7.3.1. Коррозия металлов с кислородной деполяризацией и её термодинамическая возможность

Процессы коррозии металлов, у которых катодная деполяризация осуществляется растворенным в электролите кислородом по реакции

О₂ + 4ē + 2Н₂О = 4ОН^–

называют процессами коррозии металлов с кислородной деполяризацией.

С кислородной деполяризацией корродируют металлы, находящиеся в атмосфере (например, ржавление металлического оборудования различных, в том числе металлургических и машиностроительных, заводов), металлы, соприкасающиеся с водой и нейтральными водными растворами солей (например, различные охладительные системы,_в том числе охладительные системы доменных, мартеновских и других печей, охлаждаемые водой шейки валков блюмингов, металлическая обшивка речных и морских судов), металлы, находящиеся в грунте (например, различные трубопроводы), и др. Коррозия металлов с кислородной деполяризацией является самым распространенным коррозионным процессом.

Самопроизвольное протекание процесса коррозии металла с кислородной деполяризацией возможно, если

Е_{Ме обр}< Е _обр ,

где Е _обр = Е ^о_обр + 2,303^.1g (p / a⁴_oн-) – обратимый потенциал кислородного электрода в данных условиях; Е ^о_обр – стандартный потенциал кислородного электрода при 25° С [обратимый потенциал кислородного электрода при a_oн- = 1 и р = 101 кН/м² (1 атм)]; р – парциальное давление кислорода; a_oн- – активность гидроксильных ионов.

Коррозия металлов с кислородной деполяризацией в большинстве практических случаев имеет место в электролитах, соприкасающихся с атмосферой, парциальное давление кислорода в которой р = 0,21 атм. Следовательно, при определении термодинамической возможности протекания коррозионных процессов с кислородной деполяризацией расчет обратимого потенциала кислородного электрода в этих электролитах следует производить, учитывая реальное парциальное давление кислорода в воздухе. С кислородной деполяризацией протекают следующие виды коррозии: атмосферная, в пресной и морской воде и в нейтральных растворах солей, в аэрированных растворах слабых органических кислот, грунтовая (подземная), в расплавленных солях и др.

7.3.2. Схема катодного процесса кислородной

деполяризации

Катодный процесс кислородной деполяризации включает следующие последовательные стадии (рис. 7.2.):

1) растворение кислорода воздуха в электролите (прохождение кислорода через поверхность раздела воздух – электролит);

2) перенос растворенного кислорода в объеме электролита в результате движения электролита, обусловленного конвекцией или дополнительным перемешива-нием;

3) перенос кислорода в части слоя Прандтля (слой электролита у поверхности корродирующего металла толщиной П с непрерывно меняющейся скоростью – от свойственной потоку электролита v_о до 0) толщиной П – δ в результате движения электролита;

4) перенос кислорода в диффузионном слое электролита толщиной δ (часть толщины слоя Прандтля, в которой перенос осуществляется молекулярной диффузией) или в пленке продуктов коррозии на металле к катодным участкам поверхности корродирующего металла;

5) ионизацию кислорода:

а) в нейтральных и щелочных растворах:

О₂ + 4ē +2Н₂О =4ОН^- ;

б) в кислых растворах

О₂ + 4ē + 4Н⁺ = 2Н₂О ;

6) диффузию и конвективный перенос ионов ОН^- от катодных участков по-верхности корродирующего металла в глубь раствора.