
- •Часть 3
- •Введение
- •1. Электрохимические процессы
- •Пример. Окисление олова ионами меди:
- •1.1. Основные понятия и определения
- •Пример. Анод – цинк, находящийся в контакте с раствором сульфата цинка; катод – медь, находящаяся в контакте с сульфатом меди:
- •1.2. Электродные процессы
- •1.2.1. Скачок потенциала на границе «металл – электролит»
- •1.2.2. Уравнение Нернста
- •1.2.3. Электроды
- •Пример. Хлорсеребряный электрод Cl-AgCl,Ag0.
- •1.2.4. Водородная шкала стандартных электродных потенциалов
- •Стандартные электродные потенциалы (0, в) и их электродные реакции
- •1.3. Неравновесные электрохимические системы
- •1.3.1. Гальванический элемент
- •1.3.2. Окислительно-восстановительные реакции в водных растворах
- •1.3.3. Электролиз
- •1.4. Кинетика электрохимических процессов
- •1.4.1. Скорость электрохимических процессов
- •1.4.2. Поляризация электродов
- •1.5. Практическое использование электрохимических процессов
- •1.5.1. Химические источники тока
- •Характеристики химических источников тока
- •Примеры.1. Марганцево-цинковый элемент.
- •1.5.2. Применение электролиза
- •2. Коррозия и защита металлов
- •2.1. Основные понятия и определения
- •2.2. Классификация коррозионных процессов
- •2.3. Химическая коррозия
- •2.3.1. Высокотемпературная газовая коррозия
- •2.3.2. Кинетика роста оксидных пленок
- •2.3.3. Факторы, влияющие на скорость газовой коррозии
- •2.4. Электрохимическая коррозия
- •2.4.1. Анодные и катодные реакции
- •Контактная коррозия металлов. Если два соприкасающихся разнородных металла контактируют с электролитом, то образуется макрогальванический коррозионный элемент.
- •2.4.2. Термодинамические условия электрохимической коррозии металлов
- •2.4.3. Факторы, влияющие на скорость электрохимической коррозии
- •2.5. Коррозионные среды и влияние дополнительных факторов
- •2.5.1. Коррозионно-механическое разрушение металлов
- •2.5.2. Водородная коррозия
- •2.5.3. Радиационная коррозия
- •Библиографический список
- •Основы общей химии. Часть 3. Электрохимические и коррозионные процессы
- •190005, С.-Петербург, 1-я Красноармейская ул., д.1
2.5. Коррозионные среды и влияние дополнительных факторов
Воздействие на коррозионную систему дополнительных факторов, таких как механические нагрузки, ионизирующее излучение, продукты жизнедеятельности микроорганизмов и т.д., может приводить к изменению физико-химических свойств металла, пленки продуктов коррозии, химического состава окружающей среды, изменяя скорость коррозии, способствуя более интенсивному разрушению металла.
2.5.1. Коррозионно-механическое разрушение металлов
Металлические изделия, работающие в условиях одновременного воздействия коррозионной среды и механических напряжений, подвергаются более сильному разрушению. Различают внешние механические напряжения, которые могут быть статическими и переменными, и внутренние, возникающие в металле при его термической обработке, например при сварке.
В зоне действия растягивающих или изгибающих механических нагрузок меняется структура поверхностного слоя металла, что вызывает изменение электродного потенциала отдельных участков. Потенциал растянутого слоя металла будет уменьшаться (анодный участок), а сжатого увеличиваться (катодный участок). Кроме того, возможно разрушение защитных пленок. Это приводит к образованию коррозионных трещин с последующим разрушением конструкции, вызванным концентрациями напряжения в этих трещинах.
Коррозионные процессы при механических нагрузках протекают через три последовательные стадии: инкубационный период, когда отсутствуют видимые разрушения; период образования очагов коррозии; период быстрого масштабного разрушения.
Выделяют следующие основные виды коррозионно-механического разрушения металла:
коррозионное растрескивание – разрушение металла вследствие возникновения трещин при одновременном воздействии растягивающих напряжений и коррозионной среды;
коррозионная усталость – снижение предела усталостной прочности при одновременном воздействии переменных (периодических) нагрузок и коррозионной среды;
фреттинг-коррозия – повреждение соприкасающихся металлических деталей, совершающих небольшие периодические смещения относительно друг друга, вследствие механического разрушения защитных оксидных пленок и увеличения скорости коррозии (болтовые, заклепочные и другие соединения);
коррозионная эрозия (коррозия при трении) – ускоренный износ металла при одновременном воздействии взаимно усиливающих друг друга коррозионных и абразивных факторов (трение скольжения, поток абразивных частиц и т. п.);
кавитационная коррозия, возникающая при кавитационных режимах обтекания металла жидкой агрессивной средой, когда непрерывное возникновение и "cхлопывание" мелких вакуумных пузырьков создаёт поток разрушающих микрогидравлических ударов, воздействующих на поверхность металла.
2.5.2. Водородная коррозия
При контакте металла со средой, содержащей газообразный водород (Н2), возможен особый тип коррозии – водородное охрупчивание металла. В этих условиях снижается пластичность металла, что может приводить к разрушению отдельных деталей. Такое изменение свойств связано с растворением водорода в металле, протеканием химических реакций восстановления компонентов металла, образованием газовых полостей внутри поликристалла.
При коррозии, например, стали, находящейся в контакте с газообразным водородом, протекают следующие процессы:
сорбция молекул водорода на поверхности металла с последующей его диссоциацией на атомарный водород: Н2 2 Н;
диффузия атомов водорода в объем металла;
химические реакции атомарного водорода с компонентами металла:
восстановление углерода Fe3C + 4 H 3 Fe + CH4,
восстановление оксида FeO + 2 H Fe + H2O,
образование гидридов металлов Fe + n H FeHn,
рекомбинация 2 Н Н2.
образование газовых полостей. Продукты восстановления (CH4, H2O) и рекомбинации атомарного водорода (Н2) адсорбируются на дефектах структуры, образуя внутри поликристалла газовую фазу («пузыри»). Это вызывает возникновение больших внутренних напряжений и приводит к необратимой потере пластичности металла (хрупкости).
Необходимо отметить, что водородное охрупчивание металла может происходить вследствие протекания на его поверхности катодной реакции восстановления ионов водорода при электролизе или электрохимической коррозии.