ЭЭ Лаб4

Цель работы: изучение коррозии металлов и сплавов, влияния различных процессов на коррозию, методов защиты металлов от коррозии.

Основные теоретические положения

Коррозия это – это окислительно-восстановительный процесс самопроизвольного разрушения металлов и металлических сплавов вследствие их взаимодействия с агрессивной окружающей средой.

Восстановителем является разрушающийся металл, а окислителем – вещества из окружающей агрессивной среды.

Коррозия металлов – нежелательный процесс, так как в результате коррозии металлы окисляются (переходят в окисленную (ионную) форму) и

теряют свои свойства, что приводит в негодность металлические материалы и конструкции. Коррозия металлов имеет место в большей или меньшей степени всюду, где эксплуатируются металлические изделия и конструкции, и наносит значительный ущерб в различных сферах деятельности человека.

По механизму протекания различают два типа коррозии металлов:

химическую и электрохимическую.

Химическая коррозия – это взаимодействие металлов с коррозионной средой, при котором окисление металла и восстановление окислительного компонента коррозионной среды протекают без пространственного разделения процессов окисления и восстановления. Не возникает электрического тока между отдельными участками поверхности металла. При таком взаимодействии окислитель, отнимая у металла валентные электроны,

одновременно образует с ним химическое соединение.

Основными, наиболее распространенными видами химической коррозии являются:

– газовая – протекает под воздействием сухих горячих газов,

обуславливается возможностью взаимодействия при данной температуре металла с агрессивными компонентами коррозионной среды;

– жидкостная – протекает в безводной среде жидких неэлектролитов:

фенол, хлороформ, жидкое топливо, смазочные масла.

Электрохимическая коррозия – это самопроизвольное разрушение металлов в электролитически проводящих средах (в растворах или расплавах электролитов, на воздухе, в почве и т. п.).

При электрохимической коррозии окисление металла и восстановление окислительного компонента коррозионной среды пространственно разделены и представляют собой различные стадии процесса окисления-восстановления,

скорости которых зависят от электродных потенциалов.

Пространственное разделение процессов окисления и восстановления обусловлено возникновением разности потенциалов на электрохимически неоднородной поверхности металлов или при контакте разнородных металлов. Причинами электрохимической неоднородности поверхности металла могут служить наличие примесей в металле, структурная неоднородность металла, неоднородность внутренних напряжений в металле,

различная обработка его участков, неодинаковые условия окружающей среды,

в которых находятся различные участки поверхности металла.

Процесс электрохимической коррозии можно описать образованием короткозамкнутого гальванического элемента: на активных участках поверхности протекает процесс окисления металла (анодный процесс), а на пассивных участках – процесс восстановления окислителя (катодный процесс).

Металл с более отрицательным электродным потенциалом выступает в качестве анода. На аноде протекает процесс окисления металла, который можно записать: Me0 – nē → Men+

Менее активный металл является катодом. На катоде протекает процесс восстановления. Отношение металлов коррозии определяется величинами их стандартных электродных потенциалов. Чем более отрицательным потенциалом обладает металл, тем сильнее он подвержен коррозии. Таким образом металлы подразделяются на четыре группы:

1. Активные металлы: от щелочных металлов до кадмия (Е° < – 0.4 В).

Такие металлы корродируют в нейтральных водных средах без присутствия окислителей.

2. Металлы средней активности: от кадмия до водорода (–0.4 < Е° < 0.0

В). Проявляют устойчивость в нейтральных средах при отсутствии кислорода,

но подвергаются коррозии в кислых средах.

3. Малоактивные металлы: от водорода до родия (0.0 < Е° < +0.8 В).

Устойчивы в нейтральных и кислых средах в отсутствии кислорода и окислителей.

4. Благородные металлы: золото, платина, иридий, палладий Е° > +0.8 В.

Могут подвергаться коррозии только в кислых средах при наличии в них сильных окислителей.

Применительно к процессу коррозии понятие «окислитель» обозначают специальным термином – деполяризатор. Самыми распространенными деполяризаторами при коррозии являются растворенный кислород и ионы водорода. Соответственно, различают процессы с водородной и кислородной деполяризацией.

Водородная деполяризация. В процессах коррозии с водородной деполяризацией окисление металлов происходит под действием ионов водорода. Катодная реакция с водородной деполяризацией характерна для коррозии металлов в растворах кислот и для активных металлов в нейтральных средах.

Уравнения катодного процесса имеют вид: 2Н+ + 2ē = Н2 – в кислой среде;

2Н2О + 2ē = Н2 + 2ОН– – в нейтральной и щелочной среде.

Кислородная деполяризация. В процессах коррозии металлов с кислородной деполяризацией окисление металлов происходит под действием кислорода, растворенного в электролите. С кислородной деполяризацией корродируют металлы, находящиеся во влажной атмосфере, в воде, влажных грунтах. Это самый распространенный тип коррозии.

Уравнения катодного процесса имеют вид:

О2 + 4ē + 4Н+ = 2H2O – в кислой среде;

О2 + 4ē + 2H2O = 4ОН– – в нейтральной и щелочной среде.

Методы защиты металлов от коррозии

Для борьбы с коррозией применяют разнообразные методы, учитывающие как особенности самого металла, так и условия эксплуатации металлического изделия. Выбор того или иного способа защиты определяется его эффективностью и экономической целесообразностью.

Все используемые в практике меры по защите металлов от коррозии можно разделить на несколько групп.

1.Повышение коррозионной стойкости металлов и сплавов легированием.

Кчислу мер борьбы с коррозией, основанных на повышении коррозионной стойкости металлов, можно отнести термообработку и коррозионностойкое легирование.

2.Снижение агрессивности коррозионной среды. Понижение агрессивности среды путем ее соответствующей обработки широко используется для предотвращения коррозионных разрушений металлоконструкций.

3.Защита электрическим током. Сущность электрохимической защиты заключается в том, что металлоконструкции подвергают внешней поляризации. В зависимости от вида поляризации различают катодную и анодную защиту.

4.Нанесение защитных покрытий. Самый распространенный метод защиты металлов от электрохимической коррозии – нанесение различных защитных металлических и неметаллических покрытий или превращение поверхностного слоя металла в инертное химическое соединение, стойкое к воздействию окружающей среды.