Корозія металів

Хімічне руйнування металів під впливом навколишнього середовища називається корозією (від лат. corrodere — роз'їдати).

Внаслідок корозії метал переходить в окиснений стан і втрачає характерні для нього механічні властивості. Корозія – це хімічний окисно-відновний процес.

Розрізняють кілька видів корозії, головні з них газова корозія, яку викликають агресивні гази, і корозія в розчинах електролітів (електрохімічна).

Якщо корозія відбувається в атмосфері сухого газу, то вона називається газовою, або просто хімічною. Так, у багатьох випадках на повітрі на поверхні активного металу утворюється оксидна плівка, яка за звичайної температури захищає метал від подальшої корозії.

Корозія посилюється за наявності розчинника, зокрема води. Корозія в розчинах – це електрохімічна корозія. Електрохімічний вид корозії є найпоширенішим. Теорію електрохімічної корозії розробили російські вчені В. O. Кістяківський, В. Г. Акимов та інші. Згідно з цією теорією, найлегше руйнуються метали за наявності електролітів та інертних домішок (карбіди, метали з вищими значеннями стандартних потенціалів). У цих випадках створюються умови для виникнення гальванічного елемента.

Внаслідок електрохімічної корозії активніша складова частина руйнується, перетворюючись на оксид, гідроксид або розчинний електроліт, а на поверхні інертної домішки виділяється водень.

У воді є йони Гідрогену, здатні до відновлення:

2H⁺+ 2е = H₂.

Крім того, у воді є також розчинений кисень, який теж здатний до відновлення:

O₂ + 2H₂О + 4е = 4 ОН^–.

Отже, найважливішими окисниками, що спричинюють електрохімічну корозію, є розчинений кисень та йони Гідрогену.

Оскільки потенціал, що відповідає електродному процесу

2H⁺+ 2е = H₂,

в нейтральному середовищі дорівнює -0,41 В, то йони Гідрогену, що містяться у воді або в нейтральному водному середовищі, можуть окиснювати тільки ті метали, значення потенціалів яких менші за -0,41 В, тобто метали від початку ряду електрохімічних потенціалів до Кадмію.

Розчинений у воді кисень здатний окиснювати ті метали, потенціал яких менший за 0,8 В, оскільки потенціал, що відповідає електродному процесу

O₂ + 2H₂О + 4е = 4 ОН^–,

у нейтральному середовищі дорівнює 0,8 В.

Отже, розчинений у воді кисень може окиснювати метали, розміщені від початку ряду електрохімічних потенціалів до Аргентуму.

Чисті метали стійкіші проти зовнішніх впливів, ніж сплави.

Якщо метал містить домішки, то корозія його в розчинах електролітів виникає як результат дії невеликих місцевих (локальних) гальванічних елементів (пар). У цьому випадку, як і в звичайному гальванічному елементі, водень накопичується на поверхні пасивних домішок, які ведуть себе як катод гальванічного елемента. Анодом гальванічного елемента стає активніший метал, який руйнується.

Захист від корозії

Досить часто користуються електрохімічним захистом металів – катодний захист з накладеним струмом і протекторний. У разі катодного захисту підводять постійний електричний струм до металевої конструкції так, щоб вона була катодом. Анодом вибирають металеву або графітову пластинку і вміщують у середовище, з яким металева конструкція перебуває в контакті. У разі катодного захисту металеву конструкцію сполучають з пластинкою активнішого металу (цинкові пластинки) так, щоб утворився гальванічний елемент. Деталь із менш активного металу виконуватиме роль катода і не руйнуватиметься.

Існують також хімічні методи захисту металів від корозії, за яких поверхні обробляються хімічними реактивами (пасивуються), що сприяють утворенню стійкої захисної плівки. Так, на пасивоване залізо не діють концентрована нітратна та сульфатна кислоти.

На поверхню металу наносять також захисні неметалічні покриття (фосфатування). Стальні деталі фосфатують сумішшю ферум(ІІ) та манган (ІІ) дигідрогенфосфатів Fe(H₂PO₄)₂ та Mn(H₂PO₄)₂.