Электрохимическая коррозия

Во влажной коррозионной среде на поверхности металла возникает скачок потенциала, в результате которого поверхность металла принимает отрицательный заряд, но процесс коррозии не пойдёт, если не будет окислителя, чтобы связывать электроны. В данном случае корродирующий металл поляризуется анодно, а поэтому нужен деполяризатор. Для обычных процессов коррозии в атмосферных условиях электроны связываются кислородом (кислородная деполяризация) или ионами водорода (водородная деполяризация):

2Н₂О + О₂ + 4ē → 4 ОН‾; 2Н⁺ + 2ē → Н₂.

Электрохимическая коррозия протекает в электролитах и сопровождается возникновением коррозионного тока между анодными и катодными участками поверхности металла (рис. 5.12).

Рис. 5.12 − Схема принципа электрохимической коррозии металлов

Функцию анода выполняет более активный участок, на нём идёт окисление, в результате чего металл разрушается и его ионы «уходят» в коррозионную среду. Освободившиеся в результате окисления электроны участвуют в катодном процессе восстановления окислителя из окружающей среды. Вид процесса зависит от природы окислителя и состава среды. Для случая контакта двух металлов коррозионный процесс наиболее активно идёт в месте контакта (рис. 5.12).

В зависимости от размеров анода и катода можно выделить макро- и микрокоррозионные элементы, к первым можно отнести случаи контакта двух различных металлов, а ко вторым ─ коррозию сплавов с неоднородной структурой. Примером коррозии, сопровождающейся работой макрокоррозионного элемента, является коррозия стальных листов, соединённых медной заклёпкой (рис. 5.13).

Поверхность металлических изделий в обычных условиях имеет плёнку влаги, в которой растворяется углекислый газ из воздуха и возникает слабокислая среда:

Н₂О + СО₂ <══> Н₂СО₃ <══> Н⁺ + НСО₃^─

Реальный электродный потенциал стали в слабокислой среде равен ─0,35 В, а меди равен +0,14 В, т.о. в возникающем коррозионном элементе сталь будет выполнять функцию анода, а медная заклёпка ─ катода и схема коррозионного элемента имеет следующий вид: (Анод) Fe | Н₂СО₃ | Cu (Катод).

На анодных участках будет идти процесс окисления: Fe⁰ → Fe²⁺ + 2ē,

в результате которого сталь будет разрушаться.

На катодных участках будет идти восстановление окислителя, которым в кислой среде являются ионы водорода: 2Н⁺ + 2ē → Н₂ .

Рис. 5.13 ─ Схема электрохимической коррозии при контакте двух металлов

(макрокоррозионный элемент)

Микрокоррозионные элементы работают при коррозии стальной арматуры в железобетоне (рис. 5.14).

Рис. 5.14 − Схема электрохимической коррозии арматуры в железобетоне

(микрокоррозионный элемент)

В данном случае имеет значение микрогетерогенность стали: сплава железа с углеродом. Менее активные участки цементита поляризуют анодно более активные участки феррита, вследствие чего последние окисляются:

Анодный процесс: 2Fe⁰ → 2Fe²⁺ + 4ē (процесс окисления).

На окисленных участках идёт восстановительный процесс. Если во влажной атмосфере присутствует кислород, то на катодных участках происходит процесс:

Катодный процесс: 2Н₂О +О₂ + 4ē → 4ОН^─ (процесс восстановления).

Сущность электрохимической коррозии сводится к разрушению анодных участков и восстановлению окислителя на катодных участках поверхности металла. Вторичные процессы коррозии связаны с более глубоким окислением железа, образованием гидроксида железа (III) и его частичным обезвоживанием:

О₂ ОН¯ ─ Н₂О

Fe²⁺ ─→ Fe³⁺ ──→ Fe (OH)₃ ───→ Fe ₂O₃· n H₂O.

Образующийся продукт Fe ₂O₃· n H₂O обычно называют ржавчиной.