16 Лекция

КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ

Химическая и электрохимическая коррозия. Анодный и катодный процессы при электрохимической коррозии. Электрохимическая коррозия с водородной и кислородной деполяризацией. Коррозия при контакте разнородных металлов. Основные способы защиты металлических конструкций от коррозии. Металлические покрытия анодные и катодные. Электрохимические способы защиты – протекторная, катодная защита.

О Коррозия – самопроизвольное нежелательное разрушение металла в результате его взаимодействия с окружающей средой. Сновные понятия

При коррозии металл (восстановитель) окисляется под действием окислителя, являющегося компонентом среды, т.е. коррозия – окислительно-восстановительный процесс.

По механизму протекания коррозионного процесса выделяют химическую и электрохимическую коррозию.

Химическая коррозия проходит в среде неэлектролита путем непосредственного перехода электронов от атомов металла к окислителю. Наиболее распространенные виды химической коррозии – газовая коррозия и коррозия в среде неэлектролита (бензина, нефти, органических растворителей).

Газовая коррозия наблюдается в агрессивных газах (хлоре, кислороде, оксидах серы, азота) и парах без конденсации влаги на поверхности металла, обычно при высоких температурах. Этому виду коррозии подвергается режущий инструмент, лопатки газовых турбин, детали реактивных двигателей.

Пример коррозии в среде неэлектролита – коррозия в жидком топливе (разрушение деталей двигателей внутреннего сгорания и т.д.).

Электрохимическая коррозия проходит в среде электролита, ее отличие – разделение в пространстве процессов окисления и восстановления. Этот тип коррозии более распространен, ей подвергаются металлические конструкции в почвенных, речных и морских водах, в растворах солей, кислот, щелочей, в атмосфере под адсорбированными пленками влаги и т.д. Электрохимическая коррозия осуществляется при наличии разности потенциалов участков металлической поверхности.

Основные причины электрохимической коррозии (возникновения разности потенциалов)

• контакт разнородных металлов,

• микронапряжения в металлическом изделии,

• неоднородность механической или термической обработки металлической поверхности,

• наличие неметаллических включений и загрязнений (графита, карбидов, пятен краски на поверхности и т.д.),

• разность температур участков металлической поверхности.

Способность металла сопротивляться коррозионному воздействию среды называют коррозионной стойкостью. Коррозионную стойкость определяют качественно и количественно – скоростью коррозии в данных условиях, группой или баллом стойкости по принятой шкале. Металлы, обладающие высокой коррозионной стойкостью, называют коррозионно стойкими.

Анодный и катодный процессы при электрохимической коррозии

При электрохимической коррозии выделяют два взаимосвязанных процесса: анодный и катодный.

• Анодный процесс – окисление металла, проходит на участках изделий с меньшим потенциалом в данной среде. Анодные участки разрушаются.

• Катодный процесс – восстановление окислителя, находящегося в растворе или расплаве электролита, происходит на участках изделий с бóльшим потенциалом в данной среде. Катодные участки химически не изменяются. Они служат проводниками электронов от анодных участков к окислителю, чем усиливают коррозию анодных участков. Более подробно это будет рассмотрено далее на конкретных примерах.

Окислители при коррозии принято называть деполяризаторами. Коррозию с участием наиболее распространенных окислителей – растворенного кислорода и ионов водорода (кислоты или воды) соответственно называют коррозией с кислородной и водородной деполяризацией. Уравнения катодных процессов приведены в таблице.

Уравнения катодного процесса при коррозии
с водородной деполяризацией (в отсутствие растворенного О2)	с кислородной деполяризацией в присутствии растворенного О2)
кислая среда
(1)	(3)
нейтральная и щелочная среда
(2)	(4)

Окислительно-восстановительные потенциалы кислорода и водорода в различных средах (точнее, соответствующих окислительно-восстановительных пар) указаны в таблице.

Кислая среда (рН = 0)		Нейтральная среда (рН = 7)		Щелочная среда (рН = 14)
Oк/Вс	Е^0, В	Oк/Вс	Е^0, В	Oк/Вс	Е^0, В
2H^+/H2	0,00	2H2O/H2	-0,41	2H2O/H2	-0,83
O2/2H2O	+1,22	O2/4OH^–	+0,81	O2/4OH^–	+0,40

Окислительные свойства кислорода выше окислительных свойств иона водорода (или воды). В присутствии кислорода в растворе коррозия необязательно будет проходить за счет кислородной деполяризации, так как концентрация растворенного кислорода, как правило, невелика. Установлено, что при рН7, т.е. в нейтральных и щелочных растворах, процесс обычно протекает с кислородной деполяризацией - уравнение (4), в кислых средах – преимущественно с водородной деполяризацией - уравнение (1).

Коррозия, как и любой окислительно-восстановительный процесс, может осуществляться только при условии, что потенциал окислителя больше потенциала восстановителя (металла анодных участков).