Понятие о коррозии металлов. Виды коррозии: химическая и электрохимическая

Разрушение металла под воздействием окружающей среды называют коррозией.

Коррозия металлов может происходить в атмосфере, в агрес­сивных средах (растворах кислот, щелочей, солей), в сухих газах при высоких температурах. Продукты коррозии металлов можно наблюдать, например, в виде ржавчины на стали и чугуне, зелено­
го налета на меди, белого налета на сплавах алюминия и т. д.

Коррозия помимо уничтожения металла отрицательно влияет на эксплуатационные характеристики деталей, содействуя всем видам разрушения.

Коррозия в зависимости от характера окружающей среды может быть химической и электрохимической.

Электрохимическая коррозия имеет место в водных растворах, а так же в обыкновенной атмосфере, где имеется влага.

Сущность этой коррозии в том, что ионы металла на поверхности детали, имея малую связь с глубинными ионами, легко отрываются от металла молекулами воды.

Металл, потеряв часть положительно заряженных частиц, ионов, заряжается отрицательно за счет избыточного количества оставшихся электронов. Одновременно слой воды, прилегающий к металлу, за счет ионов металла приобретает положительный заряд. Разность зарядов на границе металл – вода обуславливает скачок потенциала, который в процессе коррозии изменяется, увеличиваясь от растворения металла, и уменьшаясь от осаждения ионов из раствора на металле.

Если количество ионов переходящих в раствор и осаждающихся на металле одинаково, то скорости растворения и осаждения металла равны и процесс коррозии (разрушения металла) не происходит. Этому соответствует равновесный потенциал .

За нулевой потенциал принимают равновесный потенциал водородного иона в водном растворе. Стандартные потенциалы других элементов измерены по отношению к водородному потенциалу.

Металлы, стандартный потенциал которых отрицательный – корродируют в воде, в которой растворен кислород тем активнее, чем отрицательней значение электрохимического потенциала.

Уходящие ионы металла, взаимодействуя с ионами , образуют гидроксиды, нерастворимые в воде, которые называют ржавчиной, а процесс их образования – ржавлением.

Схема ржавления железа:

;

Гидроксид железа в присутствии кислорода, растворенного в воде, превращается в . Так как это нерастворимое соединение, то равновесный потенциал не может быть достигнут и коррозия будет продолжаться до полного разрушения.

В зависимости от структуры коррозия имеет разное проявление: при однородном металле – коррозия происходит равномерно по всей поверхности. При неоднородном металле – коррозия избирательная и называется точечной. Это явление наиболее опасно, так как приводит к быстрой порче всего изделия. Избирательная коррозия создает очаги концентрации напряжений, что содействует разрушению.

Если два взаимно контактирующих металла с разными по­тенциалами погрузить в какой-либо электролит, то они образуют гальванический элемент. При образовании гальванической пары разрушаться будет тот металл, у которого потенциал относительно меньший. Например, в гальванической паре железо — цинк раз­рушаться будет цинк.

Неоднородность структуры сплавов и присутствие в них посторонних примесей, способствуя появлению на поверхности гальванических пар, ускоряют процесс коррозии. Простые металлы корродируют в меньшей степени, чем их сплавы. Чем чище метал­лы, тем выше их коррозийная стойкость.

Химическая коррозия может происходить за счет взаимодействия металла с газовой средой при отсутствии влаги. Продуктом коррозии являются оксиды металла. Образуется пленка на поверхности металла толщиной в 1…2 периода кристаллической решетки. Этот слой изолирует металл от кислорода и препятствует дальнейшему окислению, защищает от электрохимической коррозии в воде. При создании коррозионно-стойких сплавов – сплав должен иметь повышенное значение электрохимического потенциала и быть по возможности однофазным.

Статистикой подсчитано, что коррозия ежегодно уничто­жает до 10% выплавляемого металла. От коррозии гибнет не толь­ко металл, она разрушает готовые изделия, стоимость которых на­ много выше стоимости самого металла. Такие огромные потери заставляют изыскивать надежные меры защиты металлов от кор­розии и создавать коррозионностойкие материалы.

Металл или сплав считается коррозионностойким, если он хорошо сопротивляется воздействию внешней агрессивной среды. Один и тот же металл или сплав неодинаково сопротивляется кор­розии в различных средах. Так, например, алюминий стоек в атмо­сфере и в пресной воде и нестоек в растворах щелочей, некоторых кислот и в морской воде.

Мерой коррозионной стойкости служит скорость распростране­ния коррозии металлов в данной среде и в данных условиях: чем эта скорость меньше, тем металл более коррозионностоек.

В зависимости от коррозионной стойкости в той или иной среде металлические материалы разделяют на несколько групп:

а) коррозионностойкие (нержавеющие) материалы, стойкие против коррозии в атмосфере, в почве, в морской и пресной воде и в других средах;

6) жаростойкие (окалиностойкие) материалы, стойкие против коррозии в газовых средах при температурах выше 550° С и рабо­тающие в ненагруженном или слабо нагруженном состоянии;

в) жаропрочные материалы, работающие в нагруженном со­стоянии при высоких температурах в течение определенного вре­мени и обладающие при этом достаточной жаростойкостью;

г) кислотостойкие материалы, стойкие против коррозии в агрес­сивных кислотных средах (в серной, соляной, азотной, фосфорной кислотах и их смесях разной концентрации).

Коррозионная стойкость может быть повышена, если содержание углерода свести до минимума, если ввести легирующий элемент, образующий с железом твердые растворы в таком количестве, при котором скачкообразно повысится электродный потенциал сплава.

Важнейшими коррозионно-стойкими техническими сплавами являются нержавеющие стали с повышенным содержанием хрома: хромистые и хромоникелевые.