Читайте также:
|
|
3.1 Теоретическая часть
Коррозия (от лат. сorrodere – разъедать, разрушать) – самопроизвольный процесс разрушения металла вследствие его окисления при воздействии с окружающей средой:
Ме0 – nē = Меn+
Коррозию металлов по характеру ее проявления различают:
- равномерная;
- неравномерная;
- межкристаллитная;
- нитевидная.
Классификация коррозийных процессов по механизму их протекания подразделяет коррозию на химическую, электрохимическую и электрокоррозию.
Химическая коррозия возникает при взаимодействии металлов с сухими газами или неэлектролитами. Этот процесс происходит в отсутствии электролитов. К химической коррозии относится:
- газовая коррозия, которая протекает в газовой среде (Cl2, H2S, SO2 и др.) без конденсации влаги на поверхности металлов при высокой температуре. Такая коррозия происходит при ковке или сварке металлов;
- коррозия в органических жидкостях. Например, коррозия нефтепроводов, коррозия двигателя внутреннего сгорания под действием жидкого топлива.
В результате химической коррозии металл покрывается оксидной пленкой. У некоторых металлов (Al, Zn, Cr и др.) на поверхности образуется плотная защитная пленка, которая замедляет, а иногда и прекращает дальнейшую коррозию металла. Рыхлая оксидная пленка не обладает защитным действием и не предохраняет металл (например, Fe) от дальнейшей коррозии.
Электрокоррозии подвержены металлы, находящиеся под действием блуждающих токов (например, вблизи линий электропередач, трамвайных и троллейбусных линий в городах).
Электрохимическая коррозия металлов – совокупность пространственно разделенных процессов окисления (анодный процесс) и восстановления (катодный процесс). Этот вид коррозии происходит в токопроводящих средах, содержащих электролиты, например, во влажном воздухе или в морской воде.
В основе процессов электрохимической коррозии лежит работа короткозамкнутых микро- или макрогальванических элементов (коррозийных гальванопар), основные моменты которой являются:
1) процесс анодного окисления (роль анода выполняет более активный металл);
2) переход электронов с анодного участка на катодный (в отличие от обычного гальванического элемента электроны движутся внутри металла из-за отсутствия внешней цепи);
3) перемещение ионов в растворе электролита;
4) процесс катодного восстановления окислителей, присутствующих в растворе электролита.
Причинами возникновения гальванопар могут являться, например: контакт двух металлов, находящихся в растворе электролита, примеси в металлах, контакт металла с его оксидом, электрохимическая неоднородность поверхности металла и др.
Окислители снимают избыточный отрицательный заряд с поверхности катода, уменьшая его поляризацию, поэтому их называют в этом процессе деполяризаторами.
Наиболее распространенные в природе окислители – ионы водорода и растворенный в воде кислород, поэтому различают:
· водородную деполяризацию (происходит в кислых средах)
2Н+ +2ē = Н2
· кислородную деполяризацию (влажный воздух, морская вода, почвенные воды нейтрального характера и т.п.)
О2 + 2Н2О + 4ē = 4ОН-
Таким образом, в кислых средах продуктами коррозии являются соль металла-анода и газообразный водород, а в нейтральной среде – гидроксид металла-анода Ме(ОН)n или его оксогидроксид МеО(ОН)n-2.
Металлы, применяемые в технике, всегда содержат примеси других металлов, поэтому металл-основа и металл-примесь образуют множество микрогальванических элементов.
Сталь состоит в основном из мельчайших кристалликов железа (феррит), смешанных с зернами карбида железа (цементит – Fe3C) и углерода. В агрессивной среде возникает гальванический элемент, в котором отрицательным электродом (анодом) является феррит, а положительным электродом (катодом) является цементит и углерод.
По окислительной способности растворенный в воде кислород значительно активнее ионов водорода, поэтому вода, содержащая кислород более опасна в коррозийном отношении.
Схема образовавшегося гальванического элемента:
А (–) Fe | H2O, O2 | Fe3C (+) K
На аноде протекает процесс окисления железа (металл разрушается, ионы его переходят в раствор):
Fe0 – 2ē = Fe2+
На катоде происходит кислородная деполяризация (восстанавливается агрессивная среда):
О2 + 2Н2О + 4ē = 4ОН-
Процессы, протекающие в растворе:
Fe2+ + 2OH- = Fe(OH)2
Последующее окисление до гидроксида железа (III):
4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3
Продуктами коррозии железа является сложная смесь гидратированных и дегидратированных форм гидроксидов железа (например, FeO(OH)), в упрощенном виде выражается общей формулой: Fe2O3 · nH2O (ржавчина – бурый рыхлый порошок, который не защищает поверхность железа от дальнейшего разрушения).
Электрохимической коррозии подвержены стальная и алюминиевая арматура железобетона при образовании в теле бетона микротрещин, по которым в толщу бетона проникают морские, речные или сточные воды. В этом случае скорость электрохимической коррозии зависит от рН среды, влажности грунта, количества растворенного кислорода и других факторов.
Таким образом, при электрохимической коррозии поток электронов направляется от более активного металла к менее активному и более активный металл корродирует. Скорость коррозии будет тем больше, чем дальше стоят друг от друга металлы в ряду напряжений (см. приложениие В), т.е. чем больше величина ЭДС гальванического элемента.
Дата добавления: 2015-12-01; просмотров: 62 | Нарушение авторских прав