Коррозия металлов Краткие теоретические сведения

Коррозия – это самопроизвольное разрушение металлов или сплавов металлов в результате их физико-химического взаимодействия с окружающей средой. При этом металлы окисляются и образуются продукты, состав которых зависит от условий коррозии. Причиной коррозионных разрушений является термодинамическая неустойчивость материалов в естественных условиях, т.е. изменение энергии Гиббса процесса коррозии должно быть отрицательным (G < 0).

По механизму протекания различают химическую и электрохимическую коррозию.

Химическая коррозия протекает в средах, не проводящих электрический ток, таких как сухие газы или растворы неэлектролитов. В результате химической коррозии металл покрывается слоем продуктов его окисления – чаще всего пленкой оксида или гидрооксида. Образующаяся пленка препятствует диффузии окислителя к чистому металлу и тем самым замедляет, а иногда и полностью прекращает дальнейшую коррозию металла.

Электрохимическая коррозия наблюдается в средах, способных проводить электрический ток – влажный воздух, вода, водные растворы солей, кислот и оснований, почва и др. Данный вид коррозии протекает по механизму действия гальванического элемента, в котором окислительный (анодный) и восстановительный (катодный) процессы разделены в пространстве.

Окисляющиеся участки металла (анодные участки) имеют меньшее значение потенциала, на них металл в виде ионов переходит в водную среду по реакции

Mе – nē  Me ⁿ⁺

При этом на металле накапливается отрицательный заряд.

На катодных участках, то есть участках с более высоким значением потенциала, восстанавливаются частицы окислителя

Ox + n ē  Red.

Так как окислитель принимает электроны, то есть снимает избыточный отрицательный заряд с поверхности металла (деполяризует его), то его называют деполяризатор.

Причинами энергетической неоднородности поверхности металла, которые приводят к образованию короткозамкнутых макро- или микрогальванических пар, являются:

1. Наличие контактов двух или более металлов, обладающих различными значениями потенциалов;

2. Наличие примесей в металле или продуктов его окисления на поверхности;

3. Внутренние напряжения в конструкции из металла и др.

Окислителями при электрохимической коррозии чаще всего служат молекулы кислорода, растворенного в воде или ионы Н⁺. При этом на катодных участках могут происходить процессы:

1. В нейтральной или щелочной среде

О₂ + 2Н₂О + 4 4ОН^– (коррозия с кислородной деполяризацией)

2. В кислой среде

О₂ + 4Н⁺ + 4 2Н₂О (коррозия с кислородной деполяризацией)

или 2Н⁺ + 2 Н₂ (коррозия с водородной деполяризацией)

Возможность протекания коррозии того или иного металла следует определять следующим образом: сравнить потенциал металла (восстановителя) с потенциалом окислителя. Если Е< Е, то металл может подвергаться коррозии.

При оценочных расчетах можно считать, что потенциал процесса с кислородной деполяризацией равен +0,815 В, а потенциал процесса с водородной деполяризацией можно оценивать при помощи уравнений (5) или (6).

Основными способами защиты металлов от коррозии являются легирование металлов, нанесение защитных покрытий, методы электрохимической защиты, применение замедлителей (ингибиторов) коррозии и приемы рационального конструирования изделий из металлов.

Одним из самых доступных и чаще всего применяемых методов защиты является нанесение на металлы покрытий, которые бывают металлическими и неметаллическими.

Материалами для металлических покрытий могут служить как чистые металлы (цинк, кадмий, алюминий, никель, медь, хром и др.), так и их сплавы (бронза, латунь и др.).

По характеру поведения металлических покрытий при коррозии их делят на катодные и анодные. К катодным покрытиям относят покрытия, выполненные из металлов, имеющих большее значение потенциала, чем у основного (защищаемого) металла. При повреждении такого покрытия возникает макрогальванический элемент, в котором защищаемый металл становится анодом и растворяется, а металл покрытия – катодом, на котором восстанавливаются частицы окислителя. Таким образом, катодные покрытия являются защитными, только пока они не повреждены. Анодные покрытия имеют более отрицательный потенциал, чем потенциал основного металла. В случае повреждения анодного покрытия его защитное действие не прекращается, так как в созданном гальваническом элементе основной металл – катод, то есть не окисляется, а металл покрытия – анод.