1.2.7. Контролирующий процесс

Общий сложный процесс электрохимической коррозии состоит из последовательных более простых стадий: анодного, катодного и процесса протекания электрического тока. Устанавливающаяся скорость этого сложного процесса, соответствующая силе коррозионного тока J, определяется торможением, или сопротивлением, его отдельных стадий (R, R_a, R_K), на преодоление которых расходуется начальная разность потенциалов

,

. (25)

Контролирующим процессом называют наиболее заторможенную и потому оказывающую основное влияние на скорость коррозии ступень коррозионного процесса. Для определения контролирующего процесса рассчитывают степень контроля общего процесса каждой его ступенью, т.е. долю сопротивления этой ступени по отношению к общему сопротивлению всего процесса. Степень анодного, катодного и омического контроля рассчитывают по формулам:

; (26)

; (27)

. (28)

где С_а – степень анодного контроля;

С_к – степень катодного контроля;

C_R – степень омического контроля;

– анодная поляризация;

– катодная поляризация;

– омическое падение потенциала при величине тока пары J.

1.2.8. Контактная коррозия металлов

Контактной коррозией металлов называется электрохимическая коррозия металлов, имеющих в электролите разные стационарные электродные потенциалы и приведенных в контакт один с другим.

При замыкании в электролите двух металлов с разными электродными потенциалами образуется микрогальванический элемент. Металл с более электроотрицательным электродным потенциалом в данном электролите будет анодом, а с более положительным потенциалом – катодом микроэлемента. В результате работы такой пары растворение металла анода увеличивается, а катода уменьшается или полностью прекращается.

Таким образом, коррозия какого-либо металла (например, низколегированной или углеродистой стали) в электролите может быть замедлена контактом с более электроотрицательным металлом (например, цинком) или ускорена контактом с более электроположительным металлом (например, медью). Замедление коррозии металлов при их контакте с металлами, имеющими более отрицательные электродные потенциалы, используют для защиты металлических конструкций с помощью протектора.

1.2.9. Защитные покрытия

Самым распространенным методом улучшения поверхностных свойств металлов и повышения их физико-химической устойчивости является нанесение покрытий и пленок.

Широкое применение в технике защиты стали от коррозии имеют металлопокрытия, полученные электролитическим путем, так называемые гальванические покрытия. Сущность метода заключается в том, что покрываемые детали после тщательной подготовки их поверхности погружают в раствор электролита, содержащий ионы наносимого металла, и подключают к отрицательному полюсу постоянного тока, то есть делают катодами. Анодами обычно служат пластины из наносимого металла (растворимые аноды).

По своей природе металлопокрытия делятся на катодные и анодные. Потенциал защитного металла анодного покрытия (цинк, кадмий) более электроотрицателен, чем потенциал основного металла (стали). В этом случае защищается от коррозии не только механически, но и электрохимически, так как, являясь анодом, покрытие корродирует и катодно поляризирует открытые участки стали.

Потенциал катодных покрытий (свинец, олово, никель и др.) более положительный, чем потенциал стали, следовательно, сталь не будет подвергаться коррозии только до тех пор, пока защитный слой будет оставаться сплошным. Катодное покрытие защищает основной металл только механически.

Оценить качество катодного покрытия можно с помощью коррозионной диаграммы (рис. 8).

Если исследуется никелевое покрытие, то необходимо снять катодную поляризационную кривую для никеля.

Затем измеряют стационарные потенциалы стали и электрода покрытого никелем. Эти данные наносят на коррозионную диаграмму и находят коррозионный ток системы «сталь-никель».

При отсутствии в покрытии пор потенциал системы металл-покрытие будет равным потенциалу кроющего металла и коррозионный ток будет равным нулю. Наличие пор, а следовательно, и анодных участков в системе металл-покрытие приводит к тому, что потенциал системы смещается к потенциалу стали (основы) и при большой пористости практически достигает его.

Рис. 8. Коррозионная диаграмма для определения качества никелевого покрытия:

– стационарный потенциал никеля и катодная кривая, полученная на нем; – стационарный потенциал стали;

– стационарный потенциал электрода, покрытого никелем;

– коррозионный ток системы «сталь-никель»

Анодирование или анодное оксидирование, – самый распространенный способ защиты алюминия и его сплавов от электрохимической коррозии. На поверхности алюминия в атмосфере или в растворах, содержащих кислород, легко образуется оксидная пленка А1₂О₃. В обычных атмосферных условиях толщина возникающей пленки не превышает 0,005 – 0,02 мкм. Для повышения сопротивления алюминия коррозии оксидную пленку на нем искусственно утолщают путем химического и, главным образом, электрохимического оксидирования, например, в растворе серной кислоты. Этот процесс и называется анодированием. Анодирование дает возможность получить на алюминии пленку толщиной 5 – 20 мкм, а в специальных случаях – до 100 – 200 мкм.

Пленка оксида алюминия при анодном окислении образуется в результате протекания анодной реакции

. (29)

Одновременно с этим протекает химическая реакция частичного растворения пленки в серной кислоте

. (30)

Благодаря последней реакции анодная пленка во время роста поддерживается в пористом состоянии, что позволяет процесс анодного окисления продолжать длительное время и выращивать пленки значительной толщины. Более толстые пленки окисла, как правило, обладают лучшими защитными свойствами.

Если оксидную пленку дополнительно обработать в горячей воде или растворах хроматов, то ее защитные свойства заметно возрастают в результате образования в ее порах гидратированного окисла алюминия, имеющего больший объем, чем А1₂О₃.

Для придания изделиям красивого внешнего вида их часто после анодирования пропитывают в водных растворах красителей.