Уравнение в. Нернста

где п – число ионов;

R – универсальная газовая постоянная;

Т – температура;

С – концентрация активных ионов в растворе;

F – число Фарадея = 96500 В.

24

Примером простейшей электрохимической системы, в которой электрический ток получают за счёт окислительно-восстановительных реакций, служит медно-цинковый элемент Якоби – Даниэля. Он состоит из медной пластины, погружённой в раствор CuSO4, и цинковой пластины, погруженной в раствор ZnSO4. Электроды отделены друг от друга пористой перегородкой. На поверхности цинковой пластины возникает двойной электрический слой и устанавливается равновесие: Zn ↔ Zn2+ + 2e–. В результате этого процесса возникает электродный потенциал цинка. На поверхности медной пластины также возникает двойной электрический слой и устанавливается равновесие: Cu ↔ Cu2+ + 2e–. Возникает электродный потенциал меди. Цинковый электрод заряжается отрицательно, а медный – положительно.

При соединении меди с цинком металлическим проводником электроны будут переходить от цинка к меди. Схема элемента Якоби – Даниэля записывается так:

Анод (-) Zn / ZnSO4 // CuSO4 / Cu (+) Катод

25

Концентрационный элемент – это гальванический элемент, состоящий из двух одинаковых металлических электродов, опущенных в растворы соли этого металла с различными активностями (концентрациями) а1 > а2. Катодом в этом случае будет являться электрод с большей концентрацией. Т.к. стандартные электродные потенциалы обоих электродов равны, для ЭДС концентрационного гальванического элемента получаем для ЭДС из уравнения Нернста

Е = (RT/zF)•ln(a1/a2),

где R - универсальная газовая постоянная

Т - температура, в К

z - заряд катиона металла

F - число Фарадея.

Иногда различием в активностях и концентрациях пренебрегают, тогда вместо а1 и а2 подставляем концентрации С1 и С2.

Т.о., подставляя Т=298 К, величины констант, и переведя натуральный логарифм в десятичный, получаем для ЭДС.

26

Электрохимическая коррозия — это процесс взаимодействия металла с коррозионной средой (раствором электролита), при котором ионизация атомов металла и восстановление окислительного компонента коррозионной среды протекают не в одном акте и их скорости зависят от электродного потенциала.

Основным отличием электрохимической коррозии от химической является наличие влаги на поверхности металла, что приводит к контакту двух различных металлов через электролит.

Различают два вида процессов деполяризации – с поглощением кислорода (кислородная деполяризация) и с выделением водорода (водородная деполяризация).

Деполяризаторы – это вещества (или ионы), которые непосредственно участвуют в катодном процессе и уменьшают поляризацию.

Поляризация – это смещение потенциала анода в более положительную область, а потенциала катода – в более отрицательную область.

Таким образом, электрохимическая коррозия сводится к трём основным стадиям:

• Анодный процесс – переход ионов корродирующего металла в раствор под действием полярных молекул воды.

• Омический процесс – передача электронов от анодных участков катодным и движение ионов в растворе.

• Катодный процесс – присоединение освободившихся электронов каким-либо деполяризатором

27-28.

Коррозия при контакте двух металлов – наиболее распространенный случай электрохимической коррозии, поскольку часто в одном узле сочетаются детали из разных металлов.

Часто в роли катодов в коррозионных микрогальванических элементах выступают включения: неметаллов, оксидов и др.

Коррозия железа под каплей воды вызвана неоднородностью коррозионной среды, обусловленной в данном случае неравномерной аэрацией капли (неодинаковым доступом воздуха к ее различным слоям), вследствие чего со временем в периферических (наружных) слоях капли (непосредственно соприкасающихся с воздухом) содержание нерастворенного кислорода становится выше, чем в центральных (внутренних) . В образующемся концентрационном гальваническом элементе центральная часть смоченной поверхности металла является анодным участком (А) и подвергается разрушению, а периферическая (в виде кольца) – катодным (К), на котором проте-кает процесс восстановления растворенного кислорода .

29

Защита металлов от коррозионного разрушения состоит из целого комплекса мероприятий по увеличению работоспособности и надежности машин и конструкций в данной среде. Часть этих мер закладывается еще в процессе проектирования,часть — в процессе изготовления машин или конструкций, а остальные меры должны быть приняты в процессе эксплуатации.

1. Защита металлов от коррозии поверхностными тонкослойными покрытиями.

Защитное покрытие должно быть сплошным, равномерно распределен-ным по всей поверхности, непроницаемым для окружающей среды, иметь высокую прочность сцепления с металлом, быть твёрдым и износостойким. Коэффициент теплового расширения покрытия должен быть близким к коэффициентам расширения защищаемого металла.

2. Фосфатные и оксидные защитные плёнки.

Большинство металлов в атмосферных условиях покрыты оксидными плёнками. Однако эти плёнки не всегда обеспечивают защиту от коррозии.

Фосфатирование применяют для чёрных и цветных металлов, оно состоит в образовании малорастворимых фосфатов железа, марганца или цинка. Метод основан на свойствах солей фосфорной кислоты.

3. Оксидирование

Оксидирование – это процесс образования оксидных плёнок на поверхности металлических изделий.

Современный метод оксидирования – химическая и электрохимическая обработка деталей в щелочных растворах.

4. Анодирование

Анодирование – это процесс образования оксидных плёнок на поверхности алюминия. В обычных условиях на поверхности алюминия присутствует тонкая плёнка оксидов, которая не может защитить его от коррозии. Процесс искусственного образования толстых оксидных плёнок может быть проведен химическим и электрохимическим способом.

5. Гальванические покрытия

Одним из основных современных способов защиты от коррозии является нанесение поверхностных гальванических покрытий.

6. Жаростойкие защитные покрытия

Одним из способов защиты аппаратов от газовой коррозии является нанесение на их поверхность жаропрочных или жаростойких покрытий.

К данным покрытиям предъявляют ряд требований. Они должны быть сплошными и непроницаемыми для агрессивных сред, обладать высокой прочностью сцепления с металлом, не ухудшать технологические свойства основного металла.