3. Коррозия металлов

Коррозия – процесс окисления металла под воздействием окружающей среды. Наибольший вред от коррозии приходится на долю основного конструкционного металла – железа.

3.1. Виды и типы коррозии

По характеру разрушения металла применяется следующая классификация видов коррозии:

1) равномерная, 2) пятнами, 3) точечная,

4) вглубь металла (язвенная), 5) растрескивающаяся,

6) селективная – разрушается отдельный вид кристаллической структуры металла, 7) межкристаллитная – разрушаются связи между отдельными кристаллами. Является наиболее опасным видом коррозии, так как в результате данной коррозии резко ухудшаются механические характеристики металла, но внешне это почти не обнаруживается.

В зависимости от механизма окисления металла различают следующие типы коррозии:

1) химическая, 2) гальванокоррозия, 3) электрокоррозия.

Химическая коррозия протекает в жидкостях-неэлектролитах и в газовой среде.

Гальванокоррозия – это коррозия металлов по типу гальванического элемента. Протекает тогда, когда создаются условия для работы гальванического элемента.

1) Гальванокоррозия чугуна в нейтральной среде.

Схема соответствующего гальванического элемента имеет вид:

(A)Fe | О₂, Н₂О | С(К).

В данной гальванопаре железо имеет меньшее значение φ, поэтому будет анодом.

Составим уравнения анодного и катодного процессов:

A) Fe - 2е = Fe²⁺,

К) О₂ + 2Н₂О + 4е = 4ОН^–.

Образующиеся ионы обеспечивают проводимость во внутренней цепи по реакции Fe²⁺ + 2ОН^– = Fe(OH)₂.

В присутствии кислорода протекает следующие вторичные реакции:

4Fe(ОH)₂ + О₂ + 2Н₂О = 4Fe(OH)₃,

Fe(OH)₃ = FeOOH (ржавчина) + Н₂О.

2) Гальванокоррозия чугуна в кислой среде.

(A) Fe | НС1, О₂, Н₂О | С (К).

A) Fe- 2e = Fe²⁺,

К) 2Н⁺ + 2е = Н₂ .

Fe²⁺ + 2Сl^– = FeCl₂,

FeCl₂ + 2Н₂О = Fe(OH)₂ + 2НС1 (гидролиз),

4Fe(OH)₂ + О₂ + 2Н₂О = 4Fe(OH)₃ ,Fe(OH)₃ = FeOOH + Н₂О.

3) Контактная коррозия железа и меди в нейтральной среде.

(A)Fe | О₂, Н₂О | Сu(К).

В данной гальванопаре железо имеет меньшее значение φ, поэтому будет анодом.

A) Fe - 2е = Fe²⁺, К) О₂ + 2Н₂О + 4е = 4ОН^–.

Fe²⁺ + 2ОН^– = Fe(OH)₂.

4Fe(ОH)₂ + О₂ + 2Н₂О = 4Fe(OH)₃,

Fe(OH)₃ = FeOOH (ржавчина) + Н₂О.

4) Коррозия при неравномерной аэрации возникает в том случае, когда деталь находится в растворе электролита, но доступ кислорода к различным частям металла неодинаков. Коррозии подвергается та часть детали, доступ кислорода к которой минимален. Химизм данной коррозии согласуется с приведенными выше схемами.

Из приведенных примеров видно, что исходным продуктом коррозии является Fe²⁺ , которое под действием кислорода воздуха далее окисляется до Fe³⁺ (Fe(OH)₃). Гидроксид железа(III) термически нестоек и поэтому распадается на оксидгидроксид железа(III) и воду.

Электрокоррозия возникает, когда металлическая конструкция находится в среде электролита и расположена вблизи источника электрической энергии. Часть электрического тока вследствие утечки попадает на металлическую конструкцию и приводит к электрохимическому разрушению конструкции по типу электролиза.