Коррозия металлов
Коррозия – это активное разрушение металлов и сплавов под влиянием окружающей среды. Самопроизвольный окислительно-восстановительный процесс. Представляет собой окисление металла при контакте с водой и под воздействием растворённого в ней кислорода (кислородная коррозия).
Наносит большой экономический ущерб (выход из строя оборудования, машин, механизмов, разрушение металлических конструкций, аппаратуры химической промышленности, контактирующей с агрессивными химическими средами).
Коррозия
Ø В зависимости от локализации:
o Сплошная = общая – затрагивает всю поверхность металла
o Местная = локальная – в отдельных участках
Ø В зависимости от механизма процесса:
o Химическая
o Электрохимическая
Химическая коррозия
Это окисление металлов без возникновения гальванической пары (например, в аппаратах химической промышленности или в цилиндрах двигателей внутреннего сгорания). Электрический ток в системе не возникает. Металлы взаимодействуют с составными частями среды – газами, растворами неэлектролитов.
Газовая коррозия – окисление металлов компонентами газовой среды. Наиболее опасны О2, пары Н2О, СО2, SO2. Скорость окисления значительно возрастает при высоких температурах (выше 600оС).
Коррозионное разрушение железа и его сплавов в атмосфере кислорода
На поверхности железа появляется слой окалины Fe3O4 – смесь оксидов железа (2) и железа (3).
2Fe + O2 = 2FeO
Fe – 2e- = Fe2+ | 2
O2 + 4e- = 2O-2 | 1
4Fe + 3O2 = 2Fe2O3
Fe – 3e- = Fe3+ | 4
O2 + 4e- = 2O-2 | 3
Рыхлая плёнка оксидов не защищает железо от дальнейшего разрушения. Поэтому при длительной работе аппарата в условиях высоких температур и в присутствии кислорода железо полностью окисляется, и аппарат разрушается.
Коррозия в среде неэлектролитов (в двигателях внутреннего сгорания и в реактивных двигателях). Примеси серы и её соединений, содержащиеся в топливе, окисляются до оксида серы (4) и оксида серы (6). Эти вещества вызывают разрушение металла.
Электрохимическая коррозия
Это разрушение металла при контакте с раствором электролита с возникновением гальванической пары. Происходит не только окисление металла, но и возникновение электрического тока в системе «металл – окружающая среда». Наносит наибольший вред (разрушение металла).
Разновидности электрохимической коррозии:
Ø Атмосферная – протекает на поверхности металла под действием сконденсированной влаги. Эта влага растворяет примеси из воздуха (оксиды азота, диоксид серы, хлороводород и др.), которые ускоряют коррозию.
Ø Почвенная – протекает при контакте металлов с грунтовыми водами (трубопроводы, кабели, рельсы)
Ø Морская – протекает при контакте металлов с морской водой (обшивка судов, оборудование, применяемое в портах)
Электрохимическую коррозию вызывают:
v Примеси других металлов и неметаллов. Чем дальше друг от друга в ряду напряжений расположены металлы, образующие гальваническую пару, тем выше скорость коррозии.
v Неоднородность поверхности металла, на которой образуется микрогальванический элемент (электролитом является влага).
При электрохимической коррозии на металле протекают одновременно 2 процесса:
Ø Анодный – окисление металла М, который в результате растворяется:
М – ze- = Mz+
Ø Катодный – восстановление окислителей – компонентов среды Ох:
Ох + ze- = Red
В качестве окислителя в водных растворах в кислой среде выступают Н+ (а) или растворенный в воде кислород воздуха (б).
а) 2Н+ + 2е- = Н2
б) О2 + 2Н2О + 4е- = 4ОН-
Металлы, имеющие положительный стандартный электродный потенциал, подвергаются коррозии только с участием О2 в средах любой кислотности. Например, коррозия меди:
Cu – 2e- = Cu2+ | 2
О2 + 2Н2О + 4е- = 4ОН- | 1
2Cu + O2 + 2H2O = 2Cu(OH)2
Контактная коррозия происходит в месте контакта 2 разнородных металлов, помещённых в раствор.
Между двумя разнородными металлами в месте контакта возникает гальваническая пара. Поток электронов идёт от более активного металла, стоящего левее в ряду напряжений, к менее активному металлу, и более активный металл разрушается (корродирует). Менее активный металл является проводником.
Ø Химический процесс – окисление более активного металла (Me – ze- = Mez+)
Ø Электрический процесс – перенос электронов от одного участка к другому: от более активного металла – анода (донора электронов) к менее активному – катоду (акцептору электронов). (При электролизе – наоборот!)
Если железо, из которого изготовлена деталь, содержит примесь менее активного металла (например, меди), то ионы железа, выходя в раствор, передают электроны менее активной меди. В дальнейшем возможны 2 пути развития процесса.
1) При коррозии железных изделий в нейтральной или щелочной среде железо (анод) окисляется до Fe2+:
Fe0 – 2e- = Fe2+
Кислород, растворённый в электролите, при этом восстанавливается на меди до ионов ОН- (кислородная деполяризация катода):
О20 + 2Н2О + 4е- = 4ОН- (рН > 7)
Далее в растворе между ними протекают химические реакции, приводящие к образованию твёрдых рыхлых гидроксидов и оксидов железа (ржавчина), и железо рассыпается в порошок.
Fe2+ + 2OH- = Fe(OH)2 (2Fe + O2 + 2H2O = 2Fe(OH)2)
4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3 (2Fe2O3 . 6H2O)
Постепенно образуется ржавчина, имеющая переменный состав: Fe2O3 . nH2O
2) Аналогично протекает коррозия железа в кислотной среде, например, в воде, содержащей растворённые газы СО2 и SO2 (водородная коррозия):
Fe0 – 2e- = Fe2+; ионы выходят в раствор, электроны перемещаются к менее активному металлу
2H+ + 2e- = H20 (pH < 7) - разряжаются на менее активном металле (водородная деполяризация катода)
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
