Коррозия металлов

Коррозия - разрушение металлов под воздействием окружающей среды.

Коррозия металлов - процесс окисления:

Ме - zē → Меz+

Коррозия – процесс самопроизвольный (ΔG<0) и не может быть полностью предотвращен, однако существует ряд методов, позволяющих ее замедлить.

По механизму коррозия делится на химическую и электрохимическую.

Химическая коррозия – разрушение металлов в результате химического взаимодействия с окружающей средой.

Химическая коррозия делится:

• газовая (протекает при высоких температурах на воздухе, в присутствии газов-галогенов);

• коррозия в агрессивных средах – неэлектролитах (сернистая нефть).

При нагревании стальных изделий на воздухе их поверхность покрывается темным слоем окалины – продуктов окисления (оксида или гидраксида), которые препятствуют дальнейшей диффузии окислителя к металлу и замедляет коррозию.

Пример:

Предметы из меди и ее сплавов при длительном хранении покрываются зеленым налетом основной соли:

2Cu + O2 + H2O + CO2 = (CuOH)2CO3

Скорость химической коррозии зависит от свойств пленки и окислителя, и температуры.

Сплошную оксидную пленку, предотвращающую дальнейшую коррозию, дают такие металлы как Al, Zn, Cr.

Если пленка рыхлая, то замедляется процесс отвода тепла от металла, металл разогревается - скорость коррозии увеличивается.

Электрохимическая коррозия – разрушение металла под действием окружающей среды в результате возникновения гальванических пар.

Характерна для сред, проводящих электрический ток - протекает в электролитах, в атмосфере влажного газа, в почве.

Чаще всего причиной электрохимической коррозии является вода и растворенный в ней кислород, электродный потенциал этой системы равен 0,815 В, и она может окислять многие металлы.

Электрохимическая коррозия – разрушение металла под действием окружающей среды в результате возникновения гальванических пар.

Характерна для сред, проводящих электрический ток - протекает в электролитах, в атмосфере влажного газа, в почве.

Чаще всего причиной электрохимической коррозии является вода и растворенный в ней кислород, электродный потенциал этой системы равен 0,815 В, и она может окислять многие металлы.

Закономерности электрохимической коррозии:

• разрушается более активный металл;

• в кислой среде на поверхности менее активного металла выделяется водород;

• в нейтральной и щелочной средах на менее активном металле происходит восстановление молекулярного кислорода с образованием гидроксид - ионов.

Используемые в технике металлы, как правило, химически неоднородны, содержат примеси других металлов. Это является причиной возникновения микроГЭ, и следовательно, электрохимической коррозии.

Железо – активный металл и по отношению ко многим примесям (Sn, Pb, Ni, Cu и др.) выступает в роли анода.

Пример: коррозии железа в контакте с медью в кислой среде.

Образуется ГЭ: (-) Fe | HCl | Cu (+).

Железо более сильный восстановитель, чем медь, оно будет окисляться. Электроны переходят от железа к меди, перемещаются к поверхности меди, где будут восстанавливаться ионы водорода

Анод: Fe - 2ē → Fe2+

Катод: 2Н+ + 2ē → Н2 (на поверхности меди)

Fe + 2Н+ → Н2↑+ Fe2+

Пример: коррозия (ржавление) железа в нейтральной среде

Анод: Fe - 2ē → Fe2+

Катод: О2 + 2 Н2О +4ē → 4 ОН—

Fe2+ + 2ОН— → Fe(ОН)2

4Fe(ОН)2 + О2 + 2Н2О→ 4Fe(ОН)3

2Fe(ОН)3 →Fe2О3 • Н2О + 2Н2О

Методы защиты от коррозии:

• Окраска металлических изделий, покрытие полимерными пленками (полиэфирными, эпоксидными);

• Оксидирование – получение на металлической поверхности плотного оксидного слоя (анодирование алюминия);

• Нанесение металлических покрытий – катодные покрытия - покрытие менее активным металлом, для железа используют покрытия оловом, никелем, медью;

- анодные покрытия - покрытие более активным металлом, который при нарушении целостности покрытия будет разрушаться, а основной металл останется невредимым;

• Протекторная защита – для защиты подземных трубопроводов, паровых котлов, корпусов кораблей – на некотором расстоянии от защищаемого металла устанавливается анод из более активного металла – искусственно создается ГЭ, в котором окисляться будет более активный металл, а защищаемое изделие останется невредимым.

Эффективный метод, металлическое изделие сохраняется в течение многих лет

• Электрозащита (катодная защита) – защищаемый объект присоединяют к «-»полюсу источника постоянного тока, «+» полюс присоединяют к расположенному вблизи куску металла – используется процесс электролиза;

• Применение ингибиторов коррозии – веществ, которые, адсорбируясь на поверхности металла, делают потенциал более положительным, тем самым замедляя коррозию.