Контрольные вопросы к работе № 6

1. Что такое «химическая коррозия? Проясните на примерах.

2 Охарактеризуйте газовую коррозию

3 От каких факторов зависит газовая коррозия?

4. Кинетика газовой коррозии.

5. Процессы, происходящие при газовой коррозии стали.

6 Метод исследования газовой коррозии.

7. Показатели скорости коррозии.

Лабораторная работа №7 Электрохимическая катодная  защита металла от коррозии

Цель работы - изучение явления контактной коррозии металлов, ознакомление с методом катодной электрохимической защиты с помощью протектора.

Краткая теория

Контактная коррозия

Контактной коррозией называется электрохимическая коррозия металлов, имеющих разные электродные (коррозионные) потенциалы и находящихся в растворе электролита в контакте друг с другом.

Металл, погруженный в раствор электролита, в котором он термодинамически неустойчив (т.е. если в растворе имеется окислитель, равновесный потенциал которого положительнее равновесного потенциала металла в данных условиях), подвергается электрохимической коррозии. При этом на поверхности металла протекают анодная реакция растворения металла и катодная реакция восстановления окислителя. Корродирующая поверхность приобретает некоторый компромиссный электродный потенциал (потенциал коррозии), при котором скорость растворения металла (анодный ток) равна скорости восстановления окислителя (катодный ток).

При замыкании в растворе электролита двух металлов, имеющих в данных условиях разные потенциалы коррозии, образуется гальванический макроэлемент (рисунок 13).

 

Рисунок13 - Схемы коррозионных элементов

а - коррозия железа, б- коррозия марганца.

 

Для правильного понимания процессов, протекающих в таком макроэлементе, целесообразно провести анализ его работы с помощью поляризационной диаграммы (рисунок 14). Пусть металлы "1" и "2", имеющие в данных условиях равновесные потенциалы φ_p1 и φ_р2, погружены в раствор, в котором присутствует окислитель с равновесным потенциалом φ_ок

Если электрического контакта между металлами нет, то точки (1 и 2) пересечения анодных (линии А1 и А2) и катодных (линии К1 и К2) поляризационных кривых для каждого из металлов отвечают условию стационарности коррозионного потенциала (i_A = i_K) и потому определяют величины исходных скоростей коррозии (k_кopi, w) и потенциалов коррозии металлов (φ _кор1, φ _кор2).

Если металлы "1" и "2" замкнуть накоротко, т.е. привести в контакт (электрически соединить), то в случае когда омическое сопротивление раствора пренебрежимо мало, контактирующие металлы должны приобрести некоторый одинаковый компромиссный потенциал φ_Е. Величина этого потенциала может быть найдена графически из условия стационарности электродного потенциала, при котором  сумма всех анодных токов должна быть равна сумме всех катодных токов.

Для этого необходимо провести графическое суммирование парциальных анодных (линии А1 и А2) и катодных (линии К1 и К2) поляризационных кривых. Точка пересечения (Σ) суммарной анодной поляризационной кривой (A_Σ) и суммарной катодной поляризационной кривой (К_Σ) отвечает равенству

Σ i_A =Σ i_K

Абсцисса кривой является искомым компромиссным потенциалом φ_Е.

Установившийся в короткозамкнутой двухэлектродной системе компромиссный потенциал φ_Е имеет значение, промежуточное между первоначальными потенциалами коррозии металлов φ _кор1 и φ _кор2.

 

 

Рисунок 14- Поляризационная диаграмма короткозамкнутой двухэлектродной системы (гальванической макропары)

 

Таким образом, в результате контакта происходит смещение потенциала коррозии более электроотрицательного металла "1" (анодного металла) в положительную сторону - анодная поляризация и смещение потенциала коррозии более электроположительного металла "2" (катодного металла) в отрицательную сторону - катодная поляризация. Это приводит к соответствующему изменению скоростей анодных и катодных электродных процессов на контактирующих металлах. Действительно, при новом общем потенциале φ_Σ металл "1" будет растворяться (корродировать) со скоростью i_кор большей, чем скорость его коррозии до контакта. Металл "2", наоборот, при контакте растворяется со скоростью i_кор меньшей, чем скорость его коррозии до контакта. Таким образом, растворение анодного металла увеличивается, а катодного - уменьшается.

Если общий потенциал макропары φ_Σ будет меньше равновесного потенциала катодного металла, то растворение (коррозия) этого металла "2" прекратится вовсе.

При установившемся потенциале макропары φ_Σ на изначально более электроотрицательном металле "1" скорость анодного процесса существенно больше скорости катодного процесса, а на изначально более электроположительном металле "2" скорость катодного процесса значительно больше скорости анодного процесса.

Разница в скоростях катодного и анодного процессов для каждого металла создает внешний ток, который данный металл направляет другому (или принимает от него), и представляет собой по существу поток электронов от анодного металла к катодному.

Для двухэлектродной системы внешние токи каждого из металлов равны по абсолютной величине и противоположны по направлению. В нашем случае внешний ток металла "1" будет анодным, а металла "2" - катодным. Таким образом, в гальванической макропаре металл "1" работает анодом, а металл "2" - катодом. За счет внешнего тока и осуществляется соответствующая поляризация электродов.

Таким образом, коррозия металла в растворе электролита может быть замедлена с помощью контакта с более электроотрицательным металлом (анодный контакт) или ускорена вследствие контакта с более электроположительным металлом (катодный контакт). Сказанное справедливо для случаев коррозии металлов в активном состоянии. Если возможна пассивация основного металла, то катодный контакт может способствовать наступлению пассивного состояния основного металла и уменьшению его скорости коррозии. С другой стороны, для пассивного металла анодный контакт опасен, так как может привести к переходу из пассивного состояния в активное и увеличению скорости коррозии.

Контактная коррозия является распространенной причиной ускоренного разрушения конструкций, смонтированных из разнородных металлов.

Эффективность ускоряющего действия катодного контакта на коррозию основного металла в условиях активного растворения зависит от величины равновесного электродного потенциала катодного металла в данных условиях и затрудненности (перенапряжения) анодного и катодного процессов на катодном металле, а также от соотношения поверхностей катодного и основного (анодного) металлов. Контактная коррозия тем интенсивней, чем положительнее равновесный потенциал катодного металла, чем выше перенапряжение его анодного растворения и чем меньше перенапряжение восстановления окислителя на его поверхности, а также чем больше отношение поверхностей катодного и основного металлов.