Стадии электрохимической коррозии
Основные теоретические положения
Общие понятия
Коррозией называется разрушение металлов под воздействием внешней среды.
Сущность коррозионных процессов сводится к переходу металлов в термодинамически более стабильные продукты: оксиды, гидроксиды, основные соли и др. Все коррозионные процессы протекают с уменьшением свободной энергии Гиббса и являются самопроизвольными.
Общепринято выделять два вида коррозионных процессов: химическую и электрохимическую коррозию.
Химическая коррозия – процессы взаимодействия металла с окружающей средой, протекающие по механизму химической гетерогенной реакции, т.е. ионизация металла и восстановление окислительного компонента среды, происходит в одном акте. Примером химической коррозии является взаимодействие металла с жидкими неэлектропроводными средами или сухими газами.
Электрохимическая коррозия является результатом протекания нескольких сопряженных электрохимических реакций, скорость которых зависит, помимо прочих факторов, от потенциала электрода. Коррозия электрохимического типа происходит при воздействии на металлы влажной атмосферы, разнообразных электролитов, почвенной влаги.
Стадии электрохимической коррозии
Основное отличие механизма электрохимической коррозии от химической состоит в том, что общая реакция взаимодействия металла с внешней средой вследствие существования ионов в растворе и свободных электронов в металле может разделиться на два в значительной мере самостоятельных процесса:
1) анодный процесс – переход металла в раствор в виде гидратированных ионов с оставлением эквивалентного количества электронов в металле:
Meo + mH2O Þ Me+n · mH2O + nе- ;
2) катодный процесс – извлечение избыточных электронов в металле какими – либо деполяризаторами (атомами, молекулами или ионами раствора, которые могут восстанавливаться на катоде).
При коррозии в нейтральных растворах деполяризатором чаще всего служит растворенный в электролите кислород, в этом случае коррозия протекает с кислородной деполяризацией: О2 + 2Н2О + 4е- Þ 4ОН-.
При коррозии в кислотах в восстановительном процессе принимают участие ионы водорода, при этом коррозия идет с водородной деполяризацией: 2Н+ + 2е- Þ Н2.
Эти два процесса сопровождаются движением ионов в растворе и электронов в металле.
Кроме первичных реакций в растворе протекают вторичные процессы:
Ме+n + mH2O + nOH- Þ Me(OH)n + mH2O
2Me(OH)n Þ Me2On + nH2O.
Наличие электронной проводимости в металлах и ионной проводимости растворов позволяет протекать анодным и катодным процессам территориально раздельно – на различных участках поверхности металла. Это не обязательно для хода электрохимического процесса, так как в некоторых слкучаях коррозии катодные и анодные процессы могут протекать на одной и той же поверхности, например, на амальгамах – сплавах металлов с ртутью, чередуясь во времени. Однако пространственное разделение анодных и катодных процессов энергетически более выгодно, так как анодные и катодные реакции локализуются на тех участках поверхности, где их протекание наиболее облегченно. Важно отметить, что материальные потери при таком механизме будут проявляться в основном только на анодах; на катодных участках существенных потерь металла не будет. Причиной энергетической неоднородности металла и сплава могут быть неоднородность сплава по химическому и фазовому составу, наличие примесей в металле, пленок на его поверхности и др. Анодные участки обычно характеризуются меньшим электродным потенциалом, а катодные – большим потенциалом в данной среде. Катодные и анодные участки чередуются и имеют очень малые размеры. Таким образом, при наличии энергетически неоднородной поверхности металла коррозионный процесс заключается в работе огромного числа коррозионных микроэлементов. Коррозионный элемент в отличие от гальванического элемента является короткозамкнутым.
Контакт двух разных металлов, неравномерный доступ окислителя к металлической поверхности, различие в условиях эксплуатации – все это приводит к появлению в работе коррозионных микроэлементов.