Электрохимическая коррозия металлов
Коррозия - это самопроизвольно протекающий процесс разрушения металлов в результате химического или электрохимического взаимодействия их с окружающей средой. Электрохимическая коррозия - наиболее распространенный вид коррозии металлов, это разрушение металла в среде электролита с возникновением внутри системы электрического тока. Примером коррозионных процессов электрохимического характера является разрушение деталей машин и различных металлических конструкций в почвенных, грунтовых, речных и морских водах, во влажной атмосфере, в технических растворах, под действием смазочно-охлаждающих жидкостей, применяемых при механической обработке металлов и т.д.
Причиной электрохимической коррозии является образование на поверхности металла большого количества микрогальванических пар, которые возникают по следующим причинам:
1. Наличие примесей металлов или других веществ, отличающихся по активности от основного металла.
2. Структурная неоднородность поверхности металла, что определяет наличие участков с разной активностью.
3. Неравномерность распределения деформаций в металле после термической и механической обработки и др.
При электрохимической коррозии на поверхности металла одновременно протекают два процесса:
анодный - окисление металла: Ме - nē = Men+
и катодный - восстановление ионов водорода в кислой среде:
2H+ + 2e = H2 или
молекул кислорода, растворенного в воде, в случае атмосферной коррозии:
2H2O + O2 + 4ē = 4OH-.
Ионы или молекулы, которые восстанавливаются на катоде, называются деполяризаторами. При атмосферной коррозии - коррозии во влажном воздухе при комнатной температуре - деполяризатором является кислород.
Пример 20. Как происходит коррозия цинка, находящегося в контакте с кадмием в нейтральном и кислом растворах ? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов. Каков состав продуктов коррозии ?
Решение. При таком контакте возникает коррозионный гальванический микроэлемент. Цинк имеет более отрицательный потенциал (-0,763 В), чем кадмий (-0,403) (табл. 12.1), поэтому он является анодом, а кадмий - катодом.
Анодный процесс: Zn - 2ē= Zn2+ .
Катодный процесс: в кислой среде: 2H+ + 2ē = H2 ;
в нейтральной среде: 2H2O + O2 + 4ē = 4OH- .
Так как ионы Zn2+ с гидроксильной группой образуют нерастворимый гидроксид, то продуктом коррозии в нейтральной среде будет Zn(OH)2.
Скорость коррозии тем больше, чем сильнее различаются электродные потенциалы металлов, т.е. чем дальше они расположены друг от друга в ряду напряжений. Кроме того, скорость коррозии повышается при увеличении концентрации электролита и повышении температуры.
Защита от коррозии. Все методы защиты условно делятся на следующие группы:
1. Легирование металлов. Это эффективный, хотя и дорогой метод повышения коррозионной стойкости металлов. При легировании в состав сплава вводят компоненты, вызывающие пассивность металла вследствие образования на их поверхностях прочных оксидных пленок. В качестве таких компонентов применяют хром, никель, вольфрам и др.);
2. Защитные покрытия (металлические, неметаллические). Металлические покрытия подразделяются на анодные и катодные. При анодном покрытии металл покрывается более активным металлом, расположенным в ряду напряжения левее, например железо – цинком, и вэтом случае при коррозии идет окисление цинка. При катодном покрытии металл покрывается менее активным металлом, например железо - оловом, и в этом случае при коррозии тдет окисление железа;
3. Электрохимическая защита (этот метод основан на торможении анодных или катодных реакций коррозионного процесса. Защита осуществляется присоединением к защищаемой конструкции металла с более отрицательным значением электродного потенциала - протектора, а также катодной или анодной поляризацией за счет тока от внешнего источника);
4. Изменение свойств коррозионной среды. Для снижения агрессивности среды уменьшают концентрацию компонентов, опасных в коррозионном отношении, например снижают концентрацию Н+-ионов – подщелачивание, удаляют кислород и др.
Пример 21.Какие процессы протекают при коррозии оцинкованного и луженого железа а) в кислой среде; б) на воздухе?
Решение.1. Оцинкованное железо получают, покрывая железо тонким слоем цинка. При таком контакте возникает гальванический элемент. Цинк имеет более отрицательный потенциал (-0,763 В), чем железо (-0,44 В) (табл. 7.1), поэтому он является анодом, а железо - катодом. а) Схема ГЭ записывается в кислой среде:
(-) Zn ½ HCl ½ Fe (+).
Анодный процесс: Zn - 2ē= Zn2+ ;
катодный процесс: 2H+ + 2ē = H2 .
Следовательно, цинк в этом случае корродирует вместо железа. Подобная защита металла, при которой он играет роль катода в процессе электрохимической коррозии, называется катодной защитой, а цинк в этом случае является анодным покрытием.
б) Для коррозии на воздухе схема ГЭ: (-) Zn ½ H2O, O2 ½ Fe (+).
Анодный процесс: Zn - 2ē= Zn2+ ;
катодный процесс: 2H2O + O2 + 4ē = 4OH-.
Цинк защищает железо от коррозии даже после нарушения целостности покрытия.
2. Так называемую «белую жесть» получают, покрывая тонким слоем олова листовое железо. Сравнение электродных потенциалов железа (-0,44 В) и олова (-0,13 В) показывает, что железо окисляется легче олова, поэтому железо в этой паре играет анода.
a) В кислой среде: (-) Fe ½ HCl ½ Sn (+).
Анодный процесс: Fe - 2ē= Fe2+ ;
катодный процесс: 2H+ + 2ē = H2 .
б) Во влажной атмосфере: (-) Fe ½ H2O, O2 ½ Sn (+).
Анодный процесс: Fe - 2ē= Fe2+ ;
катодный процесс: 2H2O + O2 + 4ē = 4OH-.
Суммарный процесс: 2Fe + 2H2O + O2 = 2Fe2+ + 4OH-.
2Fe + 2H2O + O2 = 2Fe(OH)2 (продукт коррозии).
4Fe(OH)2 + 2H2O + O2 = 4Fe(OH)3 .
Олово защищает железо лишь до тех пор, пока защитный слой остается неповрежденным. Стоит только его повредить, как на железо начинают воздействовать воздух и влага. Олово даже ускоряет коррозию железа, потому что служит катодом в электрохимическом процессе коррозии. Подобная защита металла, при которой он играет роль анода в процессе электрохимической коррозии, называется анодной защитой, а олово в этом случае является катодным покрытием.
Пример 22.Как будет протекать процесс коррозии в том случае, если железную водосточную трубу прибить к дому алюминиевыми гвоздями?
Решение.Сравнение электродных потенциалов железа (-0,44 В) и алюминия (-1,7 В) показывает, что алюминий этой паре является анодом, а железо - катодом. Схема ГЭ:
(-) Al ½ H2O, O2 ½ Fe (+).
Таким образом, вблизи алюминиевого гвоздя труба будет защищена от коррозии. Однако алюминиевый гвоздь должен в этих условиях быстро корродировать, и в конце концов труба упадет. Продуктом коррозии будет белый порошок гидроксида алюминия.
Анодный процесс: Al - 3ē= Al3+ , х4
катодный процесс: 2H2O + O2 + 4ē = 4OH-. х3
Суммарный процесс: 4Al + 6H2O + 3O2 = 4Fe2+ + 12OH-.
4Al + 6H2O + 3O2 = 4Al(OH)3 (продукт коррозии).
Дата добавления: 2016-07-05; просмотров: 14715;