Материал: Курс общей химии. Спиридонов Б.А

Рис.69. Схема коррозии железа с включением меди Электрохимическая система этой гальванопары в элек-

тролите изображается, как и в случае гальванического элемента, схемой

A (-) Fe│H2SO4│Cu (+) K

железо - анод, медь - катод На аноде: Fe - 2ē = Fe2+

На катоде: 2Н+ + 2ē = Н2

В результате железо разрушается в месте контакта, а на меди выделяется водород.

2. Гальванопары могут возникать и в результате неравномерности аэрации, т.е. неравномерного доступа кислорода к различным участкам поверхности металла. На рис. 70 показана схема коррозии железа при неравномерном доступе кислорода.

Участки поверхности металла, к которым быстрее диффундирует кислород - катодные, к которым затрудняется доступ кислорода – анодные.

На аноде: Fe - 2ē = Fe2+

На катоде: O2 + 2Н2O + 4ē = 4ОН- (в нейтральной среде)

Рис. 70. Схема коррозии железа при неравномерной аэрации

В ходе коррозии химический состав раствора вблизи металлической поверхности подвергается непрерывным изменениям. Результатом этих изменений являются вторичные реакции. Из приведенной выше схемы видно, что вблизи катодного

303

участка происходит подщелачивание и ионы железа могут

вступить в реакцию с ионами OН- с образованием гидроокиси железа: Fe2+ + 2OH- → Fe (OH)2

Труднорастворимая гидроокись железа выпадает в осадок. Если процесс протекает в воздушной среде, то гидроокись железа (II) окисляется кислородом воздуха в гидроокись желе-

за (III):

4Fe (OH)2 + O2 + 2H2O → 4Fe (OH)3

Гидроксиды железа неустойчивы и постепенно могут переходить в соответствующие оксиды. Продукты электрохимической коррозии железа, состоящие из гидратированных оксидов, называются ржавчиной.

3.Возникновение разности потенциалов может наблюдаться для одного и того же металла, части которого контактируют с электролитом разной концентрации. В растворе с меньшей концентрацией поверхность металла заряжается отрицательно (анод), а в более концентрированном растворе - положительно (катод).

4.Часто детали изделия, выполненные из одного и того же металла и различающиеся только по температуре эксплуатации могут подвергаться электрохимической коррозии. Такие контакты встречаются в промышленных устройствах, соприкасающихся с нагретыми газами или жидкостями, например, в паровых котлах, змеевиках и т.д.

5.Различный уровень механических напряжений в одной

итой же детали приводит к возникновению микрогальванопар. Если согнутая металлическая пластинка погружена в коррозионную среду, то на растянутом слое через некоторое время начнут возникать трещины (анод), внутренний слой останется без изменения (катод).

Факторы, влияющие на коррозию. На скорость корро-

зии влияют различные факторы: природа металла, его структу-

304

ра и состояние поверхности, химический состав и свойства среды, температура электролита, природа поверхностных оксидных пленок, условия работы изделия, влажность, пыль и др. Например, состав электролита определяет электропроводность и активную концентрацию ионов, участвующих в процессе.

Ускоряют коррозионные процессы во всех случаях и для всех металлов ионы Н+, Сl -, Br -, I -, понижая потенциал растворения металлов. Для амфотерных металлов такую роль играют ионы ОН -.

Присутствие в электролите ионов или полярных молекул, которые могут выступать как лиганды при комплексообразовании и растворять пассивирующие пленки (Сl -, СN -, NH3), значительно ускоряет коррозионные процессы.

С увеличением температуры скорость коррозии металлов, как правило, возрастает, причем эта зависимость носит экспоненциальный характер. Скорость коррозии стали в НСl, идущая с выделением водорода, удваивается при увеличении температуры на 10°. Однако часто зависимость скорости коррозии от температуры имеет сложный характер (например, в случае, когда процесс коррозии протекает с кислородной деполяризацией). Такое явление наблюдается при коррозии стали в природных водах.

10.6. Методы защиты от электрохимической коррозии

Коррозию металлов можно затормозить изменением потенциала металла, пассивированием металла, снижением концентрации окислителя, изменением состава металла и др. При разработке методов защиты от коррозии используют указанные способы снижения скорости коррозии, которые меняются в зависимости от характера коррозии и условий ее протекания. Выбор способа определяется его эффективностью, а также экономической целесообразностью. Все методы защиты условно делятся на следующие группы: а) легирование металлов;

305

б) защитные покрытия (металлические, неметаллические), электро - химическая защита; в) изменение свойств коррозионной среды; г) рациональное конструирование изделий.

Легирование металлов - эффективный (хотя и дорогой) метод повышения коррозионной стойкости металлов. При легировании в состав сплава вводят компоненты, вызывающие пассивацию металла. В качестве таких компонентов применяют хром, никель, вольфрам и др. Широкое применение нашло легирование для защиты от газовой коррозии. При этом используют сплавы, обладающие жаростойкостью и жаропрочностью.

Защитные покрытия - это слои, искусственно создаваемые на поверхности металлических изделий и сооружений для предохранения их от коррозии. Материалы для металлических защитных покрытий могут быть как чистые металлы (цинк, кадмий, алюминий, никель, медь, хром, серебро и др.), так и их сплавы (бронза, латунь и др.). По характеру поведения металлических покрытий при коррозии их можно разделить на катодные и анодные. К катодным покрытиям относятся покрытия, потенциалы которых в данной среде имеют более положительное значение, чем потенциал основного металла. В качестве примера катодных покрытий на стали можно привести Сu, Ni, Ag. При повреждении покрытия (или наличие пор) возникает коррозионный элемент, в котором основной материал в поре служит анодом и растворяется, а материал покрытия - катодом, на котором выделяется водород или поглощается кислород

(рис. 71).

Следовательно, катодные покрытия могут защищать металл от коррозии лишь при отсутствии пор и повреждений покрытия. Анодные покрытия имеют более отрицательный потенциал, чем потенциал основного металла. Примером анодного покрытия сможет служить цинк на стали. В этом случае основной металл будет катодом коррозионного элемента, поэтому он не корродирует (рис. 72).

306