Тема 9. Коррозия и защита металлов Теоретические сведения

Коррозией называется самопроизвольное разрушение металлов и сплавов в результате взаимодействия их с агрессивной окружающей средой. Данный процесс протекает самопроизвольно (ΔG_{коррозии} < 0), следствием чего является термодинамическая неустойчивость металлов. В результате коррозии металл окисляется, окислитель в окружающей среде восстанавливается.

По механизму протекания процесса различают химическую и электрохимическую коррозию. Сущность химической коррозии сводится к непосредственному взаимодействию металла с окислителем окружающей среды, в результате электроны от металла переходят к окислителю. Процессы окисления и восстановления происходит на одних и тех же участках поверхности металла. Коррозия по химическому механизму протекает в неэлектропроводящих средах: атмосфере сухих газов, растворах неэлектролитов.

Коррозия по электрохимическому механизму протекает в средах, проводящих электрический ток: влажной атмосфере, почве, растворах электролитов. Сущность электрохимической коррозии сводится к возникновению и работе коррозионных (короткозамкнутых гальванических) элементов. При этом процессы окисления и восстановления идут на различных участках поверхности металла, что сопровождается движением электронов внутри металла.

На анодных участках поверхности металла идет его окисление:

Ме⁰ – ne‾ → Меⁿ⁺, (9.1)

где Ме⁰ – металл в виде простого вещества;

Меⁿ⁺ – металл в окисленном состоянии;

на катодных – восстановление окислителя:

Ox + nе‾ → Red, (9.2)

где Ox – молекула (например, О₂) или ион (например, Н⁺) окислителя;

Red – частица окислителя в восстановленной форме.

Катодный процесс чаще всего сводится в нейтральной и щелочной среде к восстановлению кислорода, растворенного в воде:

О₂+ 2Н₂О + 4е‾ → 4ОН‾, (9.3)

и в кислой среде к восстановлению ионов водорода:

2Н⁺ + 2е‾ → Н₂⁰, (9.4)

или кислорода:

О₂ + 4Н⁺ + 4е‾ → 4ОН‾ . (9.5)

На скорость коррозии влияют как внутренние факторы (неоднородность сплава по химическому и фазовому составам, дефекты кристаллической решетки, наличие примесей и др.), так и внешние (реакция среды, наличие ионов – активаторов коррозии, агрессивных газов и др.).

К важнейшим методам защиты металлов от коррозии относятся следующие:

1. Защита поверхности металлов покрытиями, изолирующими металл от окружающей среды. Покрытия могут быть металлические и неметаллические и образованные в результате химической и электрохимической обработки металлов.

2. Электрохимические методы защиты – протекторный, анодный и катодный.

Протекторный метод основан на присоединении к защищаемому металлу протекторов – листов более активного металла или сплава.

При анодной защите защищаемый металл при растворении покрывается пассивной пленкой.

При катодной защите защищаемая конструкция присоединяется к отрицательному полюсу источника постоянного тока и становится катодом.

3. Воздействие на окружающую среду – введение ингибиторов – органических и неорганических веществ, замедляющих коррозию; удаление из среды агрессивных газов (О₂, SO₂, HCl,СО₂) физическими и химическими методами.

4. Легирование металлов – в состав сплава вводят компоненты, вызывающие пассивность металла.