4.4. Электрохимическая коррозия металлов
Коррозией металлов называют самопроизвольное разрушение металлов под действием различных окислителей из окружающей среды.
В реальных условиях коррозии обычно подвергаются технические металлы, содержащие примеси других металлов и неметаллических веществ.
Механизм электрохимической коррозии в таких металлах аналогичен механизму процессов, протекающих в короткозамкнутых гальванических элементах, в которых на участках с более отрицательным потенциалом идет процесс окисления (разрушение металлов), а на участках с более положительным потенциалом процесс восстановления окислителя (коррозионной среды).
Наиболее часто встречаются окислители (деполяризаторы):
-
ионы водорода (коррозия с водородной деполяризацией)
2Н + + 2 ē = Н 2 (в кислой среде),
2Н2О + 2 ē = Н2 + 2ОН — (в нейтральной и щелочной средах);
-
молекулы кислорода
O2 + 4 ē + 4Н + = 2Н2О (в кислой среде);
О2 +4 ē + 2Н2О = 4ОН — (в щелочной и нейтральной средах).
Методика рассмотрения работы гальванопары при электрохимической коррозии.
-
Составляют схему гальванопары:
Ме1 / среда / Ме2 .
-
Выписывают стандартные потенциалы металлов и окислителей коррозионной среды (табл.П.7), определяют восстановитель (меньший потенциал), окислитель (больший потенциал).
-
Записывают уравнения процессов окисления и восстановления и суммарное уравнение окислительно-восстановительной реакции, протекающей при гальванокоррозии.
-
Указывают направление движения электронов.
Пример 1. Гальванопара алюминий - железо в воде (среда нейтральная). В воде растворен кислород.
-
Схема гальванопары Al / H2O, O2 / Fe
-
Потенциалы
=
- 1,88
B;
=
- 0,46B;
=
+ 0,814B.
Восстановитель – Al, окислитель - О2.
·
Al(-):
4 Al -
3 ē
+ 3Н2О
= Al(OH)3+
3Н+
- процесс
окисления;
Fe(+):
3 О2
+ 4 ēē
+ 2Н2
О = 4ОН —
-
процесс
восстановления
4Al + 3О 2 + 6Н2О = 4Al(OH)3
-
Направление движения электронов от участка с меньшим потенциалом к участку с большим потенциалом:
ē
(-)
Al/ Fе (+) ē
О2
, Н2О
Пример 2. Определить процессы, протекающие при коррозии луженого железа (среда – влажный воздух, содержащий кислород, пары воды и ионы Н+ ), если нарушена сплошность покрытия.
-
Схема гальванопары:
Fe / Н2 О, О2, Н+ / Sn
-
Потенциалы:
= -
0,44 B;
=
- 0,136
B;
=
+ 1,228 B.
Восстановитель – железо, окислитель – кислород.
·
Fe(-):
2 Fe -
2ē
= Fe 2+
– процесс окисления
Sn(+):
1 О2 +
4 ē
+ 4Н+
=2Н2О
– процесс восстановления
2Fe + О2 + 4Н+ = 2Fe2+ + 2Н2О
2Fe + О2 + 4НCl = 2FeCl2 + 2Н2О
При нарушении целостности покрытия будет разрушаться Fe.
-
Электроны движутся от участка с меньшим потенциалом к участку с большим потенциалом:
ē
(-)
Fe/
Sn
(+) ē
О2
, Н+
Пример 3. Рассмотреть коррозию детали из железа и алюминия в щелочной среде (КОН), если растворенный кислород отсутствует.
-
Схема гальванопары: Al / КОН/ Fe
-
Потенциалы:
= -2,36
B;
=
- 0,874
B;
=
-
0,827 B.
Восстановитель -
алюминий,
окислитель -
вода.
-
A
l(-):
2 Al
-
3ē
+ 4OH
—
= AlO2—
+ 2H2O
– процесс окисления
Fe(+):
3 2 H2O
+ 2 ē
= 2 OH
—
+ H2
– процесс восстановления
2 Al + 2 OH — + 2H2O = 2 AlO2— + 3 H2
2 Al + 2 КOH + 2H2O = 2КAlO2 + 3 H2
Разрушается алюминий.
-
Направление перемещения электронов в системе:
ē
(
-)
Al/
Fe
(+) ē
H2O,
KOH