Какой металл будет подвергаться коррозии
Обновлено: 17.05.2024
Ржавчина, обычно называемая окислением, возникает, когда железо или металлические сплавы, содержащие железо, такие как сталь, подвергаются воздействию кислорода и воды в течение длительного периода времени.
Ржавчина образуется, когда железо подвергается процессу окисления, но не все окисления образуют ржавчину. Как уже говорилось выше, ржаветь может только железо или сплавы, содержащие железо, но и другие металлы могут подвергаться коррозии аналогичным образом.
Что такое коррозия?
Коррозия возникает, когда элемент, легко теряющий свои электроны (например, некоторые металлы), соединяется с элементом, который поглощает дополнительные электроны (кислород), а затем вступает в контакт с раствором электролита (водой). Работа воды в процессе коррозии заключается в ускорении потока электронов от металла к кислороду.
Этот процесс называется окислительно -восстановительной реакцией и на самом деле представляет собой два химических процесса, которые происходят одновременно: восстановление (редукция) и окисление.
Что такое редукция?
Редукция – это название химической реакции, которая происходит, когда молекула получает электрон. Это роль кислорода в коррозии металлов.
Что такое окисление?
Окисление – это противоположная восстановлению реакция, которая происходит, когда молекула теряет электрон. Это роль воздействия металла в коррозии металла. Ржавчина и патина меди странного зеленого цвета – видимые результаты того, что металлы теряют свои электроны в воздухе.
Ржавеют ли медь, железо и алюминий?
Технически ржаветь может только железо и сплавы, содержащие железо. Другие металлы, включая драгоценные металлы, такие как золото и серебро, могут подвергаться аналогичной коррозии.
Что отличает определенные металлы, так это время, необходимое для того, чтобы они начали ржаветь или подвергаться коррозии.
Вот несколько примеров о том, как наиболее распространенные металлы противостоят ржавчине и коррозии.
В ассортименте нашей компании есть эффективный удалитель ржавчины с металлов «РжавоМед-У»
Ржавеет ли медь?
Медь не ржавеет, однако, корродирует. Медь имеет естественный коричневый цвет и при коррозии приобретает ярко-зеленый оттенок. Хотя некоторые считают, что реакция меди скорее потускнение, чем окисление, металл по-прежнему подвергается аналогичному процессу «ржавления».
В естественной среде медь крайне несклонна к коррозии. Тип коррозии, которая в конечном итоге приводит к поломке медных питьевых труб, называется эрозионной коррозией, и она возникает только из-за воздействия текущей турбулентной воды в течение длительного периода времени. Обычно видимая на старых монетах знаменитая красивая зеленая «патина» может полностью сформироваться за 20 лет.
Это один из немногих природных металлов, который не добывается из руды (хотя он может быть получен другими способами), пригодный для непосредственного использования в естественной среде. Этот, а также тот факт, что медь очень мягкая и с ней легко работать, повлекли за собой то, что медь стала одним из первых металлов, с которыми работали люди в истории человечества.
Фактически, медь имела такое большое значение, что у нас действительно есть период в истории, называемый медным веком.
Медь обладает высокой проводимостью к теплу и электричеству, поэтому ее часто используют в электропроводке.
Медь также имеет очень низкую реакционную способность. Известный инструмент в химии, который представляет собой последовательность металлов, упорядоченную от самой высокой до самой низкой реакционной способности до кислот, воды, извлечения металлов из их руд и других реакций. Из-за её низкой реакционной способности специальный сплав меди (90% меди и 10% никеля) используется для деталей лодок, которые в дальнейшем подвергаются воздействию морской воды, или в качестве труб для транспортировки питьевой воды. Если вы осмотритесь в своем доме или здании, то заметите, что во многих ваших приборах используются медные трубы для подачи и отвода воды.
По данным Министерства жилищного строительства и городского развития России, средний срок службы медной водопроводной трубы составляет 50-70 лет.
Ржавеет ли железо?
Да. Помните, что технически ржаветь может только железо и сплавы, содержащие железо.
По сравнению с коррозией других металлов, железо относительно быстро ржавеет, особенно если оно подвергается воздействию воды и кислорода. Фактически, когда железо подвергается воздействию воды и кислорода, оно может начать ржаветь в течение нескольких часов.
Железо также быстро ржавеет при воздействии высоких температур. Экстремальные температуры могут изменить химический состав металла, что делает его чрезвычайно склонным к рекомбинации с кислородом в окружающей среде.
Алюминий производится в 3 этапа:
Этап 1. Добыча полезных ископаемых
Этап 2. Обработка
Этап 3. Электролитическое восстановление (при котором образуется сам алюминий)
Алюминий получают из минерала боксита. Бокситы чаще всего встречаются в субтропических местах, таких как Африка, Западная Индия, Южная Америка и Австралия, хотя есть небольшие месторождения и в других местах, например, в Европе. Австралия является крупнейшим производителем бокситов. На его долю приходится около 23% мировой добычи.
Затем этот боксит перерабатывается в оксид алюминия, который состоит только из атомов алюминия и кислорода, связанных вместе.
Затем через оксид алюминия пропускается электрический ток, который отделяет различные компоненты друг от друга. Пузырьки кислорода образуются на одном конце, а капли чистого расплавленного алюминия собираются на другом.
Около 4-5 тонн боксита перерабатывается в 2 тонны оксида алюминия, что дает 1 тонну чистого алюминия.
Алюминий корродирует намного медленнее, чем другие металлы, такие как железо. Причина того, что алюминий не так легко подвергается коррозии, как другие металлы, заключается в его особой реакции с водой.
Обычно, когда вода вступает в контакт с металлом, она побуждает металл еще быстрее отдавать свои электроны окружающему его кислороду.
Однако у алюминия особая реакция на воду. Когда вода соприкасается с алюминием, атомы алюминия и кислорода (содержащиеся в металле, а не кислород в окружающем его воздухе) перемещаются дальше друг от друга.
Они окажутся почти на 50% дальше друг от друга, чем были в начале. Эта реакция удаления меняет молекулярную структуру алюминия настолько, что он становится химически инертным, а это означает, что он не так легко подвергается коррозии.
Как предотвратить ржавление металлов
Ржавчина – это естественная химическая реакция. Несмотря на то, что некоторые металлы ржавеют быстрее других, это не должно вас сдерживать от использования этих металлов для определенных целей. Есть много способов предотвратить ржавчину металлов, например, металлические краски и покрытия, защитные барьеры, барьерные пленки, а также многочисленные антикоррозионные растворы и лужение. В каждом методе используются разные соединения и материалы для создания защитного барьера между металлом и элементами, вызывающими ржавчину и коррозию.
Коррозия металлов. Виды коррозии металлов
Материалы из металлов под химическим или электрохимическим воздействием окружающей среды подвергаются разрушению, которое называется коррозией.
Коррозия металлов вызывается окислительно-восстановительными реакциями, в результате которых металлы переходят в окисленную форму и теряют свои свойства, что приводит в негодность металлические материалы.
Можно выделить 3 признака, характеризующих коррозию:
- Коррозия – это с химической точки зрения процесс окислительно-восстановительный.
- Коррозия – это самопроизвольный процесс, возникающий по причине неустойчивости термодинамической системы металл – компоненты окружающей среды.
- Коррозия – это процесс, который развивается в основном на поверхности металла. Однако, не исключено, что коррозия может проникнуть и вглубь металла.
Виды коррозии металлов
Наиболее часто встречаются следующие виды коррозии металлов:
- Равномерная – охватывает всю поверхность равномерно
- Неравномерная
- Избирательная
- Местная пятнами – корродируют отдельные участки поверхности
- Язвенная (или питтинг)
- Точечная
- Межкристаллитная – распространяется вдоль границ кристалла металла
- Растрескивающая
- Подповерхностная
Основные виды коррозии металлов
С точки зрения механизма коррозионного процесса можно выделить два основных типа коррозии: химическую и электрохимическую.
Химическая коррозия металлов
Химическая коррозия металлов — это результат протекания таких химических реакций, в которых после разрушения металлической связи, атомы металла и атомы, входящие в состав окислителей, образуют химическую связь.
Электрический ток между отдельными участками поверхности металла в этом случае не возникает. Такой тип коррозии присущ средам, которые не способны проводить электрический ток – это газы, жидкие неэлектролиты.
Виды химической коррозии
Химическая коррозия металлов бывает газовой и жидкостной.
Газовая коррозия металлов – это результат действия агрессивных газовых или паровых сред на металл при высоких температурах, при отсутствии конденсации влаги на поверхности металла. Это, например, кислород, диоксид серы, сероводород, пары воды, галогены. Такая коррозия в одних случаях может привести к полному разрушению металла (если металл активный), а в других случаях на его поверхности может образоваться защитная пленка (например, алюминий, хром, цирконий).
Жидкостная коррозия металлов– может протекать в таких неэлектролитах, как нефть, смазочные масла, керосин и др. Этот тип коррозии при наличии даже небольшого количества влаги, может легко приобрести электрохимический характер.
При химической коррозии скорость разрушения металла пропорциональна скорости химической реакции и той скорости с которой окислитель проникает сквозь пленку оксида металла, покрывающую его поверхность. Оксидные пленки металлов могут проявлять или не проявлять защитные свойства, что определяется сплошностью.
Фактор Пиллинга-Бэдворса
Сплошность такой пленки оценивают величине фактора Пиллинга—Бэдвордса: (α = Vок/VМе) по отношению объема образовавшегося оксида или другого какого-либо соединения к объему израсходованного на образование этого оксида металла
где Vок — объем образовавшегося оксида
VМе — объем металла, израсходованный на образование оксида
Мок – молярная масса образовавшегося оксида
ρМе – плотность металла
n – число атомов металла
AMe — атомная масса металла
ρок — плотность образовавшегося оксида
Оксидные пленки, у которых α < 1, не являются сплошными и сквозь них кислород легко проникает к поверхности металла. Такие пленки не защищают металл от коррозии. Они образуются при окислении кислородом щелочных и щелочно-земельных металлов (исключая бериллий).
Оксидные пленки, у которых 1 < α < 2,5 являются сплошными и способны защитить металл от коррозии.
При значениях α > 2,5 условие сплошности уже не соблюдается, вследствие чего такие пленки не защищают металл от разрушения.
Ниже представлены значения сплошности α для некоторых оксидов металлов
| Металл | Оксид | α | Металл | Оксид | α |
| K | K2O | 0,45 | Zn | ZnO | 1,55 |
| Na | Na2O | 0,55 | Ag | Ag2O | 1,58 |
| Li | Li2O | 0,59 | Zr | ZrO2 | 1.60 |
| Ca | CaO | 0,63 | Ni | NiO | 1,65 |
| Sr | SrO | 0,66 | Be | BeO | 1,67 |
| Ba | BaO | 0,73 | Cu | Cu2O | 1,67 |
| Mg | MgO | 0,79 | Cu | CuO | 1,74 |
| Pb | PbO | 1,15 | Ti | Ti2O3 | 1,76 |
| Cd | CdO | 1,21 | Cr | Cr2O3 | 2,07 |
| Al | Al2O2 | 1,28 | Fe | Fe2O3 | 2,14 |
| Sn | SnO2 | 1,33 | W | WO3 | 3,35 |
| Ni | NiO | 1,52 |
Электрохимическая коррозия металлов
Электрохимическая коррозия металлов – это процесс разрушения металлов в среде различных электролитов, который сопровождается возникновением внутри системы электрического тока.
При таком типе коррозии атом удаляется из кристаллической решетки результате двух сопряженных процессов:
- Анодного – металл в виде ионов переходит в раствор.
- Катодного – образовавшиеся при анодном процессе электроны, связываются деполяризатором (вещество — окислитель).
Сам процесс отвода электронов с катодных участков называется деполяризацией, а вещества способствующие отводу – деполяризаторами.
Наибольшее распространение имеет коррозия металлов с водородной и кислородной деполяризацией.
Водородная деполяризация
Водородная деполяризация осуществляется на катоде при электрохимической коррозии в кислой среде:
2H + +2e — = H2 разряд водородных ионов
Кислородная деполяризация
Кислородная деполяризация осуществляется на катоде при электрохимической коррозии в нейтральной среде:
O2 + 4H + +4e — = H2O восстановление растворенного кислорода
Все металлы, по их отношению к электрохимической коррозии, можно разбить на 4 группы, которые определяются величинами их стандартных электродных потенциалов:
- Активные металлы (высокая термодинамическая нестабильность) – это все металлы, находящиеся в интервале щелочные металлы — кадмий (Е 0 = -0,4 В). Их коррозия возможна даже в нейтральных водных средах, в которых отсутствуют кислород или другие окислители.
- Металлы средней активности (термодинамическая нестабильность) – располагаются между кадмием и водородом (Е 0 = 0,0 В). В нейтральных средах, в отсутствии кислорода, не корродируют, но подвергаются коррозии в кислых средах.
- Малоактивные металлы (промежуточная термодинамическая стабильность) – находятся между водородом и родием (Е 0 = +0,8 В). Они устойчивы к коррозии в нейтральных и кислых средах, в которых отсутствует кислород или другие окислители.
- Благородные металлы (высокая термодинамическая стабильность) – золото, платина, иридий, палладий. Могут подвергаться коррозии лишь в кислых средах при наличии в них сильных окислителей.
Виды электрохимической коррозии
Электрохимическая коррозия может протекать в различных средах. В зависимости от характера среды выделяют следующие виды электрохимической коррозии:
- Коррозия в растворах электролитов — в растворах кислот, оснований, солей, в природной воде.
- Атмосферная коррозия – в атмосферных условиях и в среде любого влажного газа. Это самый распространенный вид коррозии.
Например, при взаимодействии железа с компонентами окружающей среды, некоторые его участки служат анодом, где происходит окисление железа, а другие – катодом, где происходит восстановление кислорода:
А: Fe – 2e — = Fe 2+
K: O2 + 4H + + 4e — = 2H2O
Катодом является та поверхность, где больше приток кислорода.
- Почвенная коррозия – в зависимости от состава почв, а также ее аэрации, коррозия может протекать более или менее интенсивно. Кислые почвы наиболее агрессивны, а песчаные – наименее.
- Аэрационная коррозия — возникает при неравномерном доступе воздуха к различным частям материала.
- Морская коррозия – протекает в морской воде, в связи с наличием в ней растворенных солей, газов и органических веществ.
- Биокоррозия – возникает в результате жизнедеятельности бактерий и других организмов, вырабатывающих такие газы как CO2, H2S и др., способствующие коррозии металла.
- Электрокоррозия – происходит под действием блуждающих токов на подземных сооружениях, в результате работ электрических железных дорог, трамвайных линий и других агрегатов.
Методы защиты от коррозии металла
Основной способ защиты от коррозии металла – это создание защитных покрытий – металлических, неметаллических или химических.
Металлические покрытия
Металлическое покрытие наносится на металл, который нужно защитить от коррозии, слоем другого металла, устойчивого к коррозии в тех же условиях. Если металлическое покрытие изготовлено из металла с более отрицательным потенциалом (более активный) , чем защищаемый, то оно называется анодным покрытием. Если металлическое покрытие изготовлено из металла с более положительным потенциалом (менее активный), чем защищаемый, то оно называется катодным покрытием.
Например, при нанесении слоя цинка на железо, при нарушении целостности покрытия, цинк выступает в качестве анода и будет разрушаться, а железо защищено до тех пор, пока не израсходуется весь цинк. Цинковое покрытие является в данном случае анодным.
Катодным покрытием для защиты железа, может, например, быть медь или никель. При нарушении целостности такого покрытия, разрушается защищаемый металл.
Неметаллические покрытия
Такие покрытия могут быть неорганические (цементный раствор, стекловидная масса) и органические (высокомолекулярные соединения, лаки, краски, битум).
Химические покрытия
В этом случае защищаемый металл подвергают химической обработке с целью образования на поверхности пленки его соединения, устойчивой к коррозии. Сюда относятся:
оксидирование – получение устойчивых оксидных пленок (Al2O3, ZnO и др.);
азотирование – поверхность металла (стали) насыщают азотом;
воронение стали – поверхность металла взаимодействует с органическими веществами;
цементация – получение на поверхности металла его соединения с углеродом.
Изменение состава технического металла и коррозионной среды
Изменение состава технического металла также способствует повышению стойкости металла к коррозии. В этом случае в металл вводят такие соединения, которые увеличивают его коррозионную стойкость.
Изменение состава коррозионной среды (введение ингибиторов коррозии или удаление примесей из окружающей среды) тоже является средством защиты металла от коррозии.
Электрохимическая защита
Электрохимическая защита основывается на присоединении защищаемого сооружения катоду внешнего источника постоянного тока, в результате чего оно становится катодом. Анодом служит металлический лом, который разрушаясь, защищает сооружение от коррозии.
Протекторная защита – один из видов электрохимической защиты – заключается в следующем.
К защищаемому сооружению присоединяют пластины более активного металла, который называется протектором. Протектор – металл с более отрицательным потенциалом – является анодом, а защищаемое сооружение – катодом. Соединение протектора и защищаемого сооружения проводником тока, приводит к разрушению протектора.
Примеры задач с решениями на определение защитных свойств оксидных пленок, определение коррозионной стойкости металлов, а также уравнения реакций, протекающих при электрохимической коррозии металлов приведены в разделе Задачи к разделу Коррозия металлов
Задачи к разделу Коррозия металлов
В данном разделе вы найдете задачи по теме Коррозия металлов. Приведены уравнения реакций, протекающих при электрохимической коррозии металлов, а также примеры задач на определение защитных свойств оксидных пленок, определение коррозионной стойкости металлов.
Задача 1. В каком случае цинк корродирует быстрее: в контакте с никелем, железом или с висмутом? Ответ поясните. Напишите для всех случаев уравнение электрохимической коррозии в серной кислоте. Будет ли оксидная пленка, образующаяся на кальции, обладать защитными свойствами?
Решение.
В месте контакта двух металлов корродирует более активный металл. Происходит отток электронов от более активного металла к менее активному. Металл тем активнее, чем более отрицателен его электродный потенциал. В таблице электродных потенциалов найдем:
В данном случае, цинк корродирует быстрее в контакте с висмутом, так как из перечисленных металлов, Bi является самым неактивным. В образовавшейся паре роль анода выполняет цинк.
Запишем уравнения электрохимической коррозии в серной кислоте:
Zn—Bi
К: 2H + +2e — = H2
А : Zn — 2e — = Zn 2+
Zn + 2H + = Zn 2+ + H2
Fe-Bi
А : Fe — 3e — = Fe 3+
2Fe + 6H + = Fe 3+ + 3H2
Ni-Bi
А : Ni — 2e — = Ni 2+
Ni + 2H + = Ni 2+ + H2
Будет ли оксидная пленка, образующаяся на кальции, обладать защитными свойствами?
Защитные свойства пленки оценивают величине фактора Пиллинга—Бэдвордса: (α = Vок/VМе), значения которого вы найдете в таблице, приведенной в теоретической части данного раздела. Мы рассчитаем значение α по формуле:
т.е α, а это значит, что оксидная пленка, образующаяся на Ca, не обладает защитными свойствами.
Задача 2. Приведите примеры двух металлов, пригодных для протекторной защиты железа. Для обоих случаев напишите уравнение электрохимической коррозии во влажной среде, насыщенной кислородом. Будет ли оксидная пленка, образующаяся на алюминии, обладать защитными свойствами?
Протекторная защита заключается в присоединении к защищаемому металлическому изделию, металла с более отрицательным значением стандартного электродного потенциала E 0 , т.е. более активного металла. Для защиты железа подойдут, например, цинк и бериллий:
Запишем уравнения электрохимической коррозии во влажной среде, насыщенной кислородом:
Fe—Zn
К: O2 + 2H2O + 4e — = 4OH —
А: Zn — 2 e — = Zn 2+
Fe-Be
А : Be — 2e — = Be 2+
Будет ли оксидная пленка, образующаяся на алюминии, обладать защитными свойствами?
Мок = 27·2+16·3 = 102 г/моль
т.е 2,5>α>1, а это значит, что оксидная пленка, образующаяся на Al, является сплошной и обладает защитными свойствами.
Задача 3. Деталь сделана из сплава, в состав которого входит магний и марганец. Какой из компонентов сплава будет разрушаться при электрохимической коррозии? Ответ подтвердите уравнениями анодного и катодного процесса коррозии: а) в кислой среде; б) в кислой среде, насыщенной кислородом. Будет ли оксидная пленка, образующаяся на олове, обладать защитными свойствами?
При электрохимической коррозии сплава, в первую очередь будет разрушаться более активный металл, т.е. металл, имеющий более отрицательное значение стандартного электродного потенциала. В таблице электродных потенциалов найдем:
По значениям E видно, что магний является более активным металлом, чем марганец, вследствие чего при коррозии Mg будет разрушаться в первую очередь.
Запишем уравнения электрохимической коррозии магния а) в кислой среде; б) в кислой среде, насыщенной кислородом:
а) в кислой среде
А: Mg — 2 e — = Mg 2+
Mg + 2H + = Mg 2+ + H2
б) в кислой среде, насыщенной кислородом
А : Mg — 2e — =Mg +
Будет ли оксидная пленка, образующаяся на олове, обладать защитными свойствами?
Олово может образовать два оксида SnO и SnO2, поэтому рассчитаем значение α для каждого случая
МSnO = 119+16 = 135 г/моль
т.е для всех оксидных пленок α лежит в интервале 2,5>α>1, т.е. они являются сплошными и обладают защитными свойствами.
Задача 4. С целью защиты от коррозии цинковое изделие покрыли оловом. Какое это покрытие: анодное или катодное? Напишите уравнение атмосферной коррозии данного изделия при нарушении целостности покрытия. Оценить коррозионную стойкость алюминия в серной кислоте, если убыль массы алюминиевой пластины размером 70х20х1 мм составила после 8 суток испытания 0,0348 г.
Если металлическое покрытие изготовлено из металла с более отрицательным потенциалом (более активный), чем защищаемый, то оно называется анодным покрытием. Если металлическое покрытие изготовлено из металла с более положительным потенциалом (менее активный), чем защищаемый, то оно называется катодным покрытием.
В таблице электродных потенциалов найдем:
Олово будет выполнять роль катода и покрытие из него – катодное. При нарушении целостности покрытия, корродировать будет цинк, как более активный металл. При атмосферной коррозии протекают следующие уравнения реакций:
А: Zn — 2 e — = Zn 2+
Оценить коррозионную стойкость алюминия в серной кислоте, если убыль массы алюминиевой пластины плотностью ρ = 2,7 г/см 3 , размером 70х20х1 мм составила после 8 суток испытания 0,0348 г.
Оценить коррозионную стойкость металла можно по формуле:
Kн = 365·h/τ
h = Δm/(S·ρ)
Найдем площадь поверхности металла:
S = 2·(7·2) + 2·(7·0,1) + 2·(2·0,1) = 29,8 см 2
h = 0,0348/(29,8·2,7) = 0,00043см = 0,0043 мм
Kн = 365·0,0043/8 = 0,02 мм/год
По десятибалльной шкале коррозионной стойкости металлов, алюминий соответствует 4 баллам и относится к стойким металлам.
Задача 5. Если на стальной предмет нанести каплю воды, то коррозии подвергается средняя, а не внешняя часть смоченного металла. Чем это можно объяснить? Какой участок металла, находящийся под влиянием капли, является анодным, а какой катодным? Составьте электронные уравнения соответствующих процессов. Будет ли оксидная пленка, образующаяся на никеле, обладать защитными свойствами?
Решение .
При нанесении на стальной предмет капли воды, наибольший доступ воздуха будет по краям капли, где протекает процесс восстановления кислорода. Т.е. края капли выступают в качестве катода. Для окисления железа остается центр капли, где доступ воздуха минимален. Здесь центр капли является анодом. В этом случае протекают следующие реакции:
Будет ли оксидная пленка, образующаяся на никеле, обладать защитными свойствами?
Мок = 59+16 = 75 г/моль
Подставим значения в формулу:
α = 75·8,9/(59·1·6,7) = 1,7
т.е α лежит в интервале 2,5>α>1, т.е. оксидная пленка является сплошной и обладает защитными свойствами.
Задача 7. Сплав содержит железо и никель. Какой из названных компонентов будет разрушаться при атмосферной коррозии? Приведите уравнение анодного и катодного процессов. Оценить коррозионную стойкость цинка на воздухе при высоких температурах. Образец цинка размером 50х30х1 мм после 180 часов окисления и снятия продуктов коррозии весил 10,6032 г.
Исходя из положения металлов в электрохимическом ряду напряжения металлов, находим, что железо более активный металл, чем никель:
Поэтому в первую очередь при атмосферной коррозии будет разрушаться железо. В этом случае протекают следующие реакции:
Далее Fe(OH)2 переходит в Fe(OH)3
Оценить коррозионную стойкость цинка на воздухе при высоких температурах. Образец цинка плотностью ρ = 7,14 г/см 3 , размером 50х30х1 мм после 180 часов окисления и снятия продуктов коррозии весил 10,6032 г.
S = 2·(5·3) + 2·(5·0,1) + 2·(3·0,1) = 31,6 см 2
Масса металла до коррозии равна:
Убыль массы:
Δm = m1 – m2 = 10,71 — 10,6032 = 0,1068
h = 0,1068/(31,6·7,14) = 0,00047 см = 0,0047 мм
Kн = 365·0,0047/7,5 = 0,23 мм/год
По десятибалльной шкале коррозионной стойкости металлов, цинк соответствует 6 баллам и относится к пониженностойким металлам.
Задача 8. Почему химически чистое железо является более стойким против коррозии, чем техническое железо? Составьте уравнения анодного и катодного процессов, происходящих при коррозии технического железа во влажном воздухе и в азотной кислоте. Будет ли оксидная пленка, образующаяся на свинце, обладать защитными свойствами?
Техническое железо содержит примеси, которые, как правило, выполняют роль катода. Либо, если это углерод, который не передает в раствор положительно заряженных ионов и не имеет заградительного барьера от ионов водорода в кислой среде. Само железо будет служить анодом и подвергаться разрушению.
В химически чистом железе нет примесей, которые образовали бы гальванопару с железом, где бы оно окислялось.
При коррозии технического железа протекают следующие реакции:
Во влажном воздухе
В азотной кислоте
Будет ли оксидная пленка, образующаяся на свинце, обладать защитными свойствами?
Свинец может образовать оксиды состава PbO и PbO2, поэтому рассчитаем значение α для каждого случая
МPbO = 207+16 = 223 г/моль
т.е для всех оксидных пленок α лежит в интервале 2,5>α>1, т.е. они являются сплошными и обладают защитными свойствами.
Задача 9. Приведите примеры двух металлов, пригодных для протекторной защиты никеля. Для обоих случаев напишите уравнение электрохимической коррозии в среде азотной кислоты. Оценить коррозионную стойкость кадмия на воздухе при высоких температурах. Образец кадмия плотностью ρ = 8,65 г/см 3 , размером 45х25х1 мм после 150 часов окисления и снятия продуктов коррозии весил 10,0031 г.
Для протекторной защиты никеля подойдут, например, железо и цинк:
При электрохимической коррозии в среде азотной кислоты протекают следующие реакции:
Ni — Fe
Ni — Zn
Оценить коррозионную стойкость кадмия на воздухе при высоких температурах. Образец кадмия плотностью ρ = 8,65 г/см 3 , размером 45х25х1 мм после 150 часов окисления и снятия продуктов коррозии весил 10,0031 г.
S = 2·(4,5·2,5) + 2·(4,5·0,1) + 2·(2,5·0,1) = 23,9 см 2
Масса металла до начала коррозии равна:
m1 = V·ρ = 4,5·2,5·0,1·8,65 = 9,7313 г
Δm = m1 – m2 = 10,0031 – 9,7313 = 0,2718
h = 0,2718/(23,9·8,65) = 0,0013 см = 0,013 мм
Kн = 365·0,013·24/150 = 0,76 мм/год
По десятибалльной шкале коррозионной стойкости металлов, определяем, что в данных условиях, кадмий соответствует 7 баллам и относится к пониженностойким металлам.
Какой из металлов будет подвергаться коррозии?
Никель находится в контакте с хромом, какой из металлов будет подвергаться коррозии, если эта пара металлов работает во "влажном воздухе". Составить схему гольванического элемента, образующегося при этом, написать уравнение процесса? Помогите пожалуйста
При электрохимической коррозии на аноде происходит окисление (разрушение) металла.
Me(0) – ne → Me(n+)
При электрохимической коррозии анодом становится металл, обладающего меньшим значением электродного потенциала, а катодом – металл с большим значением электродного потенциала.
Хром в электрохимическом ряду напряжений стоит левее никеля. Следовательно, никель имеет больший электродный потенциал, чем хром, и в гальванической паре никель будет катодом, а хром - анодом. Следовательно, в данной гальванической паре хром будет разрушаться (корродировать) .
Eo(Ni(2+)/Ni) = − 0,234 B
Eo(Cr(2+)/Cr) = − 0,852 В
Ео (Cr(3+)/Cr) = − 0,74 B
Eo(Ni(2+)/Ni) > Ео (Cr(3+)/Cr) > Eo(Cr(2+)/Cr)
На катоде во «влажном воздухе» в зависимости от газового состава атмосферы могут протекать два основных процесса – восстановление молекулярного кислорода или восстановление ионов водорода.
2H2O + О2 + 4e → 4OH(-) (рН ≥ 7 – среда нейтральная или слабощелочная)
2Н (+) + 2е → Н2↑ (рН < 7 – среда кислая)
В атмосфере воздуха могут присутствовать такие соединения как О2, СО2, SO2, NO2, H2S, NH3 и др.
Электрохимическая коррозия в атмосфере кислорода воздуха.
Коррозия хрома во влажном воздухе практически не протекает, однако в составе гальванической пары протекает электрохимическая коррозия хрома.
Процессы окисления-восстановления на электродах.
Анод (-) Cr(0) - 3е → Cr(3+) │4 - процесс окисления на аноде
Катод (+) 2H2O + О2 + 4e → 4OH(-) │3 - процесс восстановления на катоде
Суммируя реакции на аноде и катоде, получаем уравнение, которое в ионной форме, выражает происходящую в гальванической паре реакцию.
4Cr(0) + 6H2O + 3О2 → 4Cr(3+) + 12OH(-)
Уравнение электрохимической коррозии в молекулярной форме.
4Cr + 6H2O + 3О2 → 4Cr(OH)3↓
Схема гальванической пары
Анод (–) | Cr | H2O + О2 | Ni | Катод (+)
Электрохимическая коррозия в атмосфере кислотных оксидов СО2, SO2, NO2.
Присутствующие в атмосфере влажного воздуха кислотные оксиды растворяются в водной пленке, покрывающей поверхность металла. При этом протекают следующие процессы.
H2O + CO2 ↔ H2CO3 ↔ H(+) + HCO3(-) (рН < 7 – среда кислая)
H2O + SO2 ↔ H2SO3 ↔ H(+) + HSO3(-) (рН < 7 – среда кислая)
H2O + NO2 ↔ HNO2 + HNO3
HNO2 ↔ H(+) + NO2(-) (рН < 7 – среда кислая)
HNO3 ↔ H(+) + NO3(-) (рН < 7 – среда кислая)
Как видно из приведенных ионных уравнений, в результате реакции воды с кислотным оксидом образуется ион Н (+), который дает кислую среду протекания реакции.
Хром устойчив к химической коррозии в кислой среде, однако в составе гальванической пары коррозия хрома, хоть и медленно, но будет протекать. Окисление хрома в данном случае будет протекать до Cr(2+).
Процессы окисления-восстановления на электродах.
Анод (-) Cr(0) - 2е → Cr(2+) │1 - процесс окисления на аноде
Катод (+) 2Н (+) + 2е → Н2↑ │1 - процесс восстановления на катоде
Суммируя реакции на аноде и катоде, получаем уравнение, которое в ионной форме, выражает происходящую в гальванической паре реакцию.
Cr(0) + 2H(+) → Cr(2+) + Н2↑
Уравнение электрохимической коррозии в молекулярной форме.
Cr + H2O + CO2 → CrCO3↓ + H2O
Данная реакция возможна только при электрохимической коррозии в гальванической паре.
Схема гальванической пары
Анод (–) | Cr | 2Н (+) | Ni | Катод (+)
4 типа металлов устойчивые к коррозии или нержавеющие
Мы обычно думаем о ржавчине как о оранжево-коричневых хлопьях, которые образуются на открытой стальной поверхности, когда молекулы железа в металле реагируют с кислородом в присутствии воды с образованием оксидов железа. Металлы также могут реагировать в присутствии кислот или агрессивных промышленных химикатов. Если ничто не остановит коррозию, чешуйки ржавчины будут продолжать отламываться, подвергая металл дальнейшей коррозии, пока он не распадется.
Не все металлы содержат железо, но они могут коррозировать или потускнеть в других окислительных реакциях. Чтобы предотвратить окисление и разрушение металлических изделий, таких как поручни, резервуары, приборы, кровля или сайдинг, вы можете выбирать металлы, которые «устойчивы к ржавчине» или, точнее, «устойчивы к коррозии». В эту категорию попадают четыре основных типа металлов:
- Нержавеющая сталь
- Алюминиевый металл
- Медь, бронза или латунь
- Оцинкованная сталь
Нержавеющая сталь
Типы нержавеющей стали такие, как 304 или 316, представляют собой смесь элементов и большинство из них содержат некоторое количество железа, которое легко окисляется с образованием ржавчины. Но многие сплавы нержавеющей стали также содержат высокий процент хрома (не менее 18%), который даже более активен, чем железо. Хром быстро окисляется, образуя защитный слой оксида хрома на поверхности металла. Этот оксидный слой противостоит коррозии и в то же время предотвращает попадание кислорода на нижележащую сталь. Другие элементы сплава, такие как никель и молибден, повышают его устойчивость к ржавчине.
Рекомендуем эффективный удалитель ржавчины с металлических поверхностей — «РжавоМед-У»
Алюминиевый металл
Многие самолеты сделаны из алюминия, как и детали автомобилей и мотоциклов. Это связано с его небольшим весом, а также с устойчивостью к коррозии. Алюминиевые сплавы почти не содержат железа, а без железа металл не может ржаветь, но окисляется. Когда сплав подвергается воздействию воды, на поверхности быстро образуется пленка оксида алюминия. Слой твердого оксида довольно устойчив к дальнейшей коррозии и защищает лежащий под ним металл.
Медь, бронза и латунь
Эти три металла содержат мало железа или вовсе его не содержат, поэтому не ржавеют, но могут вступать в реакцию с кислородом. Медь со временем окисляется, образуя зеленую патину, которая фактически защищает металл от дальнейшей коррозии. Бронза представляет собой смесь меди и олова, а также небольшого количества других элементов, и, естественно, гораздо более устойчива к коррозии, чем медь. Латунь – это сплав меди, цинка и других элементов, которая также устойчива к коррозии.
Оцинкованная сталь
Оцинкованная сталь долго ржавеет, но со временем она ржавеет. Это углеродистая сталь, оцинкованная или покрытая тонким слоем цинка. Цинк действует как барьер, не позволяющий кислороду и воде достигать стали, поэтому она защищена от коррозии. Даже если цинковое покрытие поцарапано, оно продолжает защищать близлежащие участки лежащей под ним стали за счет катодной защиты, а также путем формирования защитного покрытия из оксида цинка. Как и алюминий, цинк очень реактивен по отношению к кислороду в присутствии влаги, а покрытие предотвращает дальнейшее окисление железа в стали.
Читайте также: