Механизмы электрохимической коррозии

Как упоминалось выше, электрохимическая коррозия металлов протекает в результате образования и работы короткозамкнутых гальванических элементов. Причиной этого является называемая неоднородность поверхности металла, находящейся в контакте с раствором электролита. При этом возможны 4 основных механизма электрохимической коррозии, связанные с:

1. контактом двух разных металлов, в том числе с примесями;

2. контактом металла с продуктами коррозии;

3. разной концентрацией окислителя на поверхности металла;

4. с изменением потенциала металла под действием механических напряжений.

Рассмотрим на примерах.

Пример 1. Как протекает коррозия технического цинка в кислой среде?

Решение. Случай соответствует механизму 1. Технический цинк содержит примеси. При этом большинство примесей при контакте металлов с растворами электролитов имеет более положительный потенциал, чем чистый металл. Поэтому примеси, выходящие на поверхность металла, играют роль катода. В данном примере, поскольку среда кислая, на катоде происходит восстановление водорода по схеме (4) (водородная деполяризация). Кристаллы чистого металла (цинка) играют роль анода и окисляются с поверхности по схеме

A: Zn⁰ – 2e^- = Zn²⁺

Ионы цинка, переходя в раствор, соединяются с гидроксид-ионами и образуют в качестве продукта коррозии малорастворимый Zn(OH)₂.

Пример 2. Как протекает атмосферная коррозия цинка при контакте с медью в нейтральной среде?

Решение. Случай также соответствует механизму 1, при этом цинк ( = - 0,74B), как более активный металл, чем медь ( =0,34В), играет роль анода и окисляется, а на меди (катод) происходит восстановление кислорода по схеме (5) (кислородная деполяризация). Продуктом коррозии является Zn(OH)₂.

Пример 3. Как происходит аэрационная коррозия железа, обусловленная неравномерным доступом кислорода к поверхности металла?

Решение. Случай соответствует механизму 3. Это явление «п и т и н г» имеет место, когда коррозионная среда не образует сплошной пленки на поверхности металла, а распределяется на ней в виде капель. В этом случае причиной электрохимической коррозии является образование концентрационных элементов в результате неравномерной концентрации окислителя (растворенного кислорода) в объеме коррозионной среды. В центре такой капли концентрация кислорода ниже, чем по краям. Поэтому та часть металла, которая расположена под центром капли, будет анодом, а расположенная по краям капли – катодом.

На аноде

Fe⁰ – 3e^-  Fe³⁺ (при кислородной деполяризации железо окисляется до Fe³⁺).

На катоде

2Н₂О + О₂ + 4е^- = 4ОН

Продуктом коррозии является Fe(OH)₃, который со временем, теряя воду, преобразуется в так называемую бурую ржавчину FeO(OH).

Пример 4. Как протекает электрохимическая коррозия стальных конструкций, испытывающих действие статической механической нагрузки?

Решение. Величина электродного потенциала, возникающего на границе металл-раствор электролита, зависит при прочих равных условиях также и от того, в каком состоянии находится его поверхность, например, сжатом или растянутом. Сжатые области при этом имеют более положительный, а растянутые – более отрицательный потенциал. Это приводит к образованию гальванического элемента, в котором сжатые участки являются катодом (и на них происходит соответствующая деполяризация, связанная с восстановлением наиболее сильного окислителя, входящего в состав коррозионной среды), а растянутые – анодом (на них происходит окисление металла).