Вкислой среде:

К 2Н⁺+ 2ē = Н₂;

в нейтральной или слабощелочной среде:

К 2Н₂О + 2ē = Н₂ + 2ОН^

Наиболее вероятным катодным процессом при наличии растворенного в воде воздуха является следующий:

К О₂+ 2Н₂О + 4ē = 4ОН^.

Пример 2.Составьте электронные уравнения катодного и анодного процессов коррозии железа с примесью никеля в а) соляной кислоте и б) влажном воздухе. Каков состав продуктов коррозии?

Решение. Выпишем стандартные электродные потенциалы металлов:⁰ _Fe/Fe²⁺=0,44 В;

⁰_Ni/Ni²⁺=0,25 В.

Поскольку ⁰_Fe/Fe²⁺<⁰_Ni/Ni²⁺, железо выполняет функцию анода, а никель – катода.

а) В кислой среде электронные уравнения процессов имеют вид:

А Fe – 2ē  Fe²⁺ – анодное окисление;

К 2Н⁺ + 2ē  Н₂ – катодное восстановление.

Продуктами коррозии являются хлорид железа FeCl₂ и водород.

б) Во влажном воздухе на катодном и анодном участках происходят следующие реакции:

А Fe  2ē  Fe²⁺,

К О₂ + 2Н₂О + 4ē  4ОН^;

Продукт коррозии: Fe²⁺+ 2OH^Fe(OH)₂.

В присутствии влаги и кислорода происходит дальнейшее окисление железа до трехвалентного состояния:

4 Fe(OH)₂ + 2H₂O + O₂ = 4 Fe (OH)₃.

Для количественной оценки коррозионной стойкости металлов используют массовые ( j) и линейные (П) показатели.

Скорость коррозии j определяется:

(г/м²·час или г/м²·год), (39)

где m– изменение массы образца, г, при коррозии металла в течение времени, час (или год) на поверхностиS, м².

Глубинный показатель коррозии П равен:

П= (мм/год), (40)

где h– толщина металла, мм, разрушенного в течение времени, год.

Величины Пиjсвязаны соотношением:

П = ,еслиjизмеряется в г/м²·год;

или П= 8,76, еслиjизмеряется в г/м²·час;

где – плотность металла, г/см³.

Защита металлов от коррозии

Защита металлов от коррозии в основном осуществляется путем создания изолирующих плёнок или ингибирующих покрытий, а также электрохимическими методами (включая гальванические покрытия).

Металлические покрытия делятся на катодные и анодные в зависимости от соотношения электродных потенциаловзащищаемого изделия (Ме₁) и покрытия (Ме₂).

А К

Ме₂ Ме₂

Ме₁К Ме₁ А

а) б)

Рис. 3. Анодное а) и катодное б) покрытия

При нарушении целостности покрытия оба металла соприкасаются с агрессивной средой, возникает гальванический элемент. Если ₁>₂, то Ме₂будет анодом (анодное покрытие), а Ме₁–катодом. Анодное покрытие очень эффективно, т.к., разрушаясь само, оно предохраняет защищаемый металл от разрушения.

Если ₁<₂, то при нарушении целостности покрытия, защищаемый металл будет анодом, а металл покрытиякатодом.Катодные покрытия защищают металл до тех пор, пока пленка будет сплошной.

Электрохимическая защитаподразделяется на катодную, протекторную и анодную. В коррозионную среду вводят также ингибиторы.

Ингибитораминазываются добавленные в раствор вещества, которые накапливаются на границе металл – электролит и снижают скорость коррозии.

Эффективность действия ингибиторов оценивается величинами коэффициента торможения Ки степени защитыZ:

; 100%, (41)

где j₀– скорость коррозии в растворе без ингибитора,

j– с ингибитором.

Величина Кпоказывает, во сколько раз снижается скорость коррозии металла при введении ингибитора. Zхарактеризует относительное понижение скорости коррозии.

Пример 3.Можно ли использовать цинковое покрытие для защиты стального изделия от коррозии во влажном воздухе? Составьте электронные уравнения катодного и анодного процессов коррозии, наблюдаемой при нарушении этого покрытия. Каков состав продуктов коррозии? Какой должна быть толщина покрытия, чтобы оно прослужило 5 лет, если величина его глубинного показателяПравна 0,16 мм/год? Покрытие считается недействующим, если его остаточная толщина составляет 18 % от первоначального значения.

Решение. Сопоставляя электродные потенциалы0,76 В и0,44 В, мы видим, что. Следовательно, цинк по отношению к железу будет являться анодом. Цинковое покрытие – анодное. На аноде идет процесс окисления:

А Zn2ēZn²⁺.

На катоде (Fe) процесс восстановления частиц среды (во влажном воздухе это кислород и вода):

К О₂+ 2Н₂О + 4ē = 4ОН^.

Продукт коррозии: Zn²⁺+ 2OH^Zn(OH)₂

При нарушении покрытия сталь не растворяется, следовательно, цинковое покрытие использовать можно.

Толщину покрытия hможно найти из уравнения (40):

П=, откудаh=П= 0,165=0,8 (мм).

Но коррозии подвержено 82 % первоначальной толщины. Тогда вся толщина покрытия должна быть равной .

ЗАДАЧИ

181-183. Можно ли использовать предлагаемый материал в качестве протектора для защиты стального изделия от коррозии в природной воде, насыщенной кислородом?

Составьте электронные уравнения катодного и анодного процессов коррозии. Каков состав продуктов коррозии?

Определите возможный срок службы протектора сечением ахв, если скорость его коррозииj, г/м²год, а массаm, г.

№ задачи	Материал протектора	а, см	в, см	j,	m, г	Ответы
181	Zn	200	50	5	20	4
182	Al	100	50	2,5	15	12
183	Mg	100	100	10	30	3

184-188. Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов коррозии стального трубопровода, содержащего включение А, во влажной почве (Н₂О и О₂). Каков состав продуктов коррозии?

Рассчитайте необходимую толщину стенок трубопровода (мм), который должен прослужить  лет, если скорость его коррозии равнаj. Остаточная толщина стенок трубопровода должна быть не меньше 25% от первоначального значения. Плотность железа= 7,87 г/см³.

№ задачи	Примесь А	j, кг/м^2·год	, лет	Ответы, мм
184	Ni	3,305	15	8,4
185	Sn	6,558	6	6,67
186	Pb	4,984	6	5,07
187	Cu	1,695	13	3,73
188	Sb	6,690	4	4,53

189-192. Можно ли использовать данное покрытие для эффективной защиты стального изделия от коррозии во влажном воздухе?

Составьте электронные уравнения катодного и анодного процессов коррозии, возникающей при нарушении целостности покрытия. Каков состав продуктов коррозии?

Какой должна быть толщина покрытия, чтобы оно прослужило  лет, если величина его глубинного показателя коррозии П, мм/год. Покрытие считается действующим до тех пор, пока его остаточная толщина не составит 15% от первоначального значения.

№ задачи	Металл покрытия	, лет	П, мм/год	Ответы, мм
189	Mg	4	0,7	3,3
190	Zn	5	0,3	1,76
191	Al	5	0,6	3,53
192	Ti	12	0,3	4,23

193-196.При химической коррозии металлов (Ме) в атмосфере сухого воздуха, содержащего газообразныеO₂,HCl,H₂S, под воздействием высоких температур образуются пленки продуктов коррозии.

Напишите уравнения образования этих соединений.

Зная плотности металлов, их оксидов, хлоридов, сульфидов, определите, какие из плёнок будут обладать защитным действием.

№ задачи	Металл, Ме	Ме, г/см^3	Продукты коррозии и их плотности, г/см^3
193	Fe	7,87	FeO – 5,7; Fe2O3 – 5,25; FeCl2 – 2,98; FeS2 – 5,03; Fe3O4 – 5,18.
194	Cu	8,94	CuO – 6,46; Cu2O – 3,7; CuCl2 – 3,05; Cu2S – 5,4; CuS  4,68.
195	Mn	7,44	MnO – 5,18; Mn2O3  4,3; Mn3O4 – 7,42; MnCl2  2,98; MnO2  5,03.
196	Ni	8,91	NiO  7,45; Ni2S3  5,82; NiCl2  3,51; NiS  4,1.

197-200. Металлическое изделие, содержащее примесные включения А, сильно корродирует в раствореHCl. Скорость коррозии составляетj₀, г/м²·час. Для замедления процесса в растворах кислот используют ингибиторы. Скорость коррозии изделия в присутствии ингибитора –j. Определите коэффициент торможения коррозии К и степень защитыZ.

Составьте электронные уравнения катодного и анодного процессов коррозии изделия в кислоте. Каков состав продуктов коррозии?

№ задачи	Металл изделия	Примесь А	j0	j	Ответы
197	Fe	Sb	1,25	0,36	3,5; 71,2%
198	Fe	Ni	1,05	0,13	8,0; 87,6%
199	Cd	Sn	0,45	0,14	3,2; 68,9%
200	Zn	Cu	25	9,6	2,6; 61,6%