Материал: Курс общей химии. Спиридонов Б.А

мосферу, а продукты растворения тем или иным способом выводятся из раствора электролита. В качестве растворов электролитов для обработки сталей и многих цветных металлов (никель, медь, кобальт, титан) и их сплавов применяется раствор NaCl; для обработки алюминия, цинка, олова и их сплавов — раствор NaNО3, для обработки молибдена и вольфрама - раствор NaOH.

В настоящее время ЭХОМ используется для обработки лопаток турбин, штампов и пресс-форм, твердых и тугоплавких металлов и сплавов, получения и обработки отверстий и полостей для фрезерования, точения и шлифования различных изделий, заточки инструмента.

Рис. 66. Схема электрохимической обработки металлов: 1 - раствор электролита; 2 - катод (инструмент);

3 - анод (изделие)

Следует отметить, что области применения электролиза непрерывно расширяются. Например, в последние годы разработаны электрохимические преобразователи информации и электрохромные устройства, основу действия которых составляют законы электролиза.

Глава 10. КОРРОЗИЯ И ЗАЩИТА МЕТАЛЛОВ

10.1. Общие сведения о коррозии

Коррозией называется процесс самопроизвольного разрушения металлов в результате химического и физикохимического воздействия окружающей среды. Сущность кор-

283

розионных процессов сводится к переходу металлов в термодинамически более стабильные в определенных условиях продукты: оксиды, гидроксиды и др.

Коррозия является одним из самых разрушительных процессов природы. По мере развития техники происходило расширение видов и форм коррозии металлов и неметаллических материалов, увеличивались вызываемые ею потери. Причиной этого, с одной стороны, является быстро растущее количество изделий, устройств, машин и конструкций, с другой - возрастающее загрязнение окружающей среды (атмосферы, вод и почвы) продуктами сгорания угля и жидкого топлива, бытовыми и промышленными стоками, газовыми выбросами промышленных предприятий, химическими веществами, используемыми в быту, сельском хозяйстве и т.д.

Вред, наносимый коррозией, огромен. Только черных металлов разрушается до 10 % от выпускаемого количества. Однако ущерб определяется не только чистым весом разрушаемого металла, но и в значительно большей степени стоимостью тех конструкций, которые вышли из строя из-за подчас незначительного очага коррозии, а также стоимостью ремонта испорченного оборудования. В сумму ущерба от коррозии входит и стоимость всех мероприятий по борьбе с коррозией, включая применение многочисленных защитных покрытий (металлических, лакокрасочных и других), применение дефицитных и дорогостоящих конструкционных материалов и т.д.

10.2. Классификация коррозионных процессов

По механизму протекания процессов различают химическую и электрохимическую коррозию.

Химическая коррозия - процесс, протекающий за счет гетерогенной химической реакции, без разделения на отдельные стадии. Продукты коррозии образуются непосредственно на участке, подвергаемом коррозии. К ней относят коррозию газовую (например, окисление металла при нагреве) и коррозию

284

внеэлектролитах. Примерами коррозии такого рода служат разрушение лопаток и других элементов турбин, находящихся

вконтакте с горячими топливными газами, коррозия резервуаров, коммуникаций и химических реакторов, вызванная дейст-

вием таких газов, как H2S, H2, CO, Cl2, NH3, перегретый водяной пар или жидких неэлектролитов, например, нефти и продуктов ее переработки, расплавленной серы, органических соединений.

Электрохимическая коррозия возникает в растворах электролитов, причем ей сопутствуют протекающие на поверхности металла электрохимические процессы: окислительный - растворение металла и восстановительный – электрохимическое восстановление компонентов среды. На скорость электрохимической коррозии влияют особенности как самого металла (вид, структура, неоднородности, наличие пленок и покрытий), так и электролитической среды (состав, концентрация, температура, кислотность и т.д.). Влияют также условия эксплуатации металлической конструкции. Видами электрохимической коррозии являются: атмосферная, подземная, морская, биологическая, коррозия под действием блуждающих токов и др.

Атмосферной называется коррозия металла, находящегося в среде влажного воздуха.

Жидкостная коррозия протекает в электролитах, включая расплавленные соли. Выделяют морскую коррозию, являющейся следствием агрессивного действия морской среды – морской воды и атмосферы.

Подземная или грунтовая коррозия происходит из-за аг-

рессивного действия почвы.

Электрокоррозия возникает под действием внешнего источника тока, например, коррозия под действием блуждающих токов, или коррозия (растворение) нерастворимого анода работающего электролизера.

Биологическая коррозия происходит в результате изменений в коррозионной среде вследствие деятельности микроор-

285

ганизмов, например, бактерий или других живых организмов – водорослей, плесени, грибов.

По характеру разрушения коррозия делится на сплошную, или общую, и местную, или локальную (рис. 67)

Общая коррозия называется равномерной, если фронт коррозионного разрушения распространяется параллельно плоскости металла (рис. 67, а), и неравномерной, если скорость коррозии на различных участках неодинакова (рис. 67, б).

Примером общей коррозии является избирательная коррозия, которая характерна для сплавов - твердых растворов.

Местная коррозия имеет ряд разновидностей, среди которых распространены следующие: а) коррозия пятнами, в виде отдельных раковин; б) точечная, или питинговая, коррозия - разрушение в глубину металла с образованием пор, вплоть до сквозных; в) межкристаллитная коррозия - разрушение металла по границам кристаллитов; г) внутрикристаллитная коррозия - разрушение по зернам кристаллитов. Этот вид коррозии наблюдается при коррозионном растрескивании, протекающем под влиянием внешних механических нагрузок или внутренних напряжений.

Рис. 67: Виды коррозионного разрушения.

а - сплошная равномерная коррозия; б - сплошная неравномерная коррозия; в - избирательная коррозия; г - неравномерная коррозия пятнами; д - неравномерная точечная коррозия;

е - межкристаллитная коррозия; ж - внутрикристаллитная коррозия при коррозионном растрескивании

под действием внешних сил F.

286

10.3.Количественная и качественная оценка коррозии

икоррозионной стойкости

Различают две характеристики для количественной оценки коррозии - коррозионные потери и скорость коррозии.

Коррозионные потери определяются как отношение потери массы к площади прокорродированной поверхности.

Скорость коррозии определяется изменением некоторого свойства и признака вещества за время протекания процесса коррозии. Как коррозионные потери, так и скорость коррозии могут изменяться во времени.

Ввиду разнообразия типов коррозионных разрушений невозможно установить единую для всех случаев меру скорости коррозии. Так, в случае сплошной коррозии скорость последней определяется как убыль массы вещества, отнесенная к единице поверхности за единицу времени, например, г/(м2·ч) или г/(м2·год). Скорость коррозии можно оценивать и по глубине разрушения вещества за единицу времени (например, линейная скорость коррозии чаще всего выражается в мм/год).

Способность вещества противостоять разрушающему воздействию определенной коррозионной среды называется коррозионной стойкостью.

Продуктами коррозии называется химические соединения, образующиеся в ходе процесса коррозии вследствие взаимодействия металла и коррозионной среды.

10.4. Химическая коррозия

Внешние факторы газовой коррозии. Газовая коррозия является частным случаем химической коррозии и возможна только в условиях, исключающих протекание электрохимических процессов. Характерной особенностью газовой коррозии является отсутствие на поверхности металла влаги. Поэтому в большинстве случаев речь идет о коррозии при повышенной температуре, при которой вода находится в газовой фазе. Од-

287