Коррозия металлов

Виды коррозии. Химическая и электрохимическая коррозия. Методы защиты металлов от коррозии (защитные покрытия, лигирование, электрохимические способы защиты). Общие свойства металлов

Коррозия – это самопроизвольное разрушение металлов под действием окружающей среды. Она может протекать в газах, в воздухе, в воде и растворах электролитов, в органических растворителях.

В зависимости от характера коррозионных разрушений различают следующие виды коррозии: равномерная, местная и межкристаллитная.

При равномерной коррозии продукты коррозии покрывают металл ровным слоем. Примером такого разрушения может быть ржавление, а также потускнение на воздухе серебра, никеля, высокотемпературное окисление металлов.

Местная или точечная коррозия сосредоточена на небольших участках поверхности металла. Она приводит часто к образованию язв и даже сквозных отверстий. Так корродирует железо, находясь в земле, и нержавеющие стали в морской воде. Точечная коррозия является более опасной, чем равномерная.

Межкристаллитная коррозия наиболее опасна для металлов. Она распределяется вдоль границ кристаллов, составляющих металл. В результате металл теряет прочность и пластичность. Процесс протекает быстро, проникая внутрь металла. Примером такого разрушения служит разрушение никеля, нагретого в атмосфере, содержащей соединения серы.

По механизму протекания коррозионных процессов различают два типа коррозий – химическую и электрохимическую.

Химическая коррозия

Химическая коррозия – это разрушение металлов под действием сухих газов или жидких неэлектролитов без возникновения электрического тока в системе.

Примером химической коррозии может быть так называемая газовая коррозия, которая вызывается воздействием на поверхность металла агрессивных газообразных компонентов окружающей среды, при высоких температурах, например, кислорода, оксида серы (IV), хлорводорода, сероводорода и других.

Газовой коррозии подвергаются детали и узлы машин, работающих в атмосфере кислорода при высоких температурах, например, поршневые, турбинные, ракетные двигатели.

Однако химическая коррозия может происходить и при действии на металлы агрессивных жидкостей. Примером коррозии под действием неэлектролитов может служить разрушение двигателей внутреннего сгорания в жидком топливе. В топливе содержится сера и её соединения, которые при сгорании образуют оксиды серы (IV) и (VI), являющиеся коррозионными веществами.

С химической коррозией приходится встречаться сравнительно редко. Значительно более распространена электрохимическая коррозия.

Электрохимическая коррозия

Электрохимической коррозией называется разрушение металлов под действием влажного воздуха или в среде электролита с возникновением внутри системы электрического тока.

Примером коррозионных процессов электрохимического характера является разрушение деталей машин, приборов, различных металлических конструкций, находящихся в почвенных, грунтовых, речных, морских водах, во влажной атмосфере, в технических растворах, проводящих электрический ток и др.

Технические металлы содержат примеси других металлов. Поэтому при соприкосновении такого металла с раствором электролита возникает гальванический элемент, в котором более активный металл будет корродировать, в то время как менее активный коррозии не подвергается. Основным отличием электрохимической коррозии от процессов в гальваническом элементе является отсутствие внешней цепи. Электроны в процессе коррозии не выходят из корродирующего металла, а перемещаются внутри металла от более активного металла (анода) к менее активному (катоду).

В качестве примера электрохимической коррозии можно привести коррозию железа в контакте с медью в растворе электролита – соляной кислоты (pH  7). При таком контакте металлов возникает гальванический элемент ( - ) Fe|НCl|Cu (+).

Более активный металл – железо – является анодом (E_Fe²⁺/_Fe = - 0,44 B), а медь – катодом (E_Cu²⁺/_Cu = + 0,337 B). Железо, отдавая электроны, переходит в раствор в виде ионов Fe²⁺, которые с хлорид – ионами среды образуют хлорид железа (II). Электроны, отданные атомами железа, движутся к меди (катоду), где их принимают ионы водорода Н⁺, восстанавливаясь до свободного водорода Н₂. Окислительно-восстановительные реакции, происходящие в данном гальваническом элементе, могут быть выражены суммарным уравнением

анод Fe - 2e  Fe²⁺

катод 2H⁺ + 2e  H₂

Fe + 2H⁺  Fe²⁺ + H₂

или в молекулярной форме

Fe + 2HCl  FeCl₂ + H₂

В процессе работы гальванического элемента наступает поляризация электродов. В результате перехода электронов с анода на катод потенциал катода становится более отрицательным, а потенциал анода более положительным, что приводит к выравниванию потенциалов электродов и замедлению процесса коррозии. Таким образом, в процессе электрохимической коррозии поляризация играет положительную роль.

Однако при коррозии происходит и процесс деполяризации. Окислители, принимающие электроны у катода, называются катодными деполяризаторами. Они уменьшают поляризацию. В кислой среде (рН  7) деполяризаторами служат ионы водорода

2Н⁺ + 2e = H₂

Коррозия с участием ионов водорода называется коррозией с водородной деполяризацией.

В нейтральных средах (рН = 7) электроны принимает кислород, растворённый в воде

O₂ + 2H₂O + 4e = 4OH^-

В растворе нейтрального электролита ионы Fe²⁺ соединяются с ионами ОН^-

Fe²⁺ + 2OH^- =  Fe(OH)₂

Гидроксид железа (II) окисляется кислородом воздуха

4Fe(OH)₂ + О₂ + 2H₂O =  4Fe(OH)₃

Коррозия с участием кислорода называется коррозией с кислородной деполяризацией.