ЗАЩИТА ОТ КОРРОЗИИ ПУТЕМ ИЗМЕНЕНИЯ СВОЙСТВ МЕТАЛЛА

Date: 2015-10-07; view: 1099.

Коррозия металлов. Типы коррозии: химическая и электрохимическая. Чем они отличаются? Рассмотреть коррозию оцинкованного железа в кислой и нейтральной средах. Способы защиты металлов от коррозии.

Вопрос 53

Коррозия – это самопроизвольное разрушение металлов в результате химического или электрохимического взаимодействия их с окружающей средой.
Химическая коррозия протекает в средах, не проводящих электрический ток, например в сухих газах, жидкостях органического происхождения - нефти, бензине, спирте и др.
Электрохимическая коррозия является наиболее распространенным типом коррозии металлов. Она происходит во влажном воздухе и в различных водных растворах, проводящих электрический ток.
Основополагающим звеном для понимания электрохимических процессов является ряд напряжения металлов. Металлы расположены в ряд, который начинается с химически активных и заканчивается наименее активными благородными металлами:

Те металлы, которые в ряду напряжений находятся левее (например Zn - цинк находится левее Fe - железа), легче отдают свои электроны, чем металл справа (например Cu - медь правее Fe - железа). А значит, как только оба металла попадают в электролит, то сразу образуют гальваническую пару. При этом более активный металл заряжается положительно и начинает окисляться (будет происходить его коррозионное разрушение), а менее активный останется в сохранности.

По отношению к железу (стали) анодами служат, например, цинк и хром. Таким образом, если в среду электролита поместить стальную и цинковую детали, электрически соединенные друг с другом, то процесс окисления пойдет на поверхности цинковой детали, а стальная окисляться не будет.

Химическая коррозия — взаимодействие поверхности металла с коррозионно-активной средой, не сопровождающееся возникновением электрохимических процессов на границе фаз. В этом случае взаимодействия окисления металла и восстановление окислительного компонента коррозионной среды протекают в одном акте. Например, образование окалины при взаимодействии материалов на основе железа при высокой температуре с кислородом:

При электрохимической коррозии ионизация атомов металла и восстановление окислительного компонента коррозионной среды протекают не в одном акте и их скорости зависят от электродного потенциала металла (например, ржавление стали в морской воде).

В технике в качестве анодного покрытия на железе используется цинк (оцинкованное железо). Составим схему коррозии оцинкованного железа в кислой среде:

Zn ê HCl ê Fe,
анод (Zn) – Zn⁰ - 2 = Zn²⁺,
катод (Fe) – 2H⁺ + 2 = H₂,

Zn²⁺ + 2Cl^– = ZnCl₂.

Коррозия цинка в соляной кислоте протекает интенсивно, с образованием хлорида цинка и выделением водорода по реакции:

Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2↑.

Составим схему коррозии оцинкованного железа в нейтральной среде:

К: O₂ + 2H₂O + 4e → 4OH^-
А: Zn⁰ - 2e → Zn²⁺
Суммарная реакция: 2Zn + O₂ + 2H₂O → 2Zn(OH)₂

Чтобы покрытие было катодным, железо нужно покрыть металлом с большим значением электродного потенциала, например, оловом (железо луженое). Олово в паре с железом играет роль катода. Напишем схему коррозии луженого железа в кислой среде:

Zn ê HCl ê Sn,

анод (Fe) – Fe⁰ – 2 = Fe²⁺,
катод (Sn) – 2H⁺ + 2 = H₂,

Fe²⁺ + 2Cl^– = FeCl₂ ® FeCl₃.

Как видно из приведенных примеров, нарушение целостности покрытия анодного типа (оцинкованное железо), вызывает коррозию металла покрытия, поэтому основной металл не разрушается. Если же нарушается целостность покрытия катодного типа, то корродирует защищаемый металл. Следовательно, анодное покрытие более надежно, чем катодное.

Защита металла от коррозии — одна из важнейших задач, успешное решение которой позволяет сэкономить колоссальные средства.

Бороться с коррозией металла можно разными методами. Условно их разделяют на несколько типов:

• изменение свойств самого металла
• создание на поверхности металла защитного покрытия
• изменение окружающей среды с целью уменьшения ее коррозионной агрессивности.

Введение в состав стали легирующих добавок позволяет получить новые свойства и характеристики сплава, в том числе — увеличить сопротивляемость коррозионным процессам. В этих целях к железу во время плавки добавляют хром, никель, медь. Получившийся металл становится более инертным и не подвержен разрушительному воздействию окружающей среды — химические реакции либо прекращаются совсем, либо сильно замедляются.

Недостатком такого способа защиты металла от коррозии можно считать большой расход легирующих добавок. Особенно, если учитывать, что коррозии подвержены только верхние слои металла.

В связи с этим сплошному легированию подвергаются только самые ответственные узлы и детали из металла. В остальных случаях предпочитают создавать тонкую инертную пленку из легирующих добавок только на поверхности — другой способ защиты металла от коррозии.