Коррозия при контакте разнородных металлов

Рассмотрим один из распространённых случаев электрохимической коррозии - процессы, происходящие при наличии контакта двух металлов, помещенных в раствор электролита. Такую пару металлов (М₁ и М₂) называют гальванопарой и обозначают М₁/М₂. В качестве коррозионной среды примем воду, раствор кислоты или щёлочи при отсутствии или наличии растворённого кислорода. Упрощенное описание коррозионного процесса с участием конкретных гальванопар рассмотрим на примерах.

Пример 1. Рассмотрите процесс коррозии луженого (покрытого оловом) железа при условии нарушения сплошности покрытия в кислой среде в отсутствии растворенного кислорода.

Решение. При условии нарушения сплошности покрытия образуется гальванопара .

• 

• Fe – металл с меньшим потенциалом - анод гальванопары. Оно будет восстановителем, окисляться, т.е. отдавать электроны. (Полезно для запоминания обратить внимание на первые буквы слов: анод, окисление, отдача - слова начинаются с гласных букв).

• Sn – металл с большим потенциалом в данной среде - катод гальванопары. На поверхности катода происходит восста-новление окислительного компонента коррозионной среды, присоединение электронов. (Для запоминания: слова катод, восстановление, присоединение начинаются с согласных букв).

• Возможный окислитель – ионы водорода кислоты,

, т.е. коррозия железа возможна.

• Электронно-ионная схема:

 анодный процесс

 катодный процесс (на Sn)

• Молекулярное уравнение: .

Пример 2. Рассмотрите процесс коррозии с кислород-ной деполяризацией во влажном воздухе гальванопары Mg/Fe.

Решение.

• .

• Анодный участок гальванопары - металл с меньшим потенциалом, Mg (восстановитель в процессе коррозии).

• Катодный участок гальванопары - металл с более высоким значением потенциала - Fe. На поверхности железа происходит восстановление окислителя.

• Окислитель при коррозии с кислородной деполяризацией - кислород, .

• , коррозия возможна.

• Электронно-ионная схема реакции:

2  анодный процесс

 катодный процесс (на Fe)

.

• Молекулярное уравнение: .

Методы защиты металлов от коррозии

• Изоляция металла от коррозионной среды.

• Неметаллические покрытия:

лаки, краски, эмали, битум, пластмассы, керамика, резина, смолы и другие покрытия, наносимые физическими способами;

оксидные, фосфатные и другие пленки, получаемые обработкой металла химическими веществами.

• Металлические покрытия:

анодные покрытия – покрытия изделия более активным металлом, то есть металлом с меньшим потенциалом в данной среде, чем потенциал покрываемого металла, пример - оцинкованное железо;

катодные покрытия – покрытия изделия менее активным металлом, то есть металлом с большим потенциалом в данной среде, чем потенциал покрываемого металла; примеры - меднение, никелирование стали.

Схемы процессов, происходящих в порах или при нарушении сплошности металлических покрытий, приведены на рисунке:

H₂ H₂

Zn²⁺ Zn²⁺

H⁺ Fe²⁺ H⁺ H⁺ H₂

Ni(K) Ni(K) Zn(A) Zn(A)

Fe(A) Fe(K)

катодное покрытие анодное покрытие

Анодные покрытия более надёжно защищают металл основы от коррозии. Основное требование к катодным покрытиям - высокая механическая прочность покрытия и коррозионная стойкость металла покрытия. К примеру, покрытия никелем используют для защиты от коррозии и для декоративной отделки деталей автомобилей, велосипе-дов, приборов, предметов домашнего обихода и т.д. Никель отличается высокой коррозионной стойкостью на воздухе, в растворах щелочей и некоторых кислот благо-даря сильно выраженной склонности к пассивации. При изменении состава коррозионной среды может меняться и характер покрытия. Так, из сравнения стандартных потенциалов олова и железа при рН=0 следует, что олово является катодом по отношению к железу. Однако в среде органических кислот, содержащихся во многих пищевых средах, олово образует с ними комплексные соединения, и потенциал его становится более отрицательным. В этих условиях олово является анодным покрытием по отношению к железу. Соединения олова малотоксичны, поэтому его используют в производстве белой жести для консервной промышленности.

• Уменьшение агрессивности среды.

Введение ингибиторов – специальных химических соединений, замедляющих коррозию. Ингибиторы подбирают индивидуально для конкретных металлов с учетом характера среды.

Деаэрация – удаление из воды растворённого кислорода (осуществляется кипячением, пропусканием нагретой воды через стальную стружку и т.д.).

• Электрохимическая защита.

• Протекторная защита:

к защищаемой металлической конструкции прикрепляют более активный металл, который окисляется, предохраняя конструкцию от разрушения. Прикрепляемый металл выполняет роль протектора (защитника) по отношению к металлической конструкции. Пример: для протекторной защиты изделий из стали в подземных условиях используют сплавы на основе магния, алюминия, цинка.

Схема протекторной защиты:

протектор

почвенная

вода

• Катодная защита.

При катодной защите используют внешний источник постоянного тока. Защищаемую конструкцию (трубопро-воды, рельсы) присоединяют к отрицательному полюсу ис-точника тока (к катоду). Положительный полюс источника тока присоединяют к металлическому лому, находящемуся в той же коррозионной среде. Принцип катодной защиты основан на смещении равновесия окисления металла

<==>

влево, схема катодной электрозащиты изображена на рисунке:

к сети

K(–) A(+)

защищаемая

конструкция

лом

почвенная

вода

• Легирование металлов.

• Рациональное конструирование элементов металлических аппаратов и сооружений.

Коррозия металлов происходит, в большей или меньшей степени, всюду, где эксплуатируют металлические изделия и конструкции. В каждом случае приходится проводить специальные исследования по коррозии и выбору эффективного способа защиты.