Коррозия и защита металлов и сплавов

ОТ КОРРОЗИИ

Коррозией называют самопроизвольное разрушение металлов и сплавов вследствие физико–химического взаимодействия их с окружающей средой.

По механизму протекания процесса различают коррозию химическую и электрохимическую.

Химическая коррозия протекает в неэлектропроводных средах (сухая атмосфера воздуха, растворы неэлектролитов). Химическая коррозия представляет собой непосредственное взаимодействие металла с окислителем, то есть процессы окисления и восстановления протекают одновременно и на одном и том же участке поверхности:

4Fe + 3O₂ = 2Fe₂О₃

2 2Fe – 6e 2Fе³⁺ (окисление)

3 O₂ + 4е 2O^2- (восстановление)

Электрохимическая коррозия протекает в электропроводных средах: растворы электролитов, влажная атмосфера воздуха (относительная влажность воздуха больше 65%).

Наличие электропроводной среды делает возможной работу большого числа небольших по размеру гальванических элементов (микрогальванопар). Причиной образования на поверхности металла гальванических элементов является то, что большинство технически важных металлов имеют в своем составе примеси или даже специально вводимые добавки. Поэтому отдельные участки поверхности металла имеют более положительное, другие – более отрицательное значение потенциала (электрохимическая неоднородность поверхности).

Основной причиной коррозии является термодинамическая неустойчивость металла или сплава в той или иной коррозионной среде. Критерием термодинамической вероятности коррозии является уменьшение изобарно - изотермического потенциала ( G < 0). В электрохимических процессах изменение изобарно - изотермического потенциала определяется по формуле

G = –nF E,

где: n - число электронов, принимающих участие в реакции;

F - число Фарадея;

Е - разность потенциалов, при которых протекают катодные и анодные процессы ().

Если Е > 0, т.е. , то ∆G < 0, и процесс коррозии протекает самопроизвольно.

Приближенная оценка степени термодинамической нестабильности различных металлов в наиболее распространенных коррозионных средах может быть сделана по величине стандартных электродных потенциалов (см. таблицу «Стандартные электродные потенциалы металлов» Приложения), что примерно соответствует потенциалу окисления металла в анодном процессе Е_а.

Наиболее распространенными коррозионными средами являются водные растворы электролитов, содержащие в качестве окислителя растворенный кислород или ионы водорода, то есть чаще всего коррозионный процесс протекает с кислородной или водородной деполяризацией. Величины потенциалов, соответствующих катодному процессу Е_К в наиболее распространенных коррозионных средах, представлены в таблице 1, в которой выделены 4 группы металлов, термодинамически неустойчивых в той или иной среде (∆G <0, если Е_К>Е_А).

Особое место среди металлов занимает золото (Е^О_Au_/_Au3+ = + 1,5В), которое является термодинамически устойчивым во всех наиболее распространенных коррозионных средах, указанных в таблице 1.

Таблица 1. Классификация металлов по термодинамической неустойчивости в различных средах

Коррозионные среды	Катодный процесс (кислородная или водородная деполяризация)	Е^о_к, в	Группы металлов, для которых ∆G <0	Потенциалы анодов^, Е^о_А, В (Е^о_{Ме / Ме} п+)*
Нейтральная среда в отсутствии растворенного кислорода	2Н₂О +2е = Н₂+2ОН^–	-0,413	I Li…Fe	-3,01<E< -0,413
Кислая среда в отсутствии растворенного кислорода	2Н⁺ +2е =Н₂	0,00	II Li…W	-3,01<E< 0,00
Нейтральная среда в присутствии растворенного кислорода и влажная атмосфера	О₂+2Н₂О +4е = 4ОН^–	+0,815	III Li…Ag	-3,01<E< +0,815
Кислая среда в присутствии растворенного кислорода и влажная атмосфера промышленных районов	О₂+ 4Н⁺ +4е = 2Н₂О	+1,23	IV Li…Bi	-3,01<E< +1,23

*Анодные процессы для всех металлов можно представить в общем виде:

Ме – пе = Ме^п+