Электрохимическая коррозия металлов

Коррозия металлов определяется как процесс самопроизвольного разрушения металлов при их химическом, электрохимическом или биохимическом взаимодействии с окружающей средой.

Корродируют обычно металлы, встречающиеся в природе не в самородном состоянии, а как соответствующие минералы и руды. На извлечение этих металлов из руд или минералов расходуется известное количество энергии. В результате коррозионного разрушения они снова переходят в окислы, сульфиды, карбонаты и другие природные соединения. Процесс коррозии, так как он приводит к регенерации исходных соединений, термодинамически более устойчивых по сравнению с чистыми металлами, протекает с уменьшением свободной энергии и поэтому совершается самопроизвольно.

Отсюда разрушение многих металлов проходит со значительной скоростью и

приносит колоссальный ущерб всем отраслям народного хозяйства. Ежегодно от 5 до 20% выплавляемого количества черных металлов разрушается в результате коррозии.

Различают химическую, биохимическую и электрохимическую коррозию металлов. Химическая - самопроизвольное разрушение металлов под действием химических реагентов. Биокоррозия вызывается жизнедеятельностью различных микроорганизмов, использующих металл как питательную среду, или выделяющие продукты, действующие разрушающее на металл. Электрохимическая коррозия - разрушение металлов при протекании нескольких сопряженных электрохимических реакций, скорость которых зависит от величины электродного потенциала. Электрохимическая коррозия происходит при воздействии на металлы влажной атмосферы, разнообразных электролитов, почвенной влаги.

В зависимости от характера разрушений, сопровождающих процесс электрохимической коррозии, различают сплошную коррозию, захватывающую всю поверхность металла, и местную, локализующуюся на определенных участках. Очаги разрушения в случае местной коррозией могут иметь вид пятен (пятнистая коррозия) или точек (питтинговая коррозия). Они могут захватывать отдельные зерна (избирательная коррозия), проходить через зерна в виде узких трещин (транскристаллитная коррозия) и др.

Скорость коррозии выражают несколькими способами. Наиболее часто пользуются весовым и токовым показателем коррозии. Первый из них дает потерю веса (в г или кг) за единицу времени (с, час, год), отнесенную к единице площади (см², м²) испытуемого образца. Во втором случае скорость коррозии выражается силой тока (А или мА), приходящейся на единицу площади образца.

Электрохимическая коррозия металлов возникает, если наряду с анодным растворением металла:

Ме = Ме^z+ + ze,

возможны условия для катодного процесса в другой окислительно-восстановительной системе с более положительным потенциалом, например, в системе Н⁺/Н₂:

Н⁺ + е = Н₂;

О₂ + 2Н₂О + 4е = 4ОН^-.

Следует различать коррозию идеально чистого металла и технического металла. Для идеально чистого металла скорость коррозии определяется перенапряжением и скоростью выделения водорода на этом же металле.

При рассмотрении коррозии технического металла процесс коррозии усложняется, так как поверхность технического металла неоднородна и содержит включения других, в том числе и более электроположительных металлов с меньшим перенапряжением водорода.

Например, в техническом цинке имеются включения кристаллов железа. Неоднородную поверхность технического металла на границе с электролитом можно рассматривать как совокупность локальных короткозамкнутых электрохимических элементов. В данном примере Zn -отрицательный полюс такого элемента - на нем металл электрохимически растворяется. Положительный полюс микроэлемента - железо, на нем выделяется водород. Суммарная скорость растворения Zn будет определяться кинетикой выделения водорода на основном металле и включениях постороннего металла. Присутствие локальных микроэлементов приводит к тому, что коррозия технических металлов оказывается во много раз больше коррозии чистых металлов.

Скорость коррозии, возникающей в результате работы локальных гальванических пар, зависит не только от электрохимических свойств электродов этих пар, но и от омического сопротивления среды, в которой совершается процесс коррозии и которая отделяет анод от катода.

Определяющие скорость коррозии соотношения удобнее выразить графически при помощи коррозионных диаграмм Эванса:

Когда нет коррозионного процесса и сила тока равна нулю, начальные значения потенциалов на аноде и катоде должны отвечать обратимым потенциалам анодной и катодной реакции. За счет разности потенциалов анода и катода в системе появляется ток. При некоторой силе тока потенциал анода сместится вследствие поляризации в сторону более положительных, а потенциал катода - в сторону более отрицательных значений. С увеличением силы тока разность потенциалов анода и катода будет непрерывно сокращаться. В пределе она будет равна нулю, когда сопротивление системы равняется нулю или ничтожно мало. Ток при этом будет максимальным.

Таким образом, скорость коррозии является функцией разности обратимых потенциалов анодной и катодной реакции, их поляризуемости и омического сопротивления коррозионной среды.

Дата добавления: 2014-01-05