Електрохімічна корозія металів

Корозія - це мимовільно протікає процес руйнування металів в результаті хімічного або електрохімічного взаємодії їх з навколишнім середовищем. Електрохімічна корозія - найбільш поширений вид корозії металів, це руйнування металу в середовищі електроліту з виникненням всередині системи електричного струму. Прикладом корозійних процесів електрохімічного характеру є руйнування деталей машин і різних металевих конструкцій в грунтових, грунтових, річкових і морських водах, у вологому атмосфері, в технічних розчинах, під дією мастильно-охолоджуючих рідин, що застосовуються при механічній обробці металів і т.д.

Причиною електрохімічної корозії є утворення на поверхні металу великої кількості мікрогальваніческіх пар, які виникають з наступних причин:

1. Наявність домішок металів або інших речовин, що відрізняються за активністю від основного металу.

2. Структурна неоднорідність поверхні металу, що визначає наявність ділянок з різною активністю.

3. Нерівномірність розподілу деформацій в металі після термічної і механічної обробки і ін.

При електрохімічної корозії на поверхні металу одночасно протікають два процеси:

анодний - окислення металу: Ме - n # 275; = Me n +

і катодний - відновлення іонів водню в кислому середовищі:

2H + + 2e = H2 або

молекул кисню, розчиненого у воді, в разі атмосферної корозії:

Іони або молекули, які відновлюються на катоді, називаються деполяризаторами. При атмосферної корозії - корозії у вологому повітрі при кімнатній температурі - деполяризатором є кисень.

Приклад 20. Як відбувається корозія цинку, що знаходиться в контакті з кадмієм в нейтральному і кислому розчинах. Складіть електронні рівняння анодного і катодного процесів. Який склад продуктів корозії?

Рішення. При такому контакті виникає корозійний гальванічний мікроелемент. Цинк має більш негативний потенціал (-0,763 В), ніж кадмій (-0,403) (табл. 12.1), тому він є анодом, а кадмій - катодом.

Анодний процес: Zn - 2 # 275; = Zn 2+.

Катодний процес: в кислому середовищі: 2H + + 2 # 275; = H2;

в нейтральному середовищі: 2H2 O + O2 + 4 # 275; = 4OH -.

Так як іони Zn 2+ з гідроксильною групою утворюють нерозчинний гідроксид, то продуктом корозії в нейтральному середовищі буде Zn (OH) 2.

Швидкість корозії тим більше, чим сильніше розрізняються електродні потенціали металів, тобто чим далі вони розташовані один від одного в ряду напруг. Крім того, швидкість корозії підвищується при збільшенні концентрації електроліту і підвищенні температури.

Захист від корозії. Всі методи захисту умовно діляться на наступні групи:

1. Легування металів. Це ефективний, хоча і дорожчий метод підвищення корозійної стійкості металів. При легуванні до складу сплаву вводять компоненти, що викликають пасивність металу внаслідок утворення на їх поверхнях міцних оксидних плівок. В якості таких компонентів застосовують хром, нікель, вольфрам і ін.);

2. Захисні покриття (металеві, неметалеві). Металеві покриття підрозділяються на анодні і катодні. При анодному покритті метал покривається більш активним металом, розташованим в ряду напруги лівіше, наприклад залізо - цинком, і вцьому випадку при корозії йде окислення цинку. При катодному покритті метал покривається менш активним металом, наприклад залізо - оловом, і в цьому випадку при корозії тдет окислення заліза;

3. Електрохімічний захист (цей метод заснований на гальмуванні анодних або катодних реакцій корозійного процесу. Захист здійснюється приєднанням до конструкції, що захищається металу з більш негативним значенням електродного потенціалу - протектора, а також катодного або анодному поляризацією за рахунок струму від зовнішнього джерела);

4. Зміна властивостей корозійного середовища. Для зниження агресивності середовища зменшують концентрацію компонентів, небезпечних в корозійному відношенні, наприклад знижують концентрацію Н + -іонів - подщелачивание, видаляють кисень і ін.

Приклад 21. Які процеси протікають при корозії оцинкованого і лудженого заліза а) в кислому середовищі; б) на повітрі?

Рішення. 1. оцинкованого заліза отримують, покриваючи залізо тонким шаром цинку. При такому контакті виникає гальванічний елемент. Цинк має більш негативний потенціал (-0,763 В), ніж залізо (-0,44 В) (табл. 7.1), тому він є анодом, а залізо - катодом. а) Схема ГЕ записується в кислому середовищі:

(-) Zn ½ HCl ½ Fe (+).

Анодний процес: Zn - 2 # 275; = Zn 2+;

катодний процес: 2H + + 2 # 275; = H2.

Отже, цинк в цьому випадку кородує замість заліза. Подібний захист металу, при якій він грає роль катода в процесі електрохімічної корозії, називається катодного захистом. а цинк в цьому випадку є анодним покриттям.

б) Для корозії на повітрі схема ГЕ: (-) Zn ½ H2 O, O2 ½ Fe (+).

Анодний процес: Zn - 2 # 275; = Zn 2+;

катодний процес: 2H2 O + O2 + 4 # 275; = 4OH -.

Цинк захищає залізо від корозії навіть після порушення цілісності покриття.

2. Так звану «білу жерсть» отримують, покриваючи тонким шаром олова листове залізо. Порівняння електроднихпотенціалів заліза (-0,44 В) і олова (-0,13 В) показує, що залізо окислюється легше олова, тому залізо в цій парі грає анода.

a) У кислому середовищі: (-) Fe ½ HCl ½ Sn (+).

Анодний процес: Fe - 2 # 275; = Fe 2+;

катодний процес: 2H + + 2 # 275; = H2.

б) У вологому атмосфері: (-) Fe ½ H2 O, O2 ½ Sn (+).

Анодний процес: Fe - 2 # 275; = Fe 2+;

Сумарний процес: 2Fe + 2H2 O + O2 = 2Fe 2+ + 4OH -.

Олово захищає залізо лише до тих пір, поки захисний шар залишається неушкодженим. Варто тільки його пошкодити, як на залізо починають впливати повітря і волога. Олово навіть прискорює корозію заліза, тому що служить катодом в електрохімічному процесі корозії. Подібний захист металу, при якій він грає роль анода в процесі електрохімічної корозії, називається анодної захистом. а олово в цьому випадку є катодних покриттям.

Приклад 22. Як буде протікати процес корозії в тому випадку, якщо залізну водостічну трубу прибити до дому алюмінієвими цвяхами?

Рішення. Порівняння електроднихпотенціалів заліза (-0,44 В) і алюмінію (-1,7 В) показує, що алюміній цій парі є анодом, а залізо - катодом. Схема ГЕ:

Таким чином, поблизу алюмінієвого цвяха труба буде захищена від корозії. Однак алюмінієвий цвях повинен в цих умовах швидко корродировать, і врешті-решт труба впаде. Продуктом корозії буде білий порошок гідроксиду алюмінію.