Коррозия металлов

Коррозией металлов называется самопроизвольное разрушение в результате химического, электрохимического и биологического воздействия окружающей среды.

При этом металлы переходят в окисленное состояние и теряют присущие им свойства, а вещества, входящие в состав окружающей среды, восстанавливаются, выступая как окислители:

- ne^-  Meⁿ⁺ (G < 0) (1)

O²⁺ 4e^-  2O^2- (2)

2H₂O + 2e^-  H⁰ + 2OH^- (3)

²

2H⁺ + 2e^-  (4)

O₂ + 2H₂O + 4e^-  4OH^- (5)

и другие.

Химическая коррозия возникает под действием на металлы окислителей-неэлектролитов, главным образом газов (газовая коррозия) и жидкостей.

В результате газовой коррозии (особенно при повышенных температурах) металл, окисляясь, покрывается слоем продуктов своего окисления: оксидов, хлоридов, сульфидов и др.

Например, 4Fe + 3O₂  2Fe₂O₃

2Al + 3Cl₂  2AlCl₃

4Ag + O₂ + H₂S  2Ag₂S + H₂O

При этом скорость и глубина газовой коррозии зависит не только от активности металла, агрессивности среды, температуры, но и природы коррозионной пленки. Последняя, чем более сплошная, плотная, прочно связанная с металлом и т.д., тем характеризуется более высокими защитными свойствами (например, Al₂O₃ на Al, Cr₂O₃ на Cr и др.).

Электрохимическая коррозия возникает под действием растворов или расплавов электролитов в результате образования на поверхности металлов микрогальванических пар. В таких гальванических элементах роль анода играют участки с более отрицательным потенциалом: обычно наиболее активные и чистые металлы; роль катода – участки с наиболее положительным потенциалом: примеси или менее активные металлы и др. На аноде происходит окисление металлов по схеме (1). На катоде – восстановление. Ионы или молекулы, которые восстанавливаются на катоде, называются деполяризаторами. Наиболее распространена коррозия с водородной и кислородной деполяризацией.

В первом случае (при водородной деполяризации) на катоде протекает процесс восстановления водорода из воды (схема (3)) или кислоты (схема (4)). Водородная деполяризация преобладает в случаях, когда доступ кислорода, как более сильного окислителя, на поверхность металла ограничен. Это может иметь место под толстым слоем воды или в кислых растворах, в которых растворимость кислорода очень низка.

Во втором случае кислородная деполяризация обусловлена восстановлением атмосферного кислорода, растворенного в коррозионной среде, протекает по схеме (5).

PH среды и коррозия

Окислительные свойства основных деполяризаторов (H⁺, H₂O, O₂) зависят не только от химической природы, но и от кислотности среды (pH). При этом величина электродного потенциала в случае водородной деполяризации определяется уравнением

= - 0,059 рН,

а в кислородной -

= 1,23 – 0,059 рН.

Из этого следует, что с уменьшением рН (то есть с увеличением кислотности среды) окислительные свойства указанных деполяризаторов возрастают. Причем, при водородной деполяризации электрохимической коррозии подвергаются металлы с электродным потенциалом более отрицательным, чем у водородного электрода в соответствующей среде (или активные металлы, расположенные в ряду напряжений слева от водорода). При кислородной деполяризации коррозии могут подвергаться и неактивные металлы вплоть до серебра ( =+0,8B).