учебное пособие

8.4 Коррозия и защита металлов

151

катодом, на котором выделяется водород или поглощается кислород. Примером может служить олово на стали (рис. 8.9).

Анодные покрытия имеют более отрицательный потенциал, чем материал основного металла. Примером может служить цинк на стали (рис. 8.10).

В этом случае основной металл будет катодом коррозионного элемента, поэтому он не корродирует. Анодом служит Zn.Таким образом, покрытие из Zn, окисляясь и разрушаясь, предохраняет основной металл от коррозии.

Рис. 8.10 – Схема коррозии металла при нарушении анодного покрытия: 1 — раствор, 2 — покрытие, 3 — основной металл, 4 — пора (царапина)

Электрохимическая защита

Этот метод основан на торможении анодных или катодных реакций коррозионного процесса. Сущность защиты заключается в том, что защищаемое изделие подключается к отрицательному полюсу внешнего источника постоянного тока. Поэтому оно становится катодом, а анодом служит, как правило, заземленный вспомогательный электрод.

Вспомогательный электрод (анод) растворяется, а на защищаемом изделии (катоде) выделяется водород (рис. 8.11).

Рис. 8.11 – Схема электрохимической защиты с внешним источником тока: 1 — защищаемое изделие; 2 — внешний источник тока; 3 — вспомогательный электрод

Если вспомогательный электрод, выполненный из металла, имеющего более отрицательный стандартный электродный потенциал, присоединить непосредственно к защищаемому изделию, то возникает гальванический элемент, в котором роль анода выполняет вспомогательный электрод, а роль катода — защищаемое изделие. При этом отпадает необходимость в наложении тока от внешнего источни-

152	Глава 8. Основы электрохимии

ка. Подобные вспомогательные электроды называют протекторами. Для их изготовления большей частью используют магний и его сплавы, цинк, алюминий. На рис. 8.12 представлена схема протекторной защиты.

Рис. 8.12 – Схема протекторной защиты: 1 — защищаемое изделие; 2 — протектор

Изменение свойств коррозионной среды

Для снижения агрессивности среды необходимо уменьшить концентрацию компонентов, опасных в коррозионном отношении. Например, в нейтральных средах коррозия протекает с поглощением кислорода. Его удаляют деаэрацией (кипячение, барботаж инертного газа) или восстанавливают с помощью соответствующих восстановителей (сульфиты, гидразин и т. п.). Агрессивность среды можно уменьшить путем снижения концентрации ионов H+ при подщелачивании.

Для защиты от коррозии широко применяют ингибиторы. Ингибиторы — это вещества, при добавлении которых в среду, где находится металл, значительно уменьшается скорость коррозии металла. Механизм действия значительного числа ингибиторов заключается в адсорбции на коррозирующей поверхности и последующем торможении катодных и анодных процессов. К анодным ингибиторам нужно отнести замедлители окисляющего действия, например NaNO3, Na2Cr2O7. Их воздействие на анодный процесс может привести к установлению пассивности и, следовательно, к замедлению коррозии металла.

Катодные ингибиторы уменьшают скорость коррозии за счет снижения интенсивности катодного процесса или сокращения площади катодных участков. К катодным ингибиторам относятся органические вещества, содержащие азот, серу, кислород, например диэтиламин, формальдегид, уротропин.

Рациональное конструирование изделий

Эта мера защиты должна исключать наличие или сокращать число и размеры особо опасных с точки зрения коррозии участков в изделиях или конструкциях (сварных швов, узких щелей, контактов разнородных по электродным потенциалам металлов и др.), а также предусматривать специальную защиту металлов этих участков от коррозии.

Электрохимия открыла принципиально новые и чрезвычайно перспективные области применения, включая методы получения многих веществ и материалов. Огромное распространение получили химические источники тока (гальванические элементы). Широкое применение в промышленном производстве получил электролиз. Так, в электрометаллургии электролизом расплавов получают щелочные и щелочноземельные металлы, алюминий, бериллий, магний и др. С помощью

Контрольные вопросы по главе 8

153

электрохимических процессов получают защитные антикоррозионные покрытия на металлах, печатные платы радиосхем, точные металлические копии рельефных поверхностей и проч.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Контрольные вопросы по главе 8

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1)Дать определение понятиям «электрохимические процессы», «гальванический элемент», «электролиз».

2)Что такое степень окисления?

3)В чем проявляются особенности окисления и восстановления применительно к электрохимическим процессам?

4)Что такое двойной электрический слой? Каковы его особенности?

5)Что собой представляет гальванический элемент Даниэля—Якоби?

6)Как определить электродвижущую силу гальванического элемента?

7)Какое уравнение связывает электрическую и химическую формы энергий?

8)Что собой представляет уравнение Нернста?

9)Что такое стандартный водородный электрод? Для чего он служит?

10)Дать определение концентрационному гальваническому элементу.

11)Что такое электролиз? Виды электролиза?

12)В чем состоят особенности катодных и анодных процессов при электролизе водных растворов?

13)В чем проявляются особенности электролиза в расплавах?

14)Что такое напряжение разложения?

15)Что такое поляризация? Каков механизм образования поляризации?

16)Какие виды поляризации возможны при электролизе растворов и расплавов?

17)В чем особенности электрохимической поляризации?

18)В чем особенности концентрационной поляризации?

19)Сформулировать законы Фарадея.

20)Какой физический смысл имеет постоянная Фарадея?

21)Что такое электрохимический эквивалент вещества?

22)Дать определение понятию «выход по току».

23)Что такое коррозия ? Каковы виды коррозии?

24)От чего зависит скорость химической коррозии?

25)В чем особенность электрохимической коррозии?

26)Какова роль водородной и кислородной деполяризации для электрохимической коррозии?

154	Глава 8. Основы электрохимии

27)От чего зависит устойчивость металлов к коррозии?

28)Каковы виды защиты металлов от коррозии?

29)Что такое легирование металлов?

30)Каковы виды защитных покрытий?

31)В чем особенности анодных и катодных защитных покрытий?

32)Каковы принципы электрохимической защиты?

33)Что такое протекторная защита?

34)Какими способами можно снизить активность коррозионной среды?

35)Что такое ингибиторы и каково их действие на замедление коррозионных процессов?

36)В чем состоит суть защиты от коррозии путем рационального конструирования изделий?

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Химия как наука о веществе и его превращениях занимает видное место в области естественных знаний. Современная химия — это не только чистая наука, но и мощная химическая индустрия. Она, как живой организм, живет и активно развивается, взаимодействуя со смежными науками — физикой, кристаллографией, биологией, экологией и др. Благодаря успехам химии созданы и активно развиваются новые области промышленности, например полупроводниковая техника, производство интегральных микросхем, плазмохимические и мембранные технологии, нанотехнологии мелкодисперсных сред и др.

Благодаря последним достижениям физико-химических исследований оформились такие новые черты и тенденции развития химической технологии, как упрощение многостадийных и энергоемких процессов, а также разработка и совершенствование технологий получения новых веществ и материалов с ранее недоступными и уникальными свойствами.

Ведущую роль выполняет химия в решении многих важных общечеловеческих проблем, таких, как полная комплексная переработка природного сырья, масштабное использование энергии Солнца, использование сырьевых богатств Мирового океана, решение экологических проблем по защите и сохранению природной среды.

Настоящее учебное пособие рассматривает наиболее общие законы химии, которые необходимы будущему специалисту в областях радиоэлектроники, технологии производства радиоэлектронной, электронновычислительной и электронной техники. Химия является не только общеобразовательной дисциплиной, расширяющей кругозор будущего специалиста, но и является эффективным средством для успешного усвоения таких специальных дисциплин, как «Материаловедение и материалы электронных средств», «Радиоматериалы», «Физико-химические основы технологии электронных средств», «Основы микроэлектроники» и др.

Общетеоретическую основу курса химии составляют: квантомеханическая модель построения атомов, периодический закон элементов Д. И. Менделеева, модели химической связи в молекулах и твердых телах. Значительное место в курсе химии занимают вопросы физической химии: элементы химической термодинамики и кинетики, фазовые равновесия, процессы в растворах и электрохимических системах.

Изучение элементов физической химии особенно важно потому, что ее методы позволяют добитьтся успехов в разрабоке, развитии и совершенствовании новых

156	Заключение

технологий. Часто оказывается, что наиболее важные открытия совершаются на «стыке» наук. Химию и ее важнейшую составляющую физическую химию можно считать первым проявлением глобальной гибридизации наук.

Интересы радиоэлектроники, электронновычислительной техники, технологии производства радиоаппаратуры, интегральных микросхем, приборов автоматики и телемеханики требуют от химической науки и промышленности новых конструкционных материалов, высококачественных диэлектриков и полупроводников, химически чистых реактивов и особо чистых веществ. Требуется расширение ассортимента полупроводниковых материалов, люминофоров, ферромагнетиков, жаростойких и жаропрочных материалов, монокристаллов, лазерных материалов и т. д.

Понимание основных законов химии, постоянное повышение квалификации позволят будущим специалистам находить оптимальные решения стоящих перед ними задач.

ЛИТЕРАТУРА

[1]Ахметов Н. С. Общая и неорганическая химия / Н. С. Ахметов. — М. : Высшая школа, 2001.

[2]Глинка Н. Л. Общая химия : учеб. пособие для вузов / Н. Л. Глинка. — М. : Интеграл-Пресс, 2005.

[3]Даниэльс Ф. Физическая химия / Ф. Даниэльс, Р. Олберти. — М. : Изд-во «Мир», 1978.

[4]Зайцев О. С. Общая химия / О. С. Зайцев. — М. : Химия, 1990.

[5]Коровин Н. В. Общая химия / Н. В. Коровин. — М. : Высшая школа, 2006.

[6]Синицын В. И. Неорганическая химия : в 2 ч. / В. И. Синицын, В. И. Мартыненко. — М. : Изд-во МГУ, 1991. — Ч. 1.

[7]Суворов А. В. Общая химия / А. В. Суворов, А. Б. Никольский. — СПб. : Химия, 1999.

[8]Угай А. Е. Общая и неорганическая химия / А. Е. Угай. — М. : Высшая школа, 2004.

[9]Курс химии / А. Н. Харин [и др.]. — М. : Высшая школа, 1983.

[10]Чикин Е. В. Химия: учеб. пособие / Е. В. Чикин. — Томск: ТУСУР, 2005.

Приложение А

ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЭЛЕМЕНТОВ Д. И. МЕНДЕЛЕЕВА

Приложение А. Периодическая система элементов Д. И. Менделеева

159

160	Приложениe А. Периодическая система элементов Д. И. Менделеева