Химическая коррозия

Основным признаком этой коррозии является отсутствие в коррозионной среде конденсационной влаги. Поэтому этот тип коррозии нередко называют коррозией сухими газами или термической коррозией. При химической коррозии протекает химическая окислительно-восстановительная реакция между металлом и окислителем (коррозионным агентом) из внешней среды. При этой реакции поверхность металла окисляется, а коррозионный агент – восстанавливается.

Химической коррозии подвержены детали и узлы машин, работающих при высокой температуре – поршневые двигатели, камеры внутреннего сгорания топлива, химические реакторы и т.д.

При химической коррозии металлов происходит изменение состава поверхности металла. Рассмотрим это на примерах коррозии металла газами.

Химическая коррозия стали в среде воздуха или кислорода

В большинстве случаев активным коррозионным агентом является кислород:

Fe+ O₂  FeO + Fe₂O₃ + Fe₃O₄

Сталь представляет собой сплав железа и углерода. Углерод находится в стали в виде зерен карбида железа (Fe₃C). При коррозии протекают следующие химические реакции на поверхности металла:

2Fe + O₂ ↔2FeO_(тв)

FeO_(тв) ↔ FeO_(р-р) процесс растворения оксида в металле, смещающий равновесие предыдущей реакции в сторону образования твердого оксида железа, способствующий продолжению коррозии.

FeO_(р-р) + Fe₃C → 4Fe + CO↑ происходит выгорание углерода с поверхности металла.

Коррозионно-активными, кроме кислорода, являются продукты сгорания топлива CO₂, H₂O, CO, SO₂.

Химическую коррозию стали в среде углекислого газа можно показать следующими реакциями:

Fe + CO₂ ↔ FeO_(тв) + CO

FeO_(тв) ↔ FeO_(р-р)

Fe₃C + CO₂ ↔ 3Fe + 2CO

В результате происходит межкристаллитная коррозия.

Химическая коррозия стали в среде горячего водяного пара.

Fe + H₂O → FeO_(тв) + H₂

FeO_(тв) ↔ FeO_(р-р)

H₂ →2H_(р-р)

Fe₃C + H₂O→ 3Fe + CO +H₂

В этом случае водород, растворяясь в стали, делает ее поверхность хрупкой, что особенно опасно для тонкостенных конструкций. Этот процесс носит название водородное охрупчивание стали, давление водорода создает в микрополостях металла зоны механических напряжений, порождающих микротрещины, в результате чего возникает транскристаллитная коррозия.

Химическую коррозию можно наблюдать при контакте металла с неводными средами, например, при контакте нефти или ее продуктов с поверхностью стальных цистерн. В составе нефти находятся органические соединения, особенно опасны соединения, содержащие хлорид-ионы и серу, они образуют легко растворимые хлориды и сульфиды металлов.

Химическая коррозия стали в неводных средах:

2R Cl + Me → MeCl₂ + RR

R₁SR₂+ Me →MeS + R₁R₂

Разрыв ковалентных связей, способствующий переходу хлорида и сульфида в ионное состояние, совершается легче при повышенных температурах.

В камерах внутреннего сгорания топлива присутствует химический тип коррозии металла, часто называемый ванадиевой коррозией по названию коррозионного агента – пятиокиси ванадия (V₂O₅) в составе жидкого топлива, например, дизельного. В этом случае коррозия описывается следующими реакциями:

Fe + V₂O₅ → FeO + V₂O₄, образуемая при этом четырехокись ванадия является катализатором дальнейшей коррозии стали, так как вновь окисляется до пятиокиси ванадия по реакции:

V₂O₄ + О₂ → V₂O₅