Коррозия металлов. Цель работы: изучить процесс коррозии и факторы, влияющие на скорость коррозии, способы защиты

Цель работы: изучить процесс коррозии и факторы, влияющие на скорость коррозии, способы защиты.

Коррозией называют разрушение металла в результате химического или электрохимического взаимодействия металла с окружающей средой. Скорость коррозии выражают либо через потерю массы образца в единицу времени на единицу площади поверхности, либо через уменьшение толщины металла в единицу времени.

В результате коррозии металлы становятся менее прочными, изменяются размеры изделий, увеличивается работа трения между деталями машины. Народному хозяйству коррозия причиняет значительный ущерб.

Различают два вида коррозии – химическую и электрохимическую. Если окисление металла происходит как обычная химическая реакция (соединение железа с кислородом при высокой температуре с образованием окалины), то коррозию называют химической. Химическая коррозия характерна для сред, не проводящих электрический ток. В процессе химической коррозии происходит прямое взаимодействие металла с окислителем.

Электрохимическая коррозия металлов наблюдается при соприкосновении металлов с водой, растворами электролитов, атмосферным воздухом или другими влажными газами. В этих случаях процесс коррозии сопровождается перемещением электронов с одних участков металла к другим, т.е. появлением электрического тока. Наиболее распространенными окислителями в коррозионном процессе служат ионы водорода и молекулы кислорода.

В качестве примера электрохимической коррозии рассмотрим действие H₂SO₄ на технический цинк, содержащий примесь железа. На поверхности такого цинка возникает множество микроскопических гальванических элементов

Zn | H₂SO₄ | H₂ | Fe,

в котором цинк служит анодом, а железо – катодом. На цинке протекает анодный процесс

Zn⁰ – 2e → Zn²⁺ (окисление)

а на железе – катодный процесс

2H⁺ + 2e → H₂ (восстановление).

Таким образом, электрохимическая коррозия металлов – это результат деятельности микрогальванических элементов на их поверхности.

При описании коррозионных явлений, так же как и гальванических элементов, окисляющийся металл называют анодом, а процесс окисления – анодным. Металл, на котором электроны переходят к окислителю, называют катодом, а процесс восстановления – катодным.

При контакте двух металлов анодом становится металл, электродный потенциал которого более отрицателен.

Скорость коррозии зависит от различных факторов: от природы металла и вида поверхности, от рН и температуры раствора, с которым реагирует металл.

Большое значение процессов коррозии имеет поляризация электродов, образование пленок на металлах, перенапряжение водорода.

Если бы в коррозионных гальванических элементов не происходило поляризации электродов, то процессы коррозии протекали бы с такой скоростью, что железо и ряд других металлов потеряли бы свое значение в технике.

Механизм коррозии в кислой и нейтральной средах различен. Особенности электрохимической коррозии в кислой среде были рассмотрены выше (на примере технического цинка).

Если среда нейтральная, окислителями являются не ионы водорода, а молекулы кислорода, растворенного в воде, которые на катоде превращаются в ионы ОН^-:

O₂ + 2 H₂O + 4e = 4OH^-.

Примером может служить коррозия технического железа на воздухе, когда оно покрыто влажной пленкой или же находится в растворе электролитов с незначительной концентрацией Н⁺. Таким образом, электрохимическая коррозия в нейтральной среде происходит с поглощением кислорода:

Анод: 2Fe⁰ – 4e → 2Fe²⁺ Fe²⁺ + 2OH^- → Fe(OH)₂

Катод: O₂ + 2H₂O + 4e → 4OH^- 4Fe(OH)₂ + O₂ + 2H₂O → 4Fe(OH)₃

в растворе

Коррозия с поглощением кислорода возможна, если потенциал кислородного электрода положительнее потенциала металла. В некоторых случаях коррозия лимитируется анодными реакциями. Обычно это наблюдается у металлов, способных к пассивации, таких как алюминий, титан, хром, никель, тантал и другие. Пассивация обычно обусловлена образованием на поверхности металла защитных пленок.

Существуют различные способы уменьшения коррозии металлов: пассивация поверхности металла, изменение потенциала, уменьшение концентрации окислителя, изоляция поверхности металла от окислителя, изменение состава металла.