Коррозия металлов. Химическая и электрохимическая коррозия. Защита от коррозии

Страницы работы

5 страниц (Word-файл)

Содержание работы

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)

Похожие материалы

Информация о работе