Корозія металів. Види корозії

Характеристика хімічної корозії. Способи захисту від хімічної корозії.*
Характеристика електрохімічної корозії. **
Способи захисту від електрохімічної корозії.*

1. На практиці під експлуатації виробів з металів та їхніх сплавів доводиться стикатися з явищем руйнування їх під дією зовнішнього середовища. Таке руйнування металів і сплавів внаслідок взаємодії їх з навколишнім середовищем називається корозією.

Корозія – самовільне руйнування металевих матеріалів, що відбувається під впливом навколишнього середовища.

Корозійне руйнування може поширюватися на всю поверхню металу – суцільна (загальна) корозія та на окремі ділянки – місцева (локальна) корозія.

Залежно від механізму процесу розрізняють хімічну (газову) та електрохімічну корозію (корозія в розчинах електролітів).

2. Хімічна корозія розвивається при контакті металу з розчинами неелектролітів або з газами при високих температурах. Відбувається безпосереднє окиснення металу окислювачами – компонентами навколишнього середовища. На поверхні металів утворюються відповідні сполуки: оксиди, сульфіди.

Найнебезпечнішими для металів компонентами газового середовища є кисень, водяна пара, вуглекислий газ, діоксид сульфуру.

Газової корозії зазнає арматура печей, деталі ДВЗ, лопатки газових турбін;

Способи захисту: жаростійкі сплави для виготовлення апаратури (до сталі і чавуну вводять хром, кремній, алюміній, сплави на основі нікелю або кобальту), насичення у гарячому стані поверхні виробу деякими металами, що мають захисну дію (алітування, термохромування).

3. Електрохімічна корозія розвивається при контакті металу з розчинами електролітів.

До електрохімічної корозії належать:

· Морська корозія

· Корозія у розчинах,

· Атмосферна корозія

· Ґрунтова корозія

· Корозія при нерівномірній аерації

· Контактна корозія

Електрохімічна корозія відбувається за електрохімічним механізмом. На металі відбуваються одночасно 2 процеси – окиснення металу (анодний процес) і відновлення окисників – компонентів середовища (катодний процес).

Як правило, окислювачами у водних розчинах у кислому середовищі є йони гідрогену Н⁺ або розчинений у воді кисень повітря. Так корозія у кислому середовищі супроводжується таким катодним процесом: 2Н⁺ + 2е → Н₂

Катодний процес під час корозії з участю кисню відбувається за рівнянням

О₂ + 2Н₂О + 4е → 4ОН^-

Приклад: корозія заліза

А) в розчині кислоти

Б) в лужному або нейтральному середовищі

Продукт корозії заліза – бура іржа є складною сумішшю гідроксидів феруму ІІ і ІІІ, продуктів їх розкладання і взаємодії з СО₂ та іншими речовинами навколишнього середовища.

Метали, що мають позитивний стандартний електродний потенціал, піддаються корозії тільки за участю кисню в усіх середовищах. Пр: корозія міді

Атмосферна корозія – корозія у вологому повітрі при звичайних температурах. Поверхня металу, що міститься у вологому повітрі, буває вкрита плівкою води, яка містить різні гази. Швидкість атмосферної корозії залежить від вологості повітря і вмісту газів у ньому, які утворюють з водою кислоти, стан поверхні металу.

Ґрунтова корозія – відбувається при контакті металів з ґрунтовими водами, що містять розчинене повітря. Швидкість корозії залежить від складу ґрунтових вод, структури і мінералогічного складу грунту. Пр.: руйнування трубопроводів, оболонок кабелів, деталей будівельних споруд.

Морська корозія – відбувається при контакті металів з морською водою. Пр.: обшивка кораблів, устаткування, що застосовується в портах

Контактна корозія – відбувається, коли два метали з різними потенціалами контактують один з одним або у водному середовищі, або при наявності вологи, що конденсується з повітря. Метали один одного поляризують і метал з меншим потенціалом поляризується анодно і швидкість його корозії поблизу місця контакту різко зростає.

Пр.: у теплофікаційних установках, коли мідні нагрівні змійовики з’єднані з залізними кип’ятильниками або трубами. Інтенсивна корозія заліза спостерігається біля місць з’єднань.

Корозія при нерівномірній аерації спостерігається у тих випадках, коли деталь або конструкція міститься у розчині, але доступ розчиненого ксиню до різних її частин неоднаковий. При цьому ті частини металу, до яких доступ кисню мінімальний, кородують значно більше, ніж ті частини, доступ до яких більший. Такий нерівномірний розподіл корозії можна прояснити так. При відновленні кисню О₂ + 4Н⁺ + 4е → 2Н₂О витрачаються йони гідрогену, і тому розчин трохи підлуговується. Метали при підлуговуванні розчину легше переходять у пасивний стан. Тому керовані ділянки металу переходять у пасивний стан і швидкість корозії на них знижується. На некерованих ділянках не відбувається пасивування – тут відбувається процес окиснення металу, що приводить до переходу його йонів у розчин: Ме → Me^z+ + ze

4. Захист від електрохімічної корозії:

1) застосування хімічно стійких сплавів (нержавіючі і кислототривкі сталі, до складу яких входить до 18% хрому і до 10% нікелю); легування

2) захист поверхні металів покриттями

А) металічними

Застосовують метали, які утворюють на своїй поверхні захисні плівки (хром, нікель, цинк, кадмій, алюміній, олово). Значно рідше застосовують метали, що мають високий електродний потенціал – срібло, золото.

Б) неметалічні

Покриття лаками, фарбами, емалями, фенолформальдегідними смолами, полімерами.

В) покриття, утворені внаслідок хімічної або електрохімічної обробки поверхні металу

Захисні оксидні і сольові плівки. Пр.: оксидування алюмінію, фосфатування стальних виробів (плівки з фосфатів).

3) використання інгібіторів корозії

Інгібітори вводять в робоче середовище або наносять на метал. Інгібітори адсорбуються на поверхні металу і тим самим запобігають перебігу корозійних процесів. Деякі інгібітори сприяють видаленню кисню з робочого середовища.

Пр.: нітрит натрію, хромат і дихромат калію, фосфати натрію

4) електрохімічні методи

А) катодний захист

Конструкцію приєднують до негативного полюса джерела електричної енергії і вона стає катодом. Як анод використовують шматки заліза. При відповідній силі струму в колі на виробі, який захищають, відбувається відновлення окисника, окислюється речовина аноду. Використовується для захисту стального устаткування від корозії в морській воді та ґрунті.

Схема катодного захисту металу:

1 – металевий виріб, який захищають;

2 – джерело струму;

3 – допоміжний метал

Б) протекторний захист

Полягає в приєднанні до металу великого листа, виготовленого з іншого, активнішого металу – протектора. Як протектор при захисті стальних виробів звичайно застосовують цинк або сплави на основі магнію. На залізі відбувається процес відновлення того окисника, який є у воді, а цинк окислюється.

Контрольні запитання:

Що називається корозією металів?
Які види корозії ви знаєте?
Які процеси відбуваються при корозії цинку в кислому та лужному середовищах.

Література:

Глинка Н.Л. Общая химия: Учебное пособие для вузов. – Л.: Химия, 1979. – Гл. ХVІ, § 196, с. 554-560.
Хомченко Г.П. Химия. – М.: Высшая школа, 1981. – Ч. ІІ, Гл. 12, §§ 99-100, с. 112-114.