лаба 4 1 курс до / 4C1A

Теоретическая часть

Самопроизвольное разрушение металлов в результате химического или электрохимического взаимодействия с окружающей средой называется коррозией. Причиной самопроизвольно протекающих коррозионных процессов является избыток свободной энергии у чистых металлов относительно их соединений, т.е. термодинамическая нестабильность металлов. По степени термодинамической нестабильности все металлы можно разделить на 5 групп:

1. Металлы повышенной термодинамической нестабильности - корродируют даже в нейтральных средах. В электрохимическом ряду активности расположены между Li и Fe.

2. Металлы термодинамически нестабильные - устойчивы в нейтральных средах при отсутствии кислорода (Cd,In,Co,Ni,Mo,Pв,W).

3. Металлы промежуточной термодинамической стабильности - устойчивы в кислых и нейтральных средах при отсутствии кислорода (Bi,Sв,Cu,Aд).

4. Металлы высокой термодинамической стабильности - Hд,Pd,Ir,Pt.

5. Металл полной стабильности - Au.

Изучение механизма коррозионых процессов и разработка методов защиты от нее имеет большое практическое значение.

По механизму протекания корроизных процессов коррозия делится на химическую и электрохимическую.

Химическая коррозия характерна для сред, не проводящих электрический ток: газовая - в газах и парах без конденсации влаги на поверхности металла, обычно при высоких температурах; жидкостная - в растворах неэлектролитов (органические жидкости).

Электрохимическая коррозия - это сопряженный анодно-катодный процесс, аналогичный процессам в гальванических элементах. Как и при работе гальванического элемента, при электрохимической коррозии происходит анодное окисление металла и катодное восстановление окислителя (деполяризатора) Причиной электрхимической коррозии металлов является неоднородность металлов по химическому и фазовому составу, наличие примесей, пленок, приводящие к образованию макро- и микрогальванических элементов. В результате окисления металла электроны, поступая с анода на катод, поляризуют его, а окислитель, связывающий эти электроны, служит деполяризатором. Если окислителем являются ионы Н⁺(H₃O⁺), то такая коррозия называется коррозией с водородной деполяризацией. В наиболее простом виде она может быть выражена уравнениями:

А: Ме - ne = Meⁿ⁺

K: 2H⁺ + 2e = H₂ или

2H₃O⁺ + 2e = H₂ + 2H₂O

Если окислителем является кислород, то такая коррозия называется коррозией с кислородной деполяризацией и выражается уравнениями:

А: Ме - ne = Meⁿ⁺

K: O₂ + 2H₂O + 4e = 4OH^- при РН=7 или РН>7 либо

O₂ + 4Н⁺ = 2H₂O при РН<7

Термодинамическая возможность протекания коррозии определяется по знаку DG, а так как энергия Гиббса реакции непосредственно связана с ЭДС гальванического элемента , то возможность коррозии может быть установлена по знаку ЭДС элемента.

На скорость и характер коррозионных процессов оказывают влияние как природа металла, так и характер коррозионной Среды.

Для борьбы с коррозией металла, контролируемой скоростью восстановления кислорода, следует снижать концентрацию кислорода путем введения восстановителя в раствор или снижением давления кислорода над раствором.

Скорость коррозии с выделением водорода может быть замедлена снижением температуры, уменьшением концентрации Н⁺ , очисткой металлов от примесей, катализирующих выделение водорода (Со , Ni, Pt и др.).

Иногда коррозия может контролироваться и анодными реакциями, обычно это наблюдается на металлах способных пассизироваться (Ni, Cr, Al, Ti и др.), что приводит к резкому торможению коррозии.

Некоторые ионы, например, ионы Cl^- , наоборот, активируют металлы, препятствуя их пассизированию. Активирующее действие ионов Cl^- обьясняется их высокой адсорбируемостью на поверхности металла, разрушением оксидных пленок, а также высокой растворимостью хлоридов металла. Особенно большое влияние оказывают ионы Cl^- на коррозию Fe , Cr , Al , Ni и др.

Факторы, влияющие на скорость коррозии определяют и выбор методов защиты от коррозии, которые делятся на следующие группы:

• изменение природы металлов (легирование);

• изменение свойств коррозионной среды (деаэрация кислорода, изменение величины рН, введение ингибиторов и т.д.);

• защитные покрытия (металлические и неметаллические);

• электрохимическая защита (протекторная и катодная защита).

Остановимся на некоторых из них. По характеру защитного действия от коррозии металлические покрытия бывают анодные (металл покрытия более активен, чем защищаемый) и катодные (металл покрытия менее активен, чем защищаемый).

При нарушении целостности этих покрытий в первом случае будет разрушаться само покрытие, во втором случае корродирует защищаемый металл. Поэтому более надежными являются анодные покрытия, например, для стали покрытия Zn , Cr , Cd и др. Лужение (покрытие Sn), меднение, серебрение, никилирование защищает железо или другой более активный металл лишь при условии бездефектности этих покрытий.

Протекторная защита применяется в тех случаях, когда защищаемая конструкция (подземные трубопроводы, кабели, корпус судна) находится в среде электролита (подземные почвенные воды, морская вода). Сущность ее заключается в присоединении к защищаемой конструкции протектора - более активного металла, который, выполняя роль анода в образующейся гальванической системе, разрушается.

В случае катодной защиты (электрозащиты) защищаемую конструкцию подсоединяют к отрицательному полюсу внешнего источника тока, а другой металл (любой по активности) - к положительному полюсу. При этом защищаемая конструкция выполняет роль катода в образующейся электролизной системе, что и предотвращает ее разрушение.