5.4. Коррозия металлов

ПОДГОТОВКА К ВЫПОЛНЕНИЮ ЗАДАНИЯ

Изучить и усвоить:

· лекцию «Коррозия металлов» [Конспект лекций, раздел 5.4].

· видеозапись лабораторной работы «Коррозия и защита металлов» [Приложение к УМК: диск 4].

Цель выполнения задания

· Усвоить суть химической и электрохимической коррозии металлов.

· Изучить факторы, влияющие на скорость коррозии.

·Ознакомиться с некоторыми методами защиты металлов от коррозии.

Теоретические сведения

Коррозией металлов называется процесс их самопроизвольного разрушения под воздействием окружающей среды. Коррозия представляет собой окислительно-восстановительный процесс, протекающий на границе раздела: металл – среда. Металл всегда окисляется, а компоненты окружающей среды (О₂, СО₂, SO₂, Cl₂, H⁺, H₂O и др.) восстанавливаются. В результате коррозии образуются продукты окисления металла – оксиды, гидроксиды, соли. Такое превращение металла сопровождается существенным изменением его механических свойств.

По механизму процесса различают химическую и электрохимическую коррозию.

Химическая коррозия происходит под воздействием агрессивных газообразных компонентов окружающей среды при высоких температурах (газовая коррозия) или под воздействием некоторых агрессивных жидкостей – неэлектролитов. Основным признаком химической коррозии является то, что она происходит без возникновения в системе электрического тока, когда реакции окисления и восстановления протекают в одной точке поверхности.

Электрохимическая коррозия протекает в электролитах и сопровождается возникновением коррозионного тока между анодными и катодными участками поверхности металла. На анодных участках идёт окисление, в результате чего металл разрушается и его ионы «уходят» в коррозионную среду:

Ме ⁰ − n ē → Ме ⁿ⁺. (5.6)

Освободившиеся в результате окисления электроны участвуют в катодном процессе восстановления окислителя из окружающей среды. Вид процесса зависит от природы окислителя и состава среды. Для случая контакта двух металлов коррозионный процесс наиболее активно идёт в месте контакта (рис. 5.10).

Рис. 5.10. Схема электрохимической коррозии

Уравнения наиболее часто встречающихся катодных процессов приведены в табл. 5.5

Таблица 5.5

Уравнения катодных коррозионных процессов в различных средах

Реакция среды	Нейтральная	Кислая	Щелочная
Уравнения реакций	О2 + 2Н2О + 4ē → 4 ОН─	2Н+ + 2е → Н2 или О2 + 4Н+ + 4ē → 2 Н2О	4ОН─+ 4ē → О2 + 2Н2О

Отличием электрохимической коррозии от химической является то, что процессы окисления и восстановления протекают на разных участках поверхности корродирующих металлов.

Пример 5.8. Сталь (в первом приближении железо) плотно контактирует с никелем и оба металла находятся в воде, в которой растворён кислород, т.е. в нейтральной среде (табл. 5.5). Какой из металлов будет корродировать? Запишите электронные уравнения анодного и катодного процесса.

Решение. На менее активном металле − никеле (табл. 5.1) будет идти катодный процесс восстановления окислителя из среды:

О₂ + 2Н₂О + 4ē → 4 ОН‾ (табл. 5.5).

Железо более активный металл, чем никель, т.к. имеет более электроотрицательный стандартный потенциал поэтому на железе будет сосредоточен анодный процесс окисления:

2 │ Fe⁰ − 2 ē → Fе ²⁺.

В данном случае корродирует железо. Вторичный процесс коррозии состоит во взаимодействии ионов железа с гидроксильными ионами

2Fе ²⁺ + 4ОН‾ → 2 Fe(OH)₂.

Суммарное уравнение коррозионного процесса имеет вид

2Fe + О₂ + 2Н₂О → 2 Fe(OH)₂.

Основные направления защиты металлов от коррозии представлены на рис. 5.11.

НАПРАВЛЕНИЯ ЗАЩИТЫ МЕТАЛЛОВ ОТ КОРРОЗИИ

Конструктивные

меры

Уменьшение

агрессивности среды