Коррозия металлов усиливается при

Обновлено: 16.05.2024

Контактная коррозия металлов – это одно из часто встречающихся явлений, способных привести к их повреждению, потере эксплуатационных характеристик и полному разрушению.

Явление наблюдается, когда контактируют два металла, отличающиеся по электромеханическим свойствам.

Большинство рекомендаций по производству и эксплуатации металлоконструкций отмечают, что компоновать металлы нужно с учетом их совместимости.

Но это требование не всегда соблюдается.

Рассмотрим особенности коррозийного процесса и постараемся ответить на вопрос о том, какие материалы совмещаются между собой.

В зависимости от типа металлов, при контакте они ведут себя по-разному.

К примеру, контактная коррозия распространена при соприкосновении углеродистой стали и алюминия, меди и железа, цинка и алюминия. И это – только часть возможных сочетаний.

Иногда контактная коррозия наблюдается и в случае, если происходит контакт одинаковых металлов. Также появляются проблемы в месте соединения при сварке, по шву, из-за использования специальных присадочных проволок и других материалов.

Почему появляется контактная коррозия

Причина распространения коррозии – возникновение компромиссного потенциала. Он отличается по своим показателям от соприкасающихся металлов.

В итоге появляется пересечение анодной и катодной кривой.

В качестве анода выступает металл, у которого электроотрицательный потенциал выше, чем у другого. Электроположительный металл становится катодом.

Многое зависит и от типа электролита. Это приводит к тому, что увеличится скорость растворения и протекания процесса.

Стоит также учесть и скорость растворения анода. На нее влияет разность катодных и анодных потенциалов.

Значение также имеет уровень компромиссного потенциала. На него влияет тип металлов, которые вступают в контакт.

Есть и 4 внешних фактора, которые оказывают на него воздействие. К ним относятся такие, как:

Температура самого металла и среды, в которой он находится.
Уровень аэрации, доступ кислорода.
Особенности окружающей среды, степень загрязненности и типы рассеянных в воздухе частиц.
Уровень влажности, наличие прямого контакта с водой, постоянного намокания.

Процесс контактной коррозии развивается в различных средах. Это - открытый воздух, вода, почва.

Если при распространении коррозии, на материал неравномерно воздействует кислород, велика вероятность появления дифференциальной аэрации.

Это затрудняет катодную реакцию и влияет на саму интенсивность протекания процесса.

Особенности проявления катодной коррозии для разных типов металлов и сплавов

На особенности протекания коррозии влияет тип сплавов и металлов, которые контактируют друг с другом.

Все особенности сочетаний указаны в таблице ниже.

Тип металла

Сочетания

Примечания

Алюминий и оксидированные сплавы.

Магний и его оксидированные сплавы, прошедший пассивацию кадмий, разные типы стали – как окрашенной, так и оцинкованной, фосфатированной.

Допускается применение сочетаний с низким риском появления коррозии как в жестких, так и в средних условиях.

Магний и разные виды сплавов

Магний и сплавы, в том числе, при покрытии грунтом и лаком, анодированный алюминий и сплавы, сталь с хромовым покрытием, а также с нанесенным сверху цинком, кадмием, оловом и другими видами продукции.

Медь и разные виды сплавов

Никель, олово, хром, золото, анодированный алюминий. Допускается применение припоя оловянно-свинцового типа. Допускается сочетание с разными вариантами сплавов анодированного алюминия, окрашенной или фосфатированной стали.

Ценные металлы -родий, серебро, палладий, золото

Все перечисленные виды металлов отлично сочетаются друг с другом с низким риском появления контактной коррозии. Можно также использовать изделия с оловом, никелем, алюминием, хромом и различными вариантами сплавов.

Сочетаются с разными вариантами стали, в том числе, хромникелевой, фосфатированной, окрашенной. В процессе обработки можно использовать в качестве припоя олово, а также его сочетание со свинцом. Среди других допустимых сочетаний – никель, анодированный алюминий и разные типы сплавов.

Среди допустимых сочетаний можно назвать никель, хром, олово, медь, припои из сплава свинца и олова. Сталь в контакте может быть покрытой цинковым слоем, окрашенной или анодированной, если планируется использование в контакте с морской водой. Можно также использовать такой вариант материала с золотом и серебром.

Одни из наиболее сочетаемых с другими разновидностями сырья. Список допустимых для контакта металлов очень большой – от золота, меди и сплавов до хрома, никеля, меди, цинка, кадмия и других.

Может соприкасаться с хромом, прошедшим процесс пассивации оловом, цинком, никелем, кадмием, припоем из олова и свинца. Сталь может быть как хромникелевой, так и хромистой, а также с дополнительным полимерным покрытием.

Меры предосторожности для недопущения развития контактной коррозии

Чтобы риск контактной коррозии металла снизился, нужно соблюдать 3 рекомендации. К ним относятся следующие:

Будьте осторожны с покрытиями. Это актуально в том случае, если планируется использовать изделие в районах с тропическим климатом и рядом с морем. Дополнительное покрытие не стоит наносить на участки деталей, где планируется сварка внахлест, установка заклепок из других видов сырья. Причина заключается в особенностях поведения электролита, когда коррозия значительно усиливается.
При проведении сварки и клепки деталей, покрытие нужно снимать. После того, как все работы проведены, сверху можно будет наносить полимерное покрытие для борьбы с негативным воздействием окружающей среды.
Не стоит использовать гальваническое покрытие в том случае, если перед вами деталь из черных или цветных металлов, прошедшие через литьевые формы.

Чтобы не допустить появления коррозии, всегда нужно понимать, с какими металлами вы работаете, и как они сочетаются друг с другом. Чтобы уменьшить степень интенсивности разрушения металла, нужно как можно скорее удалить соприкасающиеся отрезки сырья друг от друга.

Когда деталь используется в агрессивных средах, можно предусмотреть специальные прокладки. Хорошо справляется с задачей использования в морской воде магний и большинство его сплавов, цинк, алюминий и другие.

В качестве изоляции между элементами могут выступать металлические или полимерные лакокрасочные покрытия. Хорошим решением станут свинцовые детали.

Защитим ваши металлические изделия от коррозии

Наша компания выполняет задачи по проведению горячей оцинковки разных видов материалов. Среди преимуществ работы с нами есть такие, как:

Опыт работы с 2007 года. Регулярно сотрудничаем со многими постоянными клиентами.
Большая производственная база. У нас есть три цеха горячего цинкования. Мощность предприятия составляет 120 тысяч тонн в год.
Универсальность. Работаем даже со срочными заказами и любыми видами изделий. На предприятии установлена одна из самых глубоких ванн в ЦФО. Ее глубина составляет 3,43 метра.
Качественное оборудование. Используем в обработке технику от таких крупных брендов, как KVK KOERNER и EKOMOR.

Мы гарантируем полное соответствие требованиям ГОСТ 9.307-89. Готовы ответить на все интересующие вас вопросы и быстро приступить к выполнению поставленной задачи.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Усиление коррозии металла при повышенной температуре связано с увеличением ионизации воды, следствием которой является резкое повышение концентрации водородных ионов по сравнению с водой при температуре 25 С. Нейтральность воды означает лишь равенство концентраций водородных и гидрофильных ионов в растворе; абсолютные же их значения увеличиваются с возрастанием степени ионизации воды. Следовательно, чтобы иметь рН - 7 при высокой температуре, вода должна при 25 С иметь более высокую концентрацию гидроксильных ионов, чтобы предотвратить коррозию металла в горячей воде. Эти соображения часто упускают из виду. [1]

Усиление коррозии металлов за счет действия механических нагрузок и технологически наследственных деформаций - механохимическая коррозия - связана с проявлением механохимического эффекта / 1 /, вызванного, в основном, изменением дислокационной структуры металла, формируемой в процессе деформации. [2]

Таким образом, усиление коррозии металлов в присутствии хлора следует объяснять, как и для сернистого газа, появлением в системе нового деполяризатора, значительно превосходящего по своим окислительным свойствам кислород. Что же касается влияния хлора на другую электрохимическую реакцию, обусловливающую коррозионный процесс - анодную - и заключающуюся в ионизации металла, то здесь положение следующее. Если скорость коррозионного процесса лимитируется анодной реакцией, что, например, может иметь место в адсорбционных слоях или на металлах, находящихся в пассивном состоянии, то хлор может изменить скорость коррозионного процесса благодаря ускорению анодной реакции. [3]

Механические напряжения приводят к усилению коррозии металлов и к появлению локальных разрушений, в частности, к коррозионному растрескиванию. [4]

Повторный нагрев при температуре сенсибилизации стабилизированных сталей, прошедших предварительную высокотемпературную обработку или нагрев при сварке, приводит к усилению коррозии металла в кипящей 65 % - ной азотной кислоте и появлению коррозии в серномеднокислом растворе вследствие дополнительного выпадения карбидов хрома и обеднения хромом пограничных участков зерен. [5]

Возможное увеличение концентрации СО2 в воде при наличии в ней бикарбонатов в количестве более 2 мг-экв / л не приводит к заметному усилению коррозии металла , в результате чего можно считать, что коррозионная активность воды, нагретой в контактных газовых экономайзерах, не больше, чем воды, нагретой в бойлерах. [6]

Щелочная среда в одних случаях способствует образованию защитной пленки из гидратов окиси, в других, наоборот-приводит к растворению окислов металла, образованию хорошо растворимых соединений и тем самым к усилению коррозии металла . [7]

Затраты за компенсацию негативных последствий, другими словами, издержки компенсации, тесным образом связаны с загрязнением воздушной и водной среды и с такими медико-биологическими и физико-химическими процессами, как рост заболеваемости населения, ухудшение продуктивности сельскохозяйственных земель, усиление коррозии металлов и сплавов. [8]

Практически все процессы, связанные с воздействием рабочих сред, ускоряются под действием механических напряжений. Явление усиления коррозии металла под действием механических напряжений называют ме-ханохимическим эффектом. [9]

Экстракционная фосфорная кислота содержит также примеси свободной серной, кремнефтористоводородной, а иногда и плавиковой кислот. Примеси эти способствуют усилению коррозии металлов в фосфорной кислоте. [10]

В последнее время широкое применение нашли погружные центробежные насосы, однако их применение поставило ряд ранее не встречающихся проблем, одной из которых является коррозия корпусов центробежных насосов, электродвигателей и обсадной колонны, которые выполняются из разных марок сталей. При их контакте возможно усиление коррозии металла , являющегося в данной системе анодом макрогальванического элемента. В большинстве случаев анодом макрогальванопары являются корпуса центробежных насосов, что вызывает их усиленное коррозионное растворение и требует проведения противокоррозионных мероприятий. [11]

Коррозиен ио-механнческое разрушение металлов. Механические напряжения пршодят к усилению коррозии металлов и к появлению локальных разрушений, в частности, к коррозионному растрескиванию. [12]

Коррозиен ио-механнческое разрушение металлов. Механические напряжения пртодят к усилению коррозии металлов и к появлению локальных разрушений, в частности, к коррозионному растрескиванию. [13]

Для повышения коэффициента полезного действия теплового цикла электростанции увеличивают температуру перегрева и давление острого пара, а также используют вторичный перегрев до возможно более высоких температур. Но при возрастании температуры пара происходит усиление коррозии металла труб поверхностей нагрева вследствие интенсификации диффузионных процессов, так как повышается температура металла стенок труб выходной части пароперегревателей. При увеличении давления острого пара растет температура стенки экранных труб, омываемых с внутренней стороны более горячей водной средой. [14]

Равномерное разрушение металла при простоях, в отличие от коррозии в рабочих условиях, характеризуется образованием большого количества продуктов коррозии, содержащих гидроокись железа [ Fe ( OH) 3 ], которая называется ржавчиной. Образующаяся ржавчина во время работы парового котла ведет к усилению коррозии металла в процессе его эксплуатации. В итоге накопление ржавчины на поверхности металла приводит к подшламовой коррозии. [15]

Коррозия металлов и способы защиты от нее

Коррозионная стойкость металла зависит от его природы, характера среды и температуры.

Благородные металлы не подвергаются коррозии из-за химической инертности.
Металлы Al, Ti, Zn, Cr, Ni имеют плотные газонепроницаемые оксидные плёнки, которые препятствуют коррозии.
Металлы с рыхлой оксидной плёнкой – Fe, Cu и другие – коррозионно неустойчивы. Особенно сильно ржавеет железо.

Различают химическую и электрохимическую коррозию.

Химическая коррозия сопровождается химическими реакциями. Как правило, химическая коррозия металлов происходит при действии на металл сухих газов, её также называют газовой.

При химической коррозии также возможны процессы:

Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂

2Fe + 3Cl₂ → 2FeCl₃

Как правило, такие процессы протекают в аппаратах химических производств.

Электрохимическая коррозия – это процесс разрушения металла, который сопровождается электрохимическими процессами. Как правило, электрохимическая коррозия протекает в присутствии воды и кислорода, либо в растворах электролитов.

В таких растворах на поверхности металла возникают процессы переноса электронов от металла к окислителю, которым является либо кислород, либо кислота, содержащаяся в растворе.

При этом электродами являются сам металл (например, железо) и содержащиеся в нем примеси (обычно менее активные металлы, например, олово).

В таком загрязнённом металле идёт перенос электронов от железа к олову, при этом железо (анод) растворяется, т.е. подвергается коррозии:

Fe –2e = Fe 2+

На поверхности олова (катод) идёт процесс восстановления водорода из воды или растворённого кислорода:

2H + + 2e → H₂

O₂ + 2H₂O + 4e → 4OH –

Например, при контакте железа с оловом в растворе соляной кислоты происходят процессы:

Анод: Fe –2e → Fe 2+

Катод: 2H + + 2e → H₂

Суммарная реакция: Fe + 2H + → H₂ + Fe 2+

Если реакция проходит в атмосферных условиях в воде, в ней участвует кислород и происходят процессы:

Анод: Fe –2e → Fe 2+

Катод: O₂ + 2H₂O + 4e → 4OH –

Суммарная реакция:

Fe 2+ + 2OH – → Fe(OH)₂

4Fe(OH)₂ + O₂+ 2H₂O → 4Fe(OH)₃

При этом образуется ржавчина.

Методы защиты от коррозии

Защитные покрытия

Защитные покрытия предотвращают контакт поверхности металла с окислителями.

Катодное покрытие – покрытие менее активным металлом (защищает металл только неповреждённое покрытие).
Покрытие краской, лаками, смазками.
Создание на поверхности некоторых металлов прочной оксидной плёнки химическим путём (анодирование алюминия, кипячение железа в фосфорной кислоте).

Создание сплавов, стойких к коррозии

Физические свойства сплавов могут существенно отличаться от свойств чистых металлов. Добавление некоторых металлов может приводить к повышению коррозионной стойкости сплава. Например, нержавеющая сталь, новые сплавы с большой коррозионной устойчивостью.

Изменение состава среды

Коррозия замедляется при добавлении в среду, окружающую металлическую конструкцию, ингибиторов коррозии. Ингибиторы коррозии — это вещества, подавляющие процессы коррозии.

Электрохимические методы защиты

Протекторная защита: при присоединении к металлической конструкции пластинок из более активного металла – протектора. В результате идёт разрушение протектора, а металлическая конструкция при этом не разрушается.

Коррозия металлов

Всякое явление или процесс вокруг нас связан с химией. Скажем, ржавление железа. Хоть раз в жизни вы наверняка задумывались, почему одни металлы ржавеют и разрушаются, а другие — нет. И что такого особенного в нержавеющей стали, что этот процесс ей нипочем? Обо всем это мы и поговорим в сегодняшней статье.

О чем эта статья:

Коротко о главном

Коррозия металлов или ржавление в химии — это явление, которое возникает из-за взаимодействия металлической пластинки с веществами окружающей среды (кислородом воздуха или кислотами, с которыми может реагировать металлическое изделие).

Обычно окисляются металлы, включая железо, которые находятся левее водорода в ряду напряжений.

Чаще всего встречаются химическая и электрохимическая коррозии. Чтобы понять, чем они отличаются друг от друга, давайте сравним их по нескольким критериям в таблице ниже.

Таблица 1. Сравнение химической и электрохимической коррозии металлов

Признаки сравнения

Химическая коррозия

Электрохимическая коррозия

Разрушение металлов в из-за взаимодействия с газами или растворами, которые не проводят электрический ток

Разрушение металла, при котором возникает электрический ток в воде или среде другого электролита

При контакте железа с цинком коррозии подвергается цинк:

Zn 0 - 2e - = Zn 2+ .

Защитить металл от коррозии можно по-разному: покрытием защитными материалами, электрохимическими методами, шлифованием и т. д. Далее — подробно обо всем этом.

Что такое коррозия

Коррозия — это самопроизвольное разрушение элементов, чаще всего металлов, под действием химического или физико-химического влияния окружающей среды.

Иными словами, из-за химического воздействия железо начинает ржаветь. Это весьма сложный процесс, который состоит из несколько этапов. Но суммарное уравнение коррозии выглядит так:

Часто под коррозией понимают химическую реакцию между материалом и средой либо между их компонентами, которая протекает на границе раздела фаз. Обычно это окисление металла. Например:

Некоторые металлы, даже активные, покрываются плотной оксидной пленкой при коррозии. Это одна из их характерных черт. Оксидная пленка не дает окислителям проникнуть в более глубокий слой и поэтому защищает металл от коррозии. Алюминий обычно устойчив при контакте с воздухом и водой, даже горячей. Тем не менее, если поверхность алюминия покрыть ртутью, то образуется амальгама. Она разрушает оксидную пленку, и алюминий начинает быстро превращаться в белые хлопья метагидроксида алюминия:

Коррозии подвергаются и многие малоактивные металлы. Например, поверхность медного изделия покрывается патиной — зеленоватым налетом. Это происходит потому, что на ней образуются смеси основных солей.

Виды коррозии металлов

Химическая коррозия

Химическая коррозия — это процесс разрушения металла, который связан с реакцией между металлом и коррозионной средой.

Химическая коррозия протекает без воздействия электрического тока, и в результате этой реакции металлы окисляются. Этот вид коррозии можно разделить на два подвида:

газовая коррозия — металл корродирует под воздействием различных газов при высоких температурах;

коррозия в жидкостях — неэлектролитах.

Их них более распространенной считают газовую коррозию. Она протекает во время прямого контакта твердого тела с активным газом воздуха. Чаще всего это кислород. В результате на поверхности тела образуется пленка продуктов химической реакции между веществом и газом. Дальше эта пленка мешает контакту корродирующего материала с газом. При высоких температурах газовая коррозия развивается интенсивно. Возникшая при этом пленка называется окалиной, которая со временем становится толще.

Важную роль в процессе коррозии играет состав газовой среды. Но для каждого металла он индивидуален и изменяется с переменой температур.

Электрохимическая коррозия

Электрохимическая коррозия — это разрушение металла, которое протекает при его взаимодействии с окружающей средой электролита.

Этот вид коррозии считают наиболее распространенным. Самым важным происхождением электрохимической коррозии является то, что металл неустойчив в окружающей среде с точки зрения термодинамики. Вот несколько ярких примеров этой реакции: ржавчина в трубопроводе, на обшивке днища морского судна и на различных металлоконструкциях в атмосфере.

В механизме электрохимической коррозии обычно выделяют два направления: гомогенное и гетерогенное. Разберем их подробнее в таблице ниже.

Гомогенный механизм электрохимической коррозии

Гетерогенный механизм электрохимической коррозии

Поверхность металла рассматривается как однородный слой.

У твердых металлов поверхность неоднородна из-за структуры сплава, в котором атомы по-разному расположены в кристаллической решетке.

Растворение металла происходит из-за термодинамической возможности для катодного или анодного процессов.

Неоднородность можно наблюдать при наличии в сплаве каких-либо включений.

Скорость, с которой протекает электрохимическая коррозия, зависит от времени протекания процесса.

В электрохимической коррозии протекает одновременно два процесса на аноде и на катоде, которые зависят друг от друга. Растворение основного металла происходит только на анодах. Анодный процесс заключается в том, что ионы металла отрываются и переходят в раствор:

В результате происходит реакция окисления металла. В данном случае анод заряжается отрицательно.

При катодном процессе избыточные электроны переходят в молекулы или атомы электролита, которые, в свою очередь, восстанавливаются. На катоде идет реакция восстановления. Он носит заряд положительного электрода.

Торможение одного процесса приводит к торможению и другого процесса. Окисление металла может происходить только в анодном процессе.

Как защитить металлы от коррозии

От коррозии можно и нужно защищаться. Чтобы уберечь металлы от этой реакции, их покрывают защитными материалами, обрабатывают электрохимическими методами, шлифованием и т. д. Рассмотрим все эти способы подробнее.

Способ № 1. Защитные покрытия.

Для защиты от коррозии металлические изделия покрывают другим металлом, т. е. производят никелирование, хромирование, цинкование, лужение и т. д. Еще один вариант защиты — покрыть поверхность металла специальными лаками, красками, эмалями.

Способ № 2. Легирование.

Легирование — это введение добавок, которые образуют защитный слой на поверхности металла. Например, при легировании железа хромом и никелем получают нержавеющую сталь.

Способ № 3. Протекторная защита.

Протекторная защита — это способ уберечь металл от коррозии, при котором металлическое изделие соединяют с более активным металлом. Этот второй металл в итоге и разрушается в первую очередь.

Способ № 4. Электрохимическая защита.

Чтобы защитить металлы от электрохимической коррозии, нейтрализуют ток, который возникает при ней. Это делают с помощью постоянного тока, который пропускают в обратном направлении.

Способ № 5. Изменение состава среды путем добавления ингибиторов.

Для защиты от коррозии используют специальные средства, которые ее замедляют — ингибиторы. Они изменяют состояние поверхности металла — образуют труднорастворимые соединения с катионами металла. Защитные слои, образованные ингибиторами, всегда тоньше наносимых покрытий.

Способ № 6. Замена корродирующего металла на другие материалы: керамику и пластмассу.

Способ № 7. Шлифование поверхностей изделия.

Проверьте себя

Что такое коррозия?

Где в повседневной жизни можно встретить ржавление железа и других металлов? Приведите примеры.

Гидроксид железа Fe(OH)3 называют:

Что является причиной возникновения коррозии?

Чем отличаются химический и электрохимический типы коррозии?

Что такое коррозионная среда?

Узнайте все о коррозии металлов и разберитесь в других темах за 9 класс на онлайн-курсах по химии в Skysmart! Наши преподаватели помогут выяснить, где скрываются пробелы в знаниях, и восполнить их. Никаких скучных задач и сухих лекций — только интерактивные упражнения, опыты и теория простым языком. Все это поможет разобраться даже в тех темах, которые не давались в школе. Ждем на бесплатном вводном уроке!

КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ. БОРЬБА С КОРРОЗИЕЙ

Коррозией называется процесс самопроизвольного разрушения металлов под влиянием внешней среды.

В зависимости от характера разрушений различают сплошную коррозию, захватывающую всю поверхность металла, и местную , локализующуюся на определенных участках. Очаги разрушения в случае местной коррозии могут иметь вид пятен (пятнистая коррозия) или точек (питтинговая коррозия). Они могут захватывать зерна только одного из компонентов металлического сплава (избирательная коррозия), проходить через все зерна в виде узких трещин (транскристаллитная коррозия) или сосредоточиваться по границам зерен(интеркристаллитная коррозия).

Скорость и характер коррозии определяются прежде всего природой металла и окружающей его среды. Металлы в зависимости от скорости коррозии в данной среде разделяют на устойчивые и неустойчивые. На основе того, с какой скоростью данная среда разрушает металл, ее определяют как агрессивную или неагрессивную в коррозионном отношении. Корродируют, как правило, металлы (черные и цветные), встречающиеся в природе не в самородном состоянии, а как соответствующие минералы и руды.

Различают коррозию химическую и электрохимическую.

Химическая коррозия наблюдается при воздействии на металл различных веществ (жидкостей-неэлектролитов и газов) при высоких температурах. Таково окисление железа в воздухе при высоких температурах с образованием окалины.

Исключительно большое распространение имеет электрохимическая коррозия, т.к. часто протекает со значительной скоростью при обычной температуре, когда химическая коррозия почти не проявляется. Электрохимическая коррозия возникает при соприкосновении металла (сплава) с электропроводящей жидкостью (почвенной водой, водой в паровых котлах, различными реакционными средами, главным образом в химической промышленности).

Достаточно присутствия тонкой пленки жидкости на поверхности металла, чтобы электрохимическая коррозия стала возможной. Этот тип коррозии характеризуется возникновением электрических токов между различными участками металла (передвижение электронов), являющихся следствием электрохимических реакций на отдельных участках поверхности соприкосновения металла с электролитом.

Растворение металла в кислотах также можно считать электрохимической коррозией. Рассмотрим растворение Zn в кислоте :

Zn + 2H + ® Zn 2+ + H_2.

Это уравнение отражает суммарный процесс. При опускании Zn в раствор протекают одновременно два различных параллельных (хотя и сопряжённых) электрохимических процесса :

Zn (мет) + nH₂O ® Zn 2+ × nH₂O (раствор) + 2e

поэтому саморастворение цинка в кислотах не следует рассматривать как химическую реакцию вытеснения цинком водорода (элементарные акты различны).

Так как коррозия сопровождается уводом электронов с поверхности металлов, она может происходить не только под действием разряжающихся ионов гидроксония, а может быть результатом действия любых окислителей, являющихся акцепторами электронов. Например, саморастворение металлов сильно ускоряется в присутствии в растворе кислорода воздуха, так как на поверхности металла протекает реакция :

причём эта реакция протекает при более положительном потенциале, чем разряд ионов гидроксония.

Для объяснения коррозии Де-ла-Рив в 1830 году выдвинул идею локальных (местных) элементов, возникающих на поверхности металлов, погружённых в жидкость. Например, в случае контакта меди и железа образуется накоротко замкнутый элемент, растворимым полюсом которого является железо, так как электроны переходят от железа к меди. При контакте металлов электроны переходят от более электроотрицательного металла к более электроположительному, вследствие чего первый будет растворяться, а на втором будут разряжаться ионы гидроксония или восстанавливаться растворённый кислород. Это случай так называемой контактной коррозии. Такого типа коррозия может возникать и на одном металле в местах, подвергшихся различной обработке или при наличии различных инородных включений, особенно металлических. В этом случае образуются своеобразные микроэлементы, замкнутые через основной металл, работа которых приводит к усилению обычной коррозии.

Реальное существование местных микроэлементов было доказано экспериментально Г.В.Акимовым. Он показал, что разности потенциалов между отдельными частями поверхности обычно равны нескольким милливольтам.

Было установлено, что коррозия возникает самопроизвольно и на однородной поверхности, поэтому нельзя связывать её только с действием локальных или местных элементов. Наличие этих элементов лишь усиливает коррозию.

А.Н.Фрумкин развил электрохимическую теорию коррозии металлов; он показал, что электрохимические реакции, обусловливающие коррозию (переход ионов металла в раствор и реакция восстановления водорода или другого окислителя - деполяризатора, например кислорода), могут протекать при одном и том же потенциале на одном и том же участке поверхности металла. Проведённые расчёты потенциала свидетельствуют о весьма малом различии между отдельными участками поверхности металла.

Проблему защиты от коррозии нельзя решать, не учитывая связи коррозии с пассивностью. Если коррозия является процессом самопроизвольного растворения металлов, то пассивирование связано с потерей металлом этой способности. Следовательно, для предохранения металла от коррозии необходимо перевести его в пассивное состояние.

Некоторые металлы пассивируются в окислительных средах, например железо в концентрированных азотной и серной кислотах. Поэтому эти кислоты хранят в железных цистернах. Железо, никель, кобальт и магний пассивны и в щелочных растворах.

Устойчивыми к коррозии являются нержавеющие стали, содержащие кроме железа, хром, никель, марганец и малые добавки титана и ниобия. На изделиях из таких сплавов под действием воздуха и воды возникает химически и механически прочная окисная плёнка, которая полностью пассивирует металл.

Если при растворении металла (например, свинца в серной кислоте) образуются нерастворимые продукты, то они, отлагаясь на поверхности, могут тормозить или совсем предотвратить коррозию. Такого рода пассивирование можно назвать механическим в отличие от химического, связанного с химической адсорбцией кислорода.

Действие одних и тех же веществ может, в зависимости от внешних условий и природы металла, и ускорять, и замедлять коррозию. Присутствие в растворе кислорода воздуха часто увеличивает коррозию вследствие электровосстановления кислорода : O₂ + 4e + 2H₂O ® 4OH - , в процессе которого электроны уходят из металла, и ионы последнего переходят в раствор. Если же легко образуется окисная плёнка или при коррозии появляются нерастворимые продукты, то кислород может не ускорять, а замедлять коррозию (например, коррозию алюминия и цинка на воздухе).

В нейтральных и щелочных растворах коррозия наблюдается в меньшей степени не только потому, что в этих растворах меньше концентрация иона гидроксония, но и потому, что в них легче образуются пассивирующие плёнки основного характера.

Ионы хлора, брома и йода, как правило, являются депассиваторами нержавеющих сталей и хрома в кислых и нейтральных средах, а никеля и железа - в щелочных. Следовательно, эти ионы способствуют коррозии.

В последнее время широкое применение в качестве замедлителей (ингибиторов) коррозии получили различные хорошо адсорбирующиеся вещества, часто органические соединения. Адсорбируясь на поверхности металла, эти вещества могут существенно снижать скорость электрохимических реакций, вызывающих коррозию. Ионы галогенов в кислых растворах способствуют адсорбции ряда органических соединений (преимущественно азотсодержащих органических оснований) на поверхности железа и мягких сталей и , следовательно, усиливают замедляющее действие ингибиторов.

Защитный антикоррозионный слой часто создают путём нанесения сплошного слоя устойчивой краски или другого металла. В последнем случае лучшим защитным действием будет обладать менее благородный металл, например железо лучше покрывать цинком, а не медью. Объясняется это тем, что при местных нарушениях покрытия коррозии будет подвергаться наименее благородный металл, так как в месте нарушения сплошной плёнки возникает элемент, в котором электроны переходят от менее благородного металла к более благородному, вследствие чего первый будет растворяться. Это явление широко используют для защиты от коррозии водопроводных труб, паровых котлов и вообще металлических конструкций. Их приводят в соприкосновение с полосами менее благородного металла и тем самым прекращают коррозию основного металла.

В зависимости от характера коррозии и условий ее протекания применяются различные методы защиты. Выбор того или иного способа определяется его эффективностью в данном конкретном случае, а также экономической целесообразностью. Любой метод защиты изменяет ход коррозионного процесса, либо уменьшая скорость, либо прекращая его полностью. Все методы защиты условно делятся на четыре группы :

1. Электрические методы.

2. Методы, связанные с изменением свойств корродирующего металла.

3. Методы, связанные с изменением свойств коррозионной среды.

4. Комбинированные методы.

Электрические методы защиты основаны на изменении электрохимических свойств металла под действием поляризующего тока. Наибольшее распространение получила защита металлов при наложении на них катодной поляризации. Плотность тока, обеспечивающая полную катодную защиту, называется защитным током. Защита металла катодной поляризацией применяется для повышения стойкости металлических сооружений в условиях подземной (почвенной) и морской коррозии, а также при контакте металлов с агрессивными химическими средами. Она является экономически оправданной в тех случаях, когда коррозионная среда обладает достаточной электропроводностью и расход электроэнергии невелик. Катодная поляризация защищаемого металла достигается либо наложением тока от внешнего источника (катодная защита), либо созданием гальванической пары с менее благородным металлом (Al, Mg, Zn и их сплавы). Он играет здесь роль анода и растворяется (протекторная защита).

Разработан метод защиты металлов от коррозии наложением анодной поляризации; он применим лишь к металлам и сплавам, способным пассивироваться при смещении их потенциала в положительную сторону. К электрическим методам защиты относится также электродренаж, применяемый для борьбы с разрушающим действием блуждающих токов на подземные сооружения.

Защита металлов, основанная на изменении их свойств, осуществляется или легированием, или специальной обработкой их поверхности. Обработка поверхности металла с целью уменьшения коррозии проводится одним из следующих способов : покрытием металла пассивирующими пленками его труднорастворимых соединений (оксиды, фосфаты, сульфаты, вольфраматы . ), созданием защитных слоев из смазок, битумов, красок, эмалей . нанесением покрытий из других металлов, более стойких в данных конкретных условиях (лужение, цинкование, меднение, никелирование, хромирование, свинцование . ).

Защитное действие большинства поверхностных пленок можно отнести за счет механической изоляции металла от окружающей среды. Общий недостаток этих методов - при удалении поверхностного слоя скорость коррозии на поврежденном месте резко возрастает. В этом отношении легирование является значительно более эффективным (хотя и более дорогим) методом повышения коррозионной стойкости металла.

Изменение свойств коррозионной среды достигается или соответствующей обработкой среды, при которой уменьшается ее агрессивность (уменьшается концентрация компонентов, особенно опасных в коррозионном отношении, например, удаление кислорода деаэрацией или др. методами, подщелачивание, снижение общего содержания солей . ), или введением в коррозионную среду небольших добавок специальных веществ - замедлителей (ингибиторов) коррозии.

Ингибиторы коррозии разделяют в зависимости от условий их применения на жидкофазные и парофазные (летучие); жидкофазные ингибиторы делят, в свою очередь, на ингибиторы коррозии в нейтральных, щелочных и кислых средах. До настоящего времени еще не удалось найти эффективных ингибиторов коррозии металлов в щелочных растворах. В качестве ингибиторов кислотной коррозии применяются почти исключительно органические вещества, содержащие азот, серу или кислород. Действие ингибиторов кислотной коррозии связано с их адсорбцией на границе раздела металл-кислота. Действие большинства ингибиторов кислотной коррозии усиливается при одновременном введении добавок поверхностно-активных анионов (галогенидов, сульфидов, роданидов).

Комбинированные методы сочетают в себе два или несколько способов защиты : битумные композиции + катодная защита (подземные трубопроводы); покраска + ингибитор коррозии как один из ингредиентов красителя (механическая защита + электрохимическая); катодная поляризация + ингибиторы (в нейтральных и кислых средах). Результативный эффект комбинированной защиты обычно выше суммарного эффекта соответствующих индивидуальных методов.

Читайте также: