7.4 Электрохимическая коррозия металлов

Коррозия представляет собой разрушение металлов вследствие физико-химического воздействия внешней среды. При этом металл переходит в окисленное (ионное) состояние и теряет присущие ему свойства. Ущерб от коррозии связан с потерей примерно 10% ежегодно выплавляемого количества металла, выходом из строя оборудования, ухудшением качества выпускаемой продукции, затратами на антикоррозионные мероприятия и другие.

По механизму различают два вида коррозии металлов: хими-ческую и электрохимическую.

Химическая коррозия – это взаимодействие поверхности металла с окружающей средой, не сопровождающееся возникновением электрохимических процессов на границе фаз. Механизм этого вида коррозии заключается в диффузии атомов или ионов металла сквозь постепенно утолщающуюся пленку продуктов коррозии (например, окалины) и встречной диффузии атомов или ионов окислителя (например, кислорода). Часто подобные процессы протекают при высокой температуре и роль окислителя играют различные агрессивные газообразные вещества. Такой вид химической коррозии называется газовой коррозией.

Электрохимическая коррозия – это взаимодействие металлов с электролитами в виде водных растворов с образованием гальванической пары. В механизме электрохимической коррозии различают следующие процессы:

• анодный процесс – переход металла в виде ионов в раствор с оставлением эквивалентного количества электронов в металле;

• катодный процесс – переход электронов, появившихся в металле, к какому–нибудь деполяризатору.

В зависимости от того, что играет роль деполяризатора катода, различают три вида электрохимической коррозии металлов.

Коррозия с водородной депляризацией катода происходит в растворах кислот. Например, если контактирующие друг с другом железную и медную пластинки погрузить в раствор кислоты, то на электродах протекают следующие процессы:

Fe⁰ – 2 Fe²⁺ анодный процесс

2Н⁺ + 2 Н₂ катодный процесс

Роль деполяризатора катода играют ионы водорода.

Коррозия с кислородной деполяризацией катода наблюдается в том случае, если в растворе содержится электролит, ионы которого обладают более низким окислительным потенциалом, чем молекулярный кислород. Если контактируют железо с медью, то на электродах протекают следующие реакции:

Fe⁰ – 2 Fe²⁺ анодный процесс

О₂ + 2Н₂О + 4 4ОН^– катодный процесс

Деполяризацию катода вызывает молекулярный кислород.

Коррозия с окислительной деполяризацией катода происходит, если контактирующие металлы погружены в раствор с каким-либо окислителем. Тогда на аноде происходит разрушение более активного металла, а на катоде восстанавливается окислитель.

Меры защиты металлов от коррозии. Широко применяются 4 метода защиты от коррозии металлических конструкций.

Создание изолирующих пленок на металле. Для работы в условиях высоких температур рекомендуется поверхностное или объемное легирование. При объемном способе легирующий металл легко диффундирует к поверхности и образует там устойчивую оксидную пленку (например, Cr и Ni в нержавеющих сталях). Поверхностное легирование заключается в насыщении поверхности данного сплава металлом, способным образовать прочную оксидную пленку. Сюда относятся алитирование – насыщение алюминием и силицирование – насыщение кремнием.

Для работы при относительно невысоких температурах на поверхность наносят металлические или неметаллические покрытия. Металлические покрытия бывают двух типов: катодное покрытие, если покрывающий металл менее активен, чем защищаемый металл (например, луженое железо) и анодное покрытие, если поверхностная пленка состоит из более активного металла (оцинкованное железо). Неметаллические покрытия наносятся химическим способом (фосфатирование, оксидирование) и механическим способом – нанесение слоя эмали, смазки, краски, лака и органических полимерных материалов.

Понижение агрессивности воздействующей среды. Сюда относятся применение ингибиторов коррозии, регулирование рН растворов и удаление из них агрессивных ионов типа Cl^– и растворенного кислорода, удаление катализаторов коррозии, использование инертных газов или создание вакуума.

Электрохимическая защита. Этот метод основан на создании на защищаемом металле небольшого отрицательного потенциала, способного препятствовать выходу ионов металла в агрессивную среду. По способу создания потенциала на металле различают катодную защиту и протекторную защиту. При катодной защите защищаемый металл подключается к отрицательному полюсу источника постоянного тока, а к положительному полюсу – лом какого-нибудь металла, который будет постепенно разрушаться. Протекторная защита основана на образовании гальванического элемента, у которого роль катода выполняет защищаемый металл. С этой целью к защищаемому металлу подсоединяют более активный металл (например, сплав магния), который играет роль анода и постепенно разрушается.

Конструкционная защита предусматривает выбор соответствующего для данных условий эксплуатации конструкционного материала и исключает места скопления агрессивных веществ в конструкции оборудования.