Р абота микрогальванического элемента. Процессы, происходящие на электродах.
Структурно-фазовое состояние поверхности любого металла (сплава) неоднородно и содержит те или иные включения и дефекты, которые образуют множество короткозамкнутых микроэлектродных элементов. При контакте с раствором электролита такие микрокоррозионные системы с катодными и анодными участками поверхности могут привести к разрушению (коррозии) всей поверхности металла. Причины, создающие гетерогенность (неоднородность) в системе металл–электролит разнообразны. Основными среди них можно назвать неоднородности металлической фазы, жидкой фазы и наложения внешних условий (рис. 12.1).
Неоднородность металлической фазы вызвана наличием электропроводящих макро- и микровключений (примесей, интерметаллических и других соединений, играющих роль микрокатодов), ликвации сплавов, наличием поверхностных дефектов (шероховатость, скопление дислокаций), анизотропностью металлического кристалла, неоднородностью и дефектами защитных оксидных пленок на поверхности металла. Атомы в зонах с несовершенной и искаженной структурой (границы зерен, участки в напряженном и деформированном состоянии) обладают избыточной свободной энергией и могут создавать анодные участки.
Неоднородность жидкой фазы (электролита) связана с различной концентрацией ионов на отдельных участках контакта фаз и концентрацией окислителей, различием pH отдельных зон объема электролита.
Рис. 12.1. Схематическое изображение многоэлектродной системы,
включающей макро- и микроэлементы: 1 и 2 – различно ориентированные кристаллиты; 3 – шлаковое включение;
4 – граница между зёрнами; 5 – обеднённая легирующим компонентом
зона твёрдого раствора; 6 – выделившееся из твёрдого раствора
интерметаллическое соединение; 7 – пора в плёнке; 8 – защитная плёнка;
а – менее аэрируемый участок (анод); К – более аэрируемый участок (катод)
Неоднородность наложения внешних физических условий вызывается различной температурой отдельных участков поверхности металла, различной интенсивностью облучения, неравномерным наложением внешнего электрического поля.
Основное отличие электрохимического механизма от чисто химического состоит в том, что взаимодействие окислителя с металлом при электрохимической коррозии разделяется на два самостоятельных, но сопряженных в общей цепи процесса; замедление одного из них тормозит другой.
1. Анодный процесс – переход атомов металла в раствор в виде гидратированных (или сольватированных) ионов с оставлением соответствующего числа электронов на поверхности металла:
(12.1)
Например, .
Напомним, что процесс отдачи электронов атомами и ионами одних веществ атомам и ионам других называется окислением. Этот процесс происходит на анодных участках поверхности. Вещество, в состав молекулы которого входит элемент, присоединяющий электроны ( и др.), называется окислителем.
2. Катодный процесс – присоединение электронов ионами или молекулами раствора (деполяризаторами), способными к восстановлению на катодных участках. Вещество, содержащее в составе своей молекулы элемент, отдающий электроны, называется восстановителем.