Образование коррозионной гальванопары на примере латуни – сплава Zn – Cu

1. Коррозия латуни в кислой среде:

A (-) Zn | HCl | Cu (+) K

Анодный процесс: Zn – 2e = Zn²⁺ - окисление

Катодный процесс: 2H⁺ + 2e = H₂ – восстановление

Перетекание электронов с анодных участков на катодные называется катодной поляризацией. Снятие электронов с катодных участков ионами водорода называется водородной деполяризацией, а ионы водорода – деполяризаторами. В кислых средах, не содержащих растворённого кислорода, коррозия протекает только с водородной деполяризацией. Данное уравнение будет выглядеть так:

Zn + 2H⁺ = Zn₂₊ + H₂↑

Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂↑

Продукты коррозии: ZnCl₂ и H₂↑. Хлорид цинка - растворимая в воде соль, значит, поверхность металла она не защищает, и растворение цинка идёт до конца. Поэтому латунные изделия нельзя эксплуатировать в кислой среде.

2. Коррозия латуни во влажной атмосфере воздуха (нейтральная среда):

A (-) Zn | Н₂O, O₂ | Cu (+) K

Анодный процесс: Zn – 2e = Zn²⁺ (х2)

Катодный процесс: 2H₂O + O₂ + 4e = 4OH^–

2Zn + 2H₂O + O₂ = 2Zn²⁺ + 4OH^–

2Zn + 2H₂O + O₂ = 2Zn(OH)₂↓

Латунные изделия можно эксплуатировать во влажной атмосфере воздуха, так как образуется нерастворимое соединение, защищающее поверхность от дальнейшей коррозии. Процесс идёт с кислородной деполяризацией.

Электрохимическая коррозия при контакте двух металлов Al – Cu:

A (-) Al | Н₂O | Cu (+) K

Анодный процесс: Al – 3e = Al³⁺ (х2)

Катодный процесс: 2H₂O + 2e = H₂ + 2OH^– (х3)

2Al + 6H₂O = 2Al³⁺ + 3H₂ + 6OH^–

2Al + 6H₂O = 2Al(OH)₃↓ + 3H₂

Процесс идёт с водородной деполяризацией.

Основной причиной электрохимической коррозии является термодинамическая неустойчивость металла в данной среде. Чтобы процесс не шёл самопроизвольно, мы должны выбрать такой металл, для которого E_K < E_A.

Классификация металлов по их термодинамической неустойчивости в наиболее распространённых коррозионных средах

1.Кислая среда (без кислорода).

Катодный процесс: 2H⁺ + 2e = H₂, E_K = 0, ΔE > 0, E_A < 0, т. е. в кислой среде по ряду напряженияй металлов будут подвергаться коррозии Li – W.

2.Нейтральная среда (без кислорода).

Катодный процесс: H₂O + 2e = H₂ + 2OH^–,  = – 0,41 B. Т. е. во влажной атмосфере подвергаются коррозии металлы от Li – Fe по ряду напряжений металлов.

3.Нейтральная среда (с растворённым кислородом).

Катодный процесс: 2H₂O + O₂ + 4e = 4OH^–,  = 0,815 B. Т. е. в нейтральной среде будут корродировать металлы Li – Ag по ряду напряжений металлов.

4.Кислая среда (с растворенным кислородом).

Катодный процесс: 4H⁺ + O₂ + 4e = 2H₂O,  = 1,23 B. Металлы, имеющие меньший электродный потенциал Li – Hg будут корродировать в кислой среде в присутствии кислорода.

Способы защиты металлов от коррозии

Все методы защиты условно делятся на следующие группы:

1. Легирование металлов. Это эффективный, хотя и дорогой метод повышения коррозионной стойкости металлов. При легировании в состав сплава вводят компоненты, вызывающие пассивность металла вследствие образования на их поверхностях прочных оксидных пленок. В качестве таких компонентов применяют хром, никель, вольфрам и др.

2. Защитные покрытия (металлические, неметаллические). Металлические покрытия подразделяются на анодные и катодные. При анодном покрытии металл покрывается более активным металлом, расположенным в ряду напряжения левее, например железо – цинком, и вэтом случае при коррозии идет окисление цинка. При катодном покрытии металл покрывается менее активным металлом, например железо - оловом, и в этом случае при коррозии идет окисление железа.

3. Электрохимическая защита. Метод основан на торможении анодных или катодных реакций коррозионного процесса. Защита осуществляется присоединением к защищаемой конструкции металла с более отрицательным значением электродного потенциала - протектора, а также катодной или анодной поляризацией за счет тока от внешнего источника.

4. Изменение свойств коррозионной среды. Для снижения агрессивности среды уменьшают концентрацию компонентов, опасных в коррозионном отношении, например снижают концентрацию Н⁺-ионов – подщелачивание, удаляют кислород и др.