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.