9 Коррозия металлов

Коррозия – самопроизвольное разрушение металлов в результате взаимодействия с окружающей средой.

По механизму протекания коррозия подразделяется на химическую и электрохимическую. Химическая коррозия протекает в газовой среде при повышенных температурах (в отсутствии влаги) или в жидких неэлектролитах. Сущность процессов коррозии этого вида сводится к окислительно-восстановительной реакции, осуществляемой непосредственным переходом электронов металла на окислитель. В качестве окислителя могут выступать такие газы, какO₂ ,SO₂,Cl₂,HClи др. Коррозии способствуют такжеH₂S,CO₂. В результате реакции на поверхности металла образуются пленки оксидов, сульфидов, хлоридов и т.д. Развитие коррозии происходит за счет переноса катионов металла и частиц окислителя через эту пленку во встречных направлениях. Если образуется плотная сплошная, хорошо сцепленная с металлом пленка, то дальнейшее окисление металла протекает очень медленно. Такие пленки могут быть использованы для защиты металлов от коррозии. Напротив, пористая рыхлая пленка не способна защищать металл от взаимодействия с окружающей средой.

Качество пленки определяется на основании расчета фактора рыхлости П:

, (38)

где V_oк – молярный объем продуктов коррозии;

_ок– их плотность;

V_Me– молярный объем металла;

М– молярная масса продукта коррозии (оксида, сульфида, хлорида и т.д.);

А– атомная масса металла;

_Ме – плотность металла;

n– число атомов металла в молекуле оксида, сульфида и др.

Если П<1, то образуется плёнка, частично покрывающая поверхность металла (рыхлая пленка).

Сплошные плёнки получаются при условии 1<П<2,5.

Если фактор рыхлости П>2,5, то в плёнке возникают напряжения, разрушающие ее и нарушающие сплошность (плёнка растрескивается).

Пример 1. При химической коррозии железа в атмосфере сухого воздуха, содержащего газообразныеCl₂,H₂SиO₂, образуются пленкиFeS,FeO,FeCl₂. Напишите уравнения образования этих соединений. Рассчитайте фактор рыхлости П и сделайте вывод о защитных свойствах плёнок. Плотности_Fe= 7,87;_FeS= 4,7;_FeО= 5,7;_FeCl= 2,9 г/см³.

Решение. Плёнки образуются при взаимодействии с агрессивной средой в результате следующих реакций:

2Fe + 2H₂S + O₂  2FeS + 2H₂O

2Fe + O₂  2FeO

Fe + Cl₂  FeCl₂

Находим значения фактора рыхлости П:

П_FeS = _Fe0 = ;

П_FeCl = .

Поскольку для сульфидной и хлоридной пленок П > 2,5, то возможно их растрескивание и нарушение сплошности. Критерий П для оксидной пленки лежит в интервале 1 < П_Fe0 < 2,5. Следовательно, пленка FeO является сплошной и обладает хорошими защитными свойствами.

Электрохимическая коррозия – самопроизвольное разрушение металлов в присутствии электролитов (жидких или расплавленных веществ, проводящих электрический ток) в результате образования микрогальванических элементов.

При электрохимической коррозии процессы окисления и восстановления протекают на участках, имеющих различные значения электродных потенциалов .

На анодных участках, имеющих меньшее значение , происходит окисление металла:

А Me – nē  Meⁿ⁺

При этом электроны внутри металла перемещаются к катодным участкам, на которых происходит восстановление ионов или молекул из коррозионной среды. В зависимости от состава среды возможны следующие процессы: