Коррозия металлов

КОРРОЗИЯ - процесс самопроизвольного разрушения металлов и сплавов под действием окружающей среды; данный процесс является окислительно-восстановительным и протекает на границе раздела фаз.

По механизму протекания коррозионного процесса, который зависит от характера внешней среды, различают химическую и электрохимическую коррозию.

Химическая коррозия – самопроизвольное разрушение металла или сплава в окислительных средах, которые не проводят электрический ток.

К ней относятся:

а) высокотемпературная коррозия в атмосфере сухих газов, т.е. при отсутствии конденсации влаги на поверхности металла или сплава (сухой воздух, хлор, сероводород и т.д.);

б) коррозия в жидких неэлектропроводных средах. К ним относятся жидкости органического происхождения (бензин, керосин, сернистая нефть и т.д.), а также ряд жидкостей неорганического происхождения ( расплавленная сера, жидкий бром и др.).

Сущность химической коррозии сводится к окислительно-восстановительной реакции, которая протекает между металлом или сплавом и окислителем.

Например, хМе + у/₂ О₂ = Ме_хОу

ПРИМЕР 1: Рассмотрите процесс коррозии цинковой пластины в атмосфере сухого сероводорода при температуре 400К.

ОТВЕТ: В атмосфере любого сухого газа при высоких температурах протекает химическая коррозия, сущность которой, в данном случае, сводится к окислительно-восстановительной реакции между металлом (Zn) и окислителем (H₂S):

Zn + H₂S = ZnS + H₂

Zn – 2e = Zn²⁺ | 1

2H⁺ + 2e = H₂ |1

Продуктом коррозии является сульфид цинка.

ПРИМЕР 2: Опишите процесс коррозии железного гвоздя, помещенного в бензин, который насыщен кислородом.

ОТВЕТ: В чистом виде органические растворители не реагируют с металлами, но в присутствии примесей химическое взаимодействие протекает интенсивно. В данном случае будет протекать химическое взаимодействие между железом и кислородом:

4Fe + 3O₂ = 2Fe₂O₃

Fe – 3e = Fe³⁺ | 4

O₂ + 4e = 2O^2- | 3

Электрохимическая коррозия – самопроизвольное разрушение металла или сплава в среде электролита:

- в растворах электролитов (растворы щелочей, кислот и солей; морская вода);

- в атмосфере любого влажного газа;

- в почве

При электрохимической коррозии протекают раздельно два процесса: окисление на анодных участках и восстановление на катодных участках, при этом образуется коррозионный элемент:

nē

Ме₁ / Д / Ме₂

nē

где Д – деполяризатор.

Схематично процесс электрохимической коррозии можно описать следующими электродными процессами:

Анодные участки: Ме – nе = Меⁿ⁺

Катодные участки: Д + nе = Д^n-

Катодный процесс зависит от кислотности среды (рН):

а) если рН< 7 (в растворах кислот и солей, гидролизующихся по катиону), то деполяризатором являются ионы водорода Н⁺, и на катодных участках осуществляется водородная деполяризация, протекающая по схеме:

2Н⁺ + 2е = Н₂.

б) если рН ≥ 7 (в нейтральных и щелочных средах), то деполяризатором являются молекулы кислорода, растворенные в электролите, и на катодных участках осуществляется кислородная деполяризация, протекающая по схеме:

О₂ + 2Н₂О + 4е = 4ОН^-.

ПРИМЕР 3: Рассмотрите химические процессы, протекающие при контакте цинковой и свинцовой пластин, погруженных в раствор хлорида аммония.

ОТВЕТ: В данном случае мы имеем дело с контактной электрохимической коррозией. Е⁰(Zn/Zn²⁺) = -0,76B, a E⁰(Pb/Pb²⁺) = -0,13 B. Следовательно, цинк, характеризующийся более низким значением электродного потенциала, будет проявлять свойства анода, а свинец с большим значением электродного потенциала – свойства катода.

В водном растворе хлорид аммония подвергается процессу гидролиза по катиону слабого основания :

NH₄Cl = NH₄⁺ + Cl^-

NH₄Cl + H₂O ↔ NH₄OH + HCl

NH₄⁺ + HOH ↔ NH₄OH + H⁺

В результате гидролиза среда раствора становится кислой, т.к. накапливаются ионы водорода Н⁺ (pH < 7), следовательно, деполяризатором являются ионы водорода Н⁺, а на катодных участках осуществляется водородная деполяризация

Строение и работа коррозионного элемента описывается следующей схемой:

2ē

(-) Zn / NH₄Cl + H₂O + O₂ / Pb (+)

N H₄ОН + HCl

2ē

Анодные участки : Zn – 2e = Zn²⁺

Катодные участки: 2H⁺ + 2e = H₂ (pH< 7)

Суммарное уравнение коррозии: Zn + 2H⁺ = Zn²⁺ + H₂

Продуктом коррозии является хлорид цинка.

ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

141. Определите тип коррозии. Составьте уравнения процессов, протекающих в каждом из случаев, , и схему коррозионного элемента для случая электрохимической коррозии.

а) Шероховатая железная пластинка в среде газообразного хлора при Т>573 К;

б) Какой из двух металлов (Fe/Ti), контактирующих в конструкции, будет подвергаться разрушению? Металлическое изделие находится в растворе CuCl₂;

142. Определите тип коррозии. Составьте уравнения процессов, протекающих в каждом из случаев, , и схему коррозионного элемента для случая электрохимической коррозии.

а/ Полированная пластина из углеродистой стали в сухом хлороводороде при Т>300 К;

б/ Каким - анодным или катодным – покрытием будет цинк, если изделие изготовлено из железа? Напишите схему коррозионного процесса, протекающего при нарушении целостности покрытия в растворе (NH₄)₂SO₄ .

143. Определите тип коррозии. Составьте уравнения процессов, протекающих в каждом из случаев, и схему коррозионного элемента для случая электрохимической коррозии.

а/ Полированная алюминиевая пластина в сухом воздухе при Т>400К;

б/ В качестве протектора для защиты от коррозии стальных изделий используют алюминий. Составьте схему процессов, лежащих в основе защитного действия протектора, протекающих в растворе Mn(NO₃)₂ .

144. Определите тип коррозии. Составьте уравнения процессов, протекающих в каждом из случаев, и схему коррозионного элемента для случая электрохимической коррозии.

а/ Шероховатая железная пластинка в сухом воздухе при Т>373К;

б/ Какой из двух металлов (Cu/Ti), контактирующих в конструкции, будет подвергаться разрушению. Металлическое изделие находится в растворе К₂S;

145. Определите тип коррозии. Составьте уравнения процессов, протекающих в каждом из случаев, и схему коррозионного элемента для случая электрохимической коррозии.

а/ Шероховатая цинковая пластинка в сухом сероводороде при Т>300К;

б/ Каким - анодным или катодным – покрытием будет хром, если изделие изготовлено из железа? Напишите схему коррозионного процесса, протекающего при нарушении целостности покрытия в растворе Cu(NO₃)₂

146. Определите тип коррозии. Составьте уравнения процессов, протекающих в каждом из случаев, и схему коррозионного элемента для случая электрохимической коррозии.

а/ Изогнутая пластина из углеродистой стали в сухом хлороводороде при Т>300К;

б/ В качестве протектора для защиты от коррозии стальных изделий используют марганец. Составьте схему процессов, лежащих в основе защитного действия протектора, протекающих в растворе NaНCO₃.

147. Определите тип коррозии. Составьте уравнения процессов, протекающих в каждом из случаев, и схему коррозионного элемента для случая электрохимической коррозии.

а/ Шероховатая алюминиевая пластина в водяном паре при Т>423К;

б/ К какому типу покрытия относится олово на меди? Напишите схему коррозионного процесса, протекающего при нарушении целостности покрытия в растворе сульфида калия?

148. Определите тип коррозии. Составьте уравнения процессов, протекающих в каждом из случаев, и схему коррозионного элемента для случая электрохимической коррозии.

а/ Полированная цинковая пластина в сухом сероводороде при Т>360К;

б/ Магниево-алюминивый сплав эксплуатируется во влажной атмосфере воздуха.

149. Определите тип коррозии. Составьте уравнения процессов, протекающих в каждом из случаев, и схему коррозионного элемента для случая электрохимической коррозии.

а/ Изогнутая пластина из углеродистой стали в насыщенном кислородом бензине при Т=298К;

б/ Алюминиевое изделие с медными заклепками находится в растворе Na₂SO₃ при Т=298 К.

150. Определите тип коррозии. Составьте уравнения процессов, протекающих в каждом из случаев, и схему коррозионного элемента для случая электрохимической коррозии.

а/ Полированная алюминиевая пластина в сухом воздухе при Т>398К;

б/ Каким - анодным или катодным – покрытием будет хромолово, если изделие изготовлено из железа? Напишите схему коррозионного процесса, протекающего при нарушении целостности покрытия в растворе карбоната натрия.

151. Определите тип коррозии. Составьте уравнения процессов, протекающих в каждом из случаев, и схему коррозионного элемента для случая электрохимической коррозии.

а/ Полированная пластина из углеродистой стали в сухом хлороводороде при Т>350К;

б/ В качестве протектора для защиты от коррозии стальных изделий используют цинк. Составьте схему процессов, лежащих в основе защитного действия протектора, протекающих в морской воде.

152. Определите тип коррозии. Составьте уравнения процессов, протекающих в каждом из случаев, и схему коррозионного элемента для случая электрохимической коррозии.

а/ Шероховатая железная пластинка в насыщенном кислородом керосине при Т>298К;

б/ Пластина из латуни (сплав цинка с медью) эксплуатируется в растворе серной кислоты.

153. Определите тип коррозии. Составьте уравнения процессов, протекающих в каждом из случаев, и схему коррозионного элемента для случая электрохимической коррозии.

а/ Полированная пластина из углеродистой стали в насыщенном хлором керосине при Т=298К;

б/ Медное изделия, паянное серебром эксплуатируется в растворе КОН.

154. Определите тип коррозии. Составьте уравнения процессов, протекающих в каждом из случаев, и схему коррозионного элемента для случая электрохимической коррозии.

а/ Полированная цинковая пластина во влажном воздухе при Т>300К;

б/ Какой из двух металлов (Cr/Sn), контактирующих в конструкции, будет подвергаться разрушению? Металлическое изделие находится в растворе CuCl₂;

155. Определите тип коррозии. Составьте уравнения процессов, протекающих в каждом из случаев, и схему коррозионного элемента для случая электрохимической коррозии.

а/ Полированная железная пластина в водяном паре при Т>473К;

б/ Биметаллическая композиция Cu/Ag в растворе KCl при Т=298 К.

156. Определите тип коррозии. Составьте уравнения процессов, протекающих в каждом из случаев, и схему коррозионного элемента для случая электрохимической коррозии.

а/Шероховатая алюминиевая пластинка в сухом хлороводороде при Т>380К;

б/ Какой из двух металлов (Cu/Fe), контактирующих в конструкции, будет подвергаться разрушению? Металлическое изделие находится в растворе Na₂SO₃;

157. Определите тип коррозии. Составьте уравнения процессов, протекающих в каждом из случаев, и схему коррозионного элемента для случая электрохимической коррозии.

а/ Шероховатая медная пластинка в сухом сероводороде при Т>330К;

б/ В качестве протектора для защиты от коррозии стальных изделий используют цинк. Составьте схему процессов, лежащих в основе защитного действия протектора, протекающих в растворе сульфата алюминия.

158. Определите тип коррозии. Составьте уравнения процессов, протекающих в каждом из случаев, и схему коррозионного элемента для случая электрохимической коррозии.

а/ Полированная пластина из углеродистой стали в газообразном хлоре при Т>398К;

б/ Гальванопара Al/Hg находится в нейтральной водной среде.

159. Определите тип коррозии. Составьте уравнения процессов, протекающих в каждом из случаев, и схему коррозионного элемента для случая электрохимической коррозии.

а/ Полированная пластина из углеродистой стали в сухих парах брома при Т>320К;

б/ Какой из двух металлов (Pb/Cu), контактирующих в конструкции, будет подвергаться разрушению? Металлическое изделие находится в растворе FeCl₂;

160. Определите тип коррозии. Составьте уравнения процессов, протекающих в каждом из случаев, и схему коррозионного элемента для случая электрохимической коррозии.

а/ Полированная алюминиевая пластина в насыщенном кислородом керосине при Т=298К;

б/ Стальное изделие, паянное оловом эксплуатируется в среде соляной кислоты.