13.2. Фізичні основи теорії корозії металів

Як уже зазначалося, за типом корозійного процесу роз­різняють електрохімічну і хімічну корозію. За видом корозійного середовища корозія буває атмо­сферна, ґрунтова чи в морській воді. На рис. 13.1 зображено види корозійного руйнування (суцільне, поверхневе, міжкристалічне і корозійні тріщини).

Рис. 13.1. Види корозійного руйнування:

а - суцільне; б - поверхневе; в - міжкристалічне; г - тріщини

З точки зору фізичної природи процесу корозії електро­хімічною корозією називають таку корозію, яка супроводжується появою електричного струму і наявністю рідини - електроліту. Електролітами можуть бути електропровідні рідини: луги, розчини кислот, солей, газів.

При контакті металу та електроліту іони з поверхні металу переходять в електроліт, і спричиняють виникнення між ними електрорушійної сили (ЕРС).

При розчиненні металу в електроліт переходять лише позитивно заряджені іони. Тому електроліт, що контактує з металічною пластинкою, заряджається позитивно, а сама пластинка - негативно за рахунок електронів, що залишилися на ній. Якщо порівняти метали за здатністю "переходити в розчин", то вона різна. Тому якщо пластинки різних металів опустити в один електроліт, то вони будуть мати різні потенціали, причому чим більше іонів металу перейде в розчин, тим більшим буде негативний потенціал цього металу. Значення потенціалів розчинення деяких елементів наведено в табл. 13.1 (вимірювання зроблено по водневому електроду, потенціал якого прийнятий рівним нулю).

Таблиця 13.1

Якщо з'єднати провідником різні металічні пластинки, що знаходяться в електроліті, то утворюються гальванічні пари, де анодом є метал з нижчим потенціалом, а катодом - метал з вищим, тобто більш електронегативним потенціалом відносно Н₂.

З точки зору термодинаміки напрямок проходження будь-якої хімічної реакції, в тому числі між металом і середовищем, визначається зміною вільної енергії Гіббса, АС.

Чим більше від'ємне значення АС, тим більша реакційна взаємодія:

0₂

Мg+Н₂О → Мg(ОН)₂; ∆G = -598 Дж (-142,600 кал),

0₂

Аu+Н₂О → Аu(ОН)₃; ∆G = +66 Дж (15,700 кал).

Велике від'ємне значення АС вказує на "здатність" металу до взаємодії з водою і киснем. Позитивне значення АС в Аи вказує на те, що в даних умовах реакція не пройде.

З точки зору електрохімічного механізму корозії спо­рідненість металу до корозії виражається через ЕРС корозійних елементів:

∆G = - Е ·п · F,

де Е - ЕРС;

п - кількість електронів (або хімічних еквівалентів, що беруть участь у реакції);

Р - число Фарадея (96500 кулонів на хімічний еквівалент).

Таким чином, чим більше значення Е для будь-якого елемента, тим більша здатність до проходження реакції в елементі.

Таблиця 13.2

Середня швидкість атмосферної корозії *, мм/рік

Метал	Середовище, в якому проводяться випробування
	промислове	морське	сільська місцевість
	10 років	10 років	10 років
А1	0,84	0,7	0,02
Сu	1,19	1,32	0,58
РЬ	0,43	0,41	0,48
Sn	1,19	2,31	0,46
Ni	3,25	0,10	0,15
Zn	5,10	1,60	0,86
Сталь	12,19	1,75	1,07

*Фактори впливу: температура, час, середовище, склад металу (наявність захисної плівки).