Электрохимическая коррозия металлов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Коррозией называется самопроизвольное разрушением металлов и сплавов под действием окружающей среды. Характер и скорость коррозии определяется природой металла, составом среды, а также наличием примесей в металле и структурой его поверхности. В зависимости от природы среды, в которой находится металл, коррозию условно делят на два вида - химическую и электрохимическую.

Электрохимическая коррозия происходит в средах, проводящих электрический ток - в растворах электролитов, во влажной атмосфере, в почве и т.п. Согласно теории микрогальванических элементов электрохимическая коррозия объясняется тем, что на отдельных участках металлической поверхности возникают разные по величине электродные потенциалы. Причиной этого является неоднородность поверхности: металлические и неметаллические примеси, оксидные и солевые плёнки, загрязнения, контакт разных металлов и т.д.

Электрохимической является коррозия, протекающая в среде электролита (водные растворы солей, кислот, щелочей, влажный воздух и т.д.) в результате образования короткозамкнутых микроскопических гальванических элементов на металлической поверхности по причине её неоднородности.

При контакте двух разных металлов или при наличии металлической примеси катодом является менее активный металл, у которого больше электродный потенциал. Более активный металл, поляризуясь анодно, окисляется и подвергается разрушению: Мео n = Men+.

Катодный процесс при электрохимической коррозии, называемый деполяризацией, представляет собой восстановление окислителя, содержащегося в электролите.

В кислой среде это преимущественно катионы водорода:

2Не+ + 2 = Н2 (водородная деполяризация).

В нейтральной и щелочной среде идёт восстановление растворённого кислорода:

О2 + 2Н2О + 4 = 4ОН (кислородная деполяризация).

Пример. Написать уравнения процессов, происходящих при коррозии железа, содержащего примеси меди, в разбавленной соляной кислоте.

Ответ. В местах контакта железа с включениями меди в растворе соляной кислоты образуются микрогальванические элементы, которые можно представить схемой:

()Fe HCl Cu(+). Исходя из положения металлов в ряду напряжений, заключаем, что железо более активно ( оFe = 0.44 В) и в образующейся гальванопаре является анодом, а менее активная медь ( оCu = + 0.34 В) катодом. Поэтому железо окисляется, а на катоде происходит восстановление ионов водорода:

А: Fео 2 = Fe2+

K(Cu) : 2Не+ + 2 = Н2

Суммарное уравнение: Fe + 2HCl FeCl2 + H2. Коррозии подвергается железо.

Ежегодный ущерб мирового экономического хозяйства от коррозии металлов составляет величину порядка 300 млрд. долларов. Считается, что примерно один из пяти-семи металлургических или металлоплавильных предприятий работает только для того, чтобы восстановить то количество металла, которое теряется в результате коррозии.

К основным мероприятиям по защите металлов от коррозии относят следующие:

1. Применение коррозионно стойких сплавов, если это позволяют условия эксплуатации и экономические соображения. Например, нержавеющая сталь, содержащая минимум 18% Cr и 10% Ni. На поверхности такого сплава образуется защитная оксидная плёнка, содержащая смеси оксидов: FeO*Cr2O3, NiO*Fe2O3 и проч. Кроме того, хром обеспечивает прочность сплава, а никель позволяет сохранять его пластичность.

2. Металлические покрытия, которые наносятся на защищаемый металл или изделие из него различными способами (электролиз, окунание в расплавленный металл, плакирование - совместная прокатка, напыление в электростатическом поле и т.д.). Эти покрытия можно условно поделить на анодные и катодные. Анодное покрытие - это металл, который электрохимически более активен, чем защищаемый металл. Например, оцинкованное железо:

При нарушении целостности такого покрытия, Zn образуется гальванопара, где анодом является металл Fe

покрытия (здесь цинк), а защищаемый металл (здесь железо) - катод. На аноде происходит окисление, а на катоде - восстановление (след., железо не разрушается):

Zn А) Zno - 2е Zn2+

Fe K) H2O + O2 + 4е 4OH- Кислородная деполяризация.

Оцинкованная сталь, например кровля, в атмосферных условиях может служить около 50 лет.

Катодное покрытие - это металл, который электрохимически менее активен, чем защищаемый металл. Например, лужёное железо (консервные банки):

- при нарушении целостности такого покрытия, Sn (олово);

- образуется гальванопара, где катодом является металл Fe;

- покрытия (здесь олово), а защищаемый металл (здесь железо) - анодом, который окисляется:

Sn К) 2H+ + 2е H2o Водородная деполяризация

Fe А) Feo - 2е Fe2+

3. Неметаллические (органические) покрытия: масла, смолы, эмали, краски, смазки, каучуки, полимеры и пластмассы. Каждая позиция - самостоятельный курс. Красок в зависимости от назначения, применения и свойств насчитывается тысячи наименований. Есть краски противообрастающие (для окраски днища морских судов), термостойкие (выдерживают до 800С, аэрокосмическая промышденность) и прочее, прочее.

4. Обработка металлической поверхности: а) насыщение поверхности пассивирующими элементами или соединениями (азотирование - образуются нитриды d-элементов, борирование - бориды, силицирование - силициды и т.д.); б) химическое оксидирование; в) электрохимическое оксидирование - анодирование (формирование на поверхности металла или изделия утолщённой оксидной плёнки под действием электрического тока) и т.д.

5. Применение инертной атмосферы. Изделие помещается в полипропиленовый пакет, заполненный инертным газом, например аргоном. Кстати, лампочки накаливания, в которых разряжённая атмосфера - из аргона или азота, ибо в присутствии кислорода вольфрамовая нить моментально перегорает.

6. Обработка агрессивной среды. Например, из воды, которая используется в системах замкнутого оборота, желательно удалить кислород, что делается зачастую химическим путём.

7. Применение ингибиторов коррозии - веществ, которые замедляют развитие коррозионных процессов. Ингибиторы коррозии бывают водорастворимые, маслорастворимые, атмосферного действия, летучие и т.п. Многие из таких веществ являются азотсодержащими органическими соединениями. Механизм их действия и способы применения могут быть самыми разнообразными.

8. Электрохимические методы. Наиболее распространена электрохимическая коррозия, поэтому логично использовать законы электрохимии для предотвращения коррозии. Среди этих методов достаточно выделить 1) метод протекторов и 2) катодную защиту (не путать с катодными покрытиями).

коррозия разрушение металл сплав

Размещено на Allbest.ru