG реакции имеет отрицательное значение. А так как энергия Гиббса связана с ЭДС элемента Е = -(ΔG/nF), то возможность коррозии может быть установлена, но знаку ЭДС элемента Е. ЭДС элемента должна быть положительна.

Так как ЭДС элемента Е равна разности потенциалов окислителя и восстановителя Е = Еокисл. – Евосст., то коррозия возможна при условии, что потенциал окислителя положительнее потенциала металла (восстановителя). Равновесные потенциалы восстановления катионов водорода и молекул кислорода зависят от кислотности среды.

Потенциал восстановления ионов водорода меняется от Е2Н+/Н2 = 0В (сильно кислая среда) до Е2Н+/Н2 = – 0,41В (нейтральная среда). Потенциал восстановления кислорода в нейтральной среде ЕО2/ОН = + 0,81В. Из сравнения потенциалов ионов водорода, кислорода и потенциалов металла можно сделать следующие выводы:

  1. ионы водорода, находящиеся в воде и нейтральных водных растворах электролитов, будут окислять только те металлы, потенциал которых меньше – 0,41В;

  2. растворенный в воде кислород будет окислять только те металлы, потенциал которых меньше + 0,81В.

Появление анодных и катодных участков на поверхности металла (гальванопар) может быть вызвано не только наличием вкраплений других металлов, но и присутствием примесей неметаллических веществ (например, углерода) или неоднородностью поверхности. Совершенно чистые металлы подвержены коррозии в значительно меньшей степени, но при больших значениях рН растворяется алюминий и практически не растворяется железо. Из-за амфотерности Zn(OH)2 коррозия цинка возрастает как в кислой, так и в щелочной среде. Золото, весьма стойкое в обычных условиях, легко окисляется в растворе цианида калия KCN вследствие образования следственных соединений.

Выводы:

  1. При гальванокоррозии поток электронов направлен от более активного металла к менее активному проводнику, и более активный координирует.

  2. Скорость коррозии тем больше, чем дальше расположены друг от друга в ряду стандартных потенциалов металлы, из которых образовался гальванический элемент.

  3. На скорость коррозии влияет и характер раствора электролита. Чем меньше его рН и чем больше содержание в нем окислителей, тем быстрее протекает коррозия с ростом температуры.

Атмосферная коррозия – это коррозия во влажном воздухе при обычной температуре. Поверхность металла покрывается пленкой влаги, содержащей кислород. В этой пленке и протекает коррозия с кислотной депоизоляцией. Интенсивность коррозии возрастает с увеличением влажности воздуха, содержания в нем газов СО2 и SО2, пыли, копоти, а также с появлением на поверхности металла шероховатостей и трещин, облетающих конденсацию влаги.

Почвенная коррозия угрожает трубопроводам, оболочкам кабелей и всем подземным сооружениям. Особенно коррозионно — активны почвы с высокой влажностью, низким значением рН и хорошей электропроводимостью

Электрическая коррозия вызывается блуждающими токами, исходящими от трамваев, метро, электрических железных дорог и различных электроустановок, работающих на постоянном токе.

Блуждающие токи разрушают подземные металлические сооружения, вызывают появление на металлических предметах, находящихся в земле участков входа и выхода постоянного тока. Разрушаются анодные зоны, т.е. места выхода тока.

Блуждающие токи от источников переменного тока вызывают слабую коррозию у подземных изделий из стали и сильную – у изделий из цветных металлов.

Биохимическая (микробиологическая) коррозия – это разрушение металлов при воздействии микроорганизмов и продуктов их жизнедеятельности. Микроорганизмы могут разрушать защитные покрытия на металлах, подавлять действие веществ, замедляющих коррозию (ингибиторов). Бактерии могут вырабатывать серную, муравьиную, уксусную и другие органические кислоты, деполяризовать катодные участки коррозионных микрогальванических элементов

Особенности коррозии в морской воде

Особенностями морской воды как агрессивной среды являются:

а) высокая концентрация солей (от 5 до 39 г/л), снижающая химическое сопротивление электролита;

б) большое содержание хлоридов (ион Сl- является сильнейшим активатором коррозии);

в) энергичное перемешивание воды с одновременной аэрацией, способствующее увеличению содержания растворенного кислорода. Скорость коррозии в зоне прилива или волны в 3-5 раз больше, чем зоне полного погружения;

г) одновременное содержание в воде ионов Сl и кислорода, являющегося сильным окислителем;

д) присутствие биологических факторов, вызывающих биокоррозию и обрастание судов.

Все это делает воду очень сильной коррозионной средой, хотя её рH= 7,2 – 8,0. Особенно резко возрастает скорость коррозии по ватерлинии судна, что объясняется большим поступлением атмосферного кислорода. Исключительно энергичное коррозионное воздействие оказывают брызги морской воды. По мере испарения воды из капли в последней увеличивается концентрация солей, что приводит к увеличению коррозии.

Методы защиты металлов от коррозии.

  1. Защитные поверхностные покрытия металлов. Такие покрытия могут быть как металлические (цинк, олово, свинец, хром и другие металлы), так и неметаллические (лаки, краски, эмали и другие вещества).

  2. Создание сплавов с антикоррозионными свойствами. Введением в состав стали до 12% хрома получают нержавеющую сталь, устойчивую к коррозии. Усиливают антикоррозионные свойства стали добавки никеля, кобальта и меди. В этом случае повышается склонность сплавов к пассивации.

  3. Электрохимические методы. К ним относится протекторная защита. Применяется в тех случаях, когда защищаемая конструкция (подземный трубопровод, корпус судна) находится в среде электролита (морская вода, подземные почвенные воды и т.д.). Защищаемую конструкцию соединяют протектором — металлом, имеющим более отрицательный потенциал, чем у защищаемого металла. В качестве протектора при защите стальных изделий обычно используют магний, алюминий, цинк и их сплавы.

В процессе коррозии протектор служит анодом и разрушается, предохраняя тем самым от разрушения конструкцию. На том же принципе основана электрозащита. Конструкцию. находящуюся в среде электролита, также соединяют с другим металлом, но через внешний источник тока. При этом защищаемую конструкцию присоединяют к катоду, а металл — к аноду источника тока. Анод (защищающий металл) разрушается, а на катоде происходит восстановление окислителя.

  1. Изменение состава среды. Для замедления коррозии металлических в электролит вводят вещества (чаще всего органические), называемые замедлителями коррозии, или ингибиторами. Это имеет большое значение в тех случаях, когда металл необходимо защищать от разъедания кислотами. Например, прибавление ингибиторов ПР и ЧМ к кислоте в количестве 1-0,5% замедляет коррозию железа в 10 — 100 и более раз. Ингибиторы широко применяются при химической очистке от накипи паровых котлов, снятии окалины с обработанных изделий, а также при хранении и перевозке соляной кислоты в стальной таре. К числу неорганических ингибиторов относиться нитраты, хроматы, фосфаты, силикаты.

Органические ингибиторы прочно адсорбируются на поверхности металла и повышают перенапряжение электродных реакций. Неорганические ингибиторы тормозят анодную реакцию, что замедляет анодное растворение металла и благоприятствует его переходу в пассивное состояние.

FILED UNDER : Справочник

Submit a Comment

Must be required * marked fields.

:*
:*