Тема 12 Корозія металів

Корозія – це руйнування металів внаслідок їх хімічної або електрохімічної взаємодії з навколишнім середовищем. Причиною корозії є термодинамічна нестійкість металів по відношенню до кисню і вологи повітря.

Є багато класифікацій типів корозії за різними ознаками. Найбільш поширені класифікації типів корозії за такими ознаками: за механізмом процесу, за умовами протікання, за характером корозійних пошкоджень.

За механізмом процесу розрізняють такі типи корозії: хімічний, електрохімічний, електричний, біологічний.

За умовами протікання розрізняють такі типи корозії: атмосферний, морський, грунтовий, високотемпературний.

За характером корозійних пошкоджень розрізняють такі типи корозії: суцільний, місцевий.

“Хімічною корозією” називається руйнування металу при прямій взаємодії з окисником (у більшості випадків – з киснем повітря). Хімічна корозія відбувається на поверхні металу без виникнення електричного струму в системі.

Головний фактор, що впливає на процес хімічної корозії, – властивості оксидної плівки, що утворюється на поверхні металу або сплаву. Якщо плівка, що утворилася на поверхні металу, суцільна та не проникна для молекул оксигену, то така плівка захищає метал від корозії. Суцільність плівки оцінюють за допомогою критерію Пілліга – Бедвордса.

Захисними властивостями володіють плівки на поверхні таких металів, для яких відношення молярного об'єму оксиду до об'єму металу, з якого утворився цей оксид, знаходиться в межах 1  2,5

1  V_окс/n V_Me  2,5

Приклад 37.

Чи має захисні властивості оксидна плівка на поверхні барію? Густина барію та його оксиду складають 970 і 2270 кг/м³ відповідно.

Розв'язання.

1. Захисні властивості оксидної плівки визначаються за допомогою критерію Піллінга–Бедвордса. Захисними властивостями володіють плівки на поверхні таких металів, для яких відношення молярного об'єму оксиду до об'єму оксиду, з якого утворився оксид, знаходиться в межах 1–2,5.

2. 2Ва + О₂ = 2ВаО

3. V(оксиду)=m(оксиду)/(оксиду)=0,153/2270 = 6,7410^-5 м³

4. V(металу)=m(металу)/(металу) = 0,137/970 = 1,4110^-4 м³

5. V(оксиду)/V(металу)= 6,7410^-5/1,4110^-4=0,478.

Плівка оксиду барію не володіє захисними властивостями.

При контакті металу з електропровідним середовищем (у більшості випадків – з вологою повітря) корозія відбувається за електрохімічним механізмом. Основними умовами виникнення електрохімічної корозії є:

• контакт металу з електропровідним середовищем;

• електрохімічна неоднорідність поверхні металу.

При виконанні таких умов виникають короткозамкнені гальванічні елементи (гальванопари), які можна зобразити схемою:

A (–) Me₁  Розчин  Me₂ (+) K.

треба мати на увазі, що Me₁ більш активний ніж Me₂ .

На аноді буде відбуватися процес окиснення:

(А) Мe₁ – ne = Me ⁿ⁺.

На катоді в залежності від умов можуть відбуватися такі процеси:

– в кислому середовищі: (K) 2H⁺ + 2e = H₂ ,

– в нейтральному або лужному середовищі: О₂ + 2Н₂О + 4е = 4ОН ^–.

Для захисту від корозії використовуються різноманітні методи:

• нанесення захисних покриттів (фарби, лаки, інші метали);

• створення штучних захисних плівок (анодування);

• використання корозійностійких сплавів;

• зміна властивостей середовища (використання інгібіторів корозії).

Під час пожежі завдяки суттєвому нагріванню металоконструкцій, значно прискорюється газова корозія металів, яка відбувається за хімічним механізмом. А підвищення температури впливає не тільки на корозію металу, а й на його механічні характеристики. Тому треба розрізняти поняття жаростійкість та жароміцність.

Жаростійкість – це здатність металу чинити опір корозії за високих температур. Жароміцність – це здатність металу підтримувати свої механічні властивості за високих температур. В більшості випадків під час пожежі відбувається руйнування металевих конструкцій завдяки погіршенню їх механічних властивостей, а не корозії металу.

Після гасіння пожежі металеві конструкції, які знаходилися під впливом високих температур, піддаються прискореній корозії, завдяки руйнуванню поверхневих захисних покриттів, попаданню вологи у важкодоступні місця. За наявності вологи процес корозії металів значно прискорюється, завдяки тому, що корозія починає відбуватися за електрохімічним механізмом. Особливо процес корозії прискорюється, якщо при гасінні були використані різні хімічні засоби пожежогасіння: порошки, піни, фреони. В такому випадку у воду потрапляють різні речовини, які можуть виступати в якості активаторів корозії. Активаторами електрохімічної корозії можуть виступати іони Cl^–, Br^– , I^– , SO₄^2– . Ці іони входять до складу вогнегасних порошків і хімічних пін._. Особливо підвищується швидкість корозії, якщо до води потрапляють кислоти. Хлороводнева кислота, наприклад, утворюється при горінні деяких платмас та термічного розкладання фреонів.

Приклад 38.

Як відбувається корозія заліза, покритого міддю а) у вологому середовищі; б) в кислому середовищі, якщо це покриття пошкоджено?

Розв'язання.

При контакті двох металів, що знаходяться в електропровідному розчині, виникають гальванопари:

а) у вологому повітрі: А(–)FeH₂O, O₂Cu(+)K;

б) у кислому середовищі: А(–)FeH₂O, H⁺Cu(+)K.

Більш активний метал - залізо буде в обох випадках окислюватися:

(А) Fe – 2e  Fe²⁺

Менш активний метал — мідь буде грати роль катода, на якому проходитимуть такі процеси:

а) (К) O₂ + H₂O + 4e = 4 OH^–, б) (К) 2H⁺ + 2e = H₂.

Таким чином, можна зробити висновок, що менш активний метал – мідь не захищає більш активний метал – залізо у разі пошкодження мідного покриття.

Запитання для самоконтролю

1. Що таке корозія і окиснення? Яка між ними різниця?

2. Які існують основні типи корозії за механізмом процесу?

3. Сформулювати умови суцільності оксидних плівок на повеорхні металів.

4. Який тип корозії наявний під час пожежі?

5. Які умови протікання корозії за електрохімічним механізмом?

6. За якими правилами записуються гальванопари, що утвориюються при контакті металу з електропровідним середовищем?

7. Який з двох металів гальванопари буде анодом, а який – катодом?

8. Які методи захисту від корозії відомі вам?

9. Сформулюйте правила за якими підбираються метали для протекторного захисту?

Розділ 5. Хімічні властивості неорганічних сполук.