КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ
|
При коррозии металл (восстановитель) окисляется под действием окислителя, являющегося компонентом среды, т.е. коррозия – окислительно-восстановительный процесс.
По механизму протекания коррозионного процесса выделяют химическую и электрохимическую к оррозию.
Химическая коррозия проходит в среде неэлектролита путем непосредственного перехода электронов от атомов металла к окислителю. Наиболее распространенные виды химической коррозии – газовая коррозия и коррозия в среде неэлектролита (бензина, нефти, органических растворителей).
Газовая коррозия наблюдается в агрессивных газах (хлоре, кислороде, оксидах серы, азота) и парах без конденсации влаги на поверхности металла, обычно при высоких температурах. Этому виду коррозии подвергается режущий инструмент, лопатки газовых турбин, детали реактивных двигателей.
Пример коррозии в среде неэлектролита – коррозия в жидком топливе (разрушение деталей двигателей внутреннего сгорания и т.д.).
Электрохимическая коррозия проходит в среде электролита, ее отличие – разделение в пространстве процессов окисления и восстановления. Этот тип коррозии более распространен, ей подвергаются металлические конструкции в почвенных, речных и морских водах, в растворах солей, кислот, щелочей, в атмосфере под адсорбированными пленками влаги и т.д. Электрохимическая коррозия осуществляется при наличии разности потенциалов участков металлической поверхности.
Основные причины электрохимической коррозии (возникновения разности потенциалов)
v контакт разнородных металлов,
v микронапряжения в металлическом изделии,
v неоднородность механической или термической обработки металлической поверхности,
v наличие неметаллических включений и загрязнений (графита, карбидов, пятен краски на поверхности и т.д.),
v разность температур участков металлической поверхности.
Для оценки относительной активности металлов и возможных окислителей в различных средах будем использовать данные, приведенные в таблице.
Кислая среда | Нейтральная среда | Щелочная среда | |||
Oк/Вс | Е0, В | Oк/Вс | Е0, В | Oк/Вс | Е0, В |
2H+/H2 | 0,00 | 2H2O/H2 | -0,41 | 2H2O/H2 | -0,83 |
O2/2H2O | +1,22 | O2/4OH¯ | +0,81 | O2/4OH¯ | +0,40 |
Mg2+/Mg | -2,36 | Mg(OH)2/Mg | -2,38 | Mg(OH)2/Mg | -2,69 |
Al3+/Al | -1,66 | Al(OH)3/Al | -1,88 | AlO2–/Al | -2,36 |
Zn2+/Zn | -0,76 | Zn(OH)2/Zn | -0,81 | ZnO22–/Zn | -1,22 |
Cr3+/Cr | -0,74 | Cr(OH)3/Cr | -0,93 | CrO2–/Cr | -1,32 |
Fe2+/Fe | -0,44 | Fe(OH)2/Fe | -0,46 | Fe(OH)2/Fe | -0,87 |
Cd2+/Cd | -0,40 | Cd(OH)2/Cd | -0,41 | Cd(OH)2/Cd | -0,82 |
Co2+/Co | -0,28 | Co(OH)2/Co | -0,32 | Co(OH)2/Co | -0,73 |
Ni2+/Ni | -0,25 | Ni(OH)2/Ni | -0,30 | Ni(OH)2/Ni | -0,72 |
Sn2+/Sn | -0,14 | Sn(OH)2/Sn | -0,50 | SnO22–/Sn | -0,91 |
Pb2+/Pb | -0,13 | Pb(OH)2/Pb | -0,14 | PbO22–/Pb | -0,54 |
Cu2+/Cu | +0,34 | Cu(OH)2/Cu | +0,19 | Cu(OH)2/Cu | -0,22 |
Анодный и катодный процессы при электрохимической коррозии
При электрохимической коррозии выделяют два взаимосвязанных процесса: анодный и катодный.
v Анодный процесс – окисление металла, проходит на участках изделий с меньшим потенциалом в данной среде. Анодные участки разрушаются.
v Катодный процесс – восстановление окислителя, находящегося в растворе или расплаве электролита, происходит на участках изделий с бóльшим потенциалом в данной среде. Катодные участки химически не изменяются. Они служат проводниками электронов от анодных участков к окислителю, чем усиливают коррозию анодных участков. Более подробно это будет рассмотрено далее на конкретных примерах.
Окислители при коррозии принято называть деполяризаторами. Коррозию с участием наиболее распространенных окислителей – растворенного кислорода и ионов водорода (кислоты или воды) соответственно называют коррозией с кислородной и водородной деполяризацией. Уравнения катодных процессов приведены в таблице.
Уравнения катодного процесса при коррозии | |
с водородной деполяризацией (в отсутствие растворенного О2) | с кислородной деполяризацией (в присутствии растворенного О2) |
кислая среда | |
![]() | ![]() |
нейтральная и щелочная среда | |
![]() | ![]() |
Окислительно-восстановительные потенциалы кислорода и водорода в различных средах (точнее, соответствующих окислительно-восстановительных пар) указаны в таблице.
Окислительные свойства кислорода выше окислительных свойств иона водорода (или воды). В присутствии кислорода в растворе коррозия необязательно будет проходить за счет кислородной деполяризации, так как концентрация растворенного кислорода, как правило, невелика. Установлено, что при рН³7, т.е. в нейтральных и щелочных растворах, процесс обычно протекает с кислородной деполяризацией - уравнение (4), в кислых средах – преимущественно с водородной деполяризацией - уравнение (1).
Коррозия, как и любой окислительно-восстановительный процесс, может осуществляться только при условии, что потенциал окислителя больше потенциала восстановителя (металла анодных участков).