Загальні відомості про корозію металів

Під час експлуатації виробів з металів та їх сплавів доводиться стикатися з явищем руйнування їх під дією навколишнього середовища. Руйнування металів і сплавів внаслідок взаємодії з навколишнім середовищем називається корозією.

Корозія металів завдає великої економічної шкоди, внаслідок корозії виходять з ладу обладнання, машини, руйнуються механізми та металеві конструкції. Особливо сильно піддається корозії метал що знаходиться в агресивному середовищі, наприклад у розчині кислот, солей тощо.

Корзійне руйнування може охоплювати всю поверхню металу – суцільна (рівномірна та нерівномірна корозії), або окремі ділянки – місцева, локальна (плямиста, пітінгова, виразкова, підповерхнева корзії).

Корозія поділяється на хімічну та електрохімічну. Хімічна корозія – це руйнування металу при взаємодії з навколишнім середовищем без виникнення і протікання електричного струму. В свою чергу хімічна корозія поділяється на корозію в газах (повітря, природний газ та ін.) та на корозію в неелектролітах. Корозія в середовищі газів трапляється досить часто. Найнебезпечнішими для металу компонентами газового середовища є кисень О₂, пара води Н₂О, діоксид вуглецю СО₂, оксид сульфуру SO₂. Корозійне руйнування заліза та його сплавів на повітрі зумовленео окисненням його киснем:

4Fe + 3O₂ = 2 Fe₂O₃.

З підвищенням температури швидкість газової корозії зростає.

Хімічна корозія в неелектролітах – це руйнування металу при контакті з неелектролітом, що відбувається внаслідок гетерогенних хімічних реакцій без виникнення електричного струму. Прикладом такої корозії може бути взаємодія заліза з будь якою з кислот:

2Fe + 3H₂SO₄ = Fe₂(SO₄)₃ +3H₂.

Найбільш небезпечною для металів є електрохімічна корозія. Електрохімічна корозія – це руйнування металу при контакті з агресивним середовищем внаслідок чого виникає і протікає електричний струм. Електрохімічна корозія буває кількох видів: електрохімічна корозія в електролітах (– це руйнування металу в рідких середовищах, що проводять електричний струм), грунтова корозія (– це руйнування металу в грунтовому електроліті), бактеріологічна корозія (– це частковий випадок грунтової корозії, що відбувається внаслідок дії мікроорганізмів, які в результаті життєдіяльності виділяють речовини що прискорюють корозійні процеси), атмосферна корозія (– це руйнування металу на повітрі чи в іншому вологому газі), корозія викликана блукаючими струмами, кавітаційна корозія (– це вид корозії, що виникає при русі рідини в якій виникають бульбашки повітря, що вибухають при контакті з поверхнею металу), стрес корозія (– це руйнування металу під дією електрохімічних процесів та динамічних навантажень), контактна корозія (– це корозія, що виникає при контакті двох металів з різними хімічними потенціалами).

Корзійне руйнування може охоплювати всю поверхню металу – суцільна (рівномірна та нерівномірна корозії), або окремі ділянки – місцева, локальна (плямиста, пітінгова, виразкова, підповерхнева корзії).

Ділянки металу, на яких відбуваються процеси окиснення і відновлення, називаються відповідно анодними і катодними. Продукти корозії заліза – бура іржа – це суміш гідрооксидів феруму (ІІ) і феруму (ІІІ), продуктів їх розкладу і взаємодії з вуглекислим газом та іншими речовинами навколишнього середовища.

Електрохімічна корозія може бути посилена, якщо метал містить домішки інших речовин або неметалічні включення. Наприклад залізо забруднене домішками міді. При цьому виникають гальванічні пари схему дії яких наведено на рисунку 1.

Рисунок 1 – Схема дії гальванічної пари.

Метал з більшим негативним потенціалом руйнується – його іони переходять у розчин, а електрони переходять до менш активного металу, на якому відбувається відновлення іонів гідрогену (воднева деполяризація) або відновлення розчиненого у воді кисню (киснева деполяризація).

Отже, при електрохімічній корозії (як у випадку контакту різнорідних металів, так і в разі утворення мікрогальванічних елементів на поверхні металу) потік електронів направлений від більш активного металу до менш активного (провідника), і більш активний метал кородує. Швидкість корозії тим швидша, чим далі розташовані один від одного в ряду стандартних електродних потенціалів ті, метали, з яких утворився гальванічний елемент. На швидкість корозії також впливає і характер розчину електроліту. Чим вища його кислотність (тобто менший рН), а також чим більший вміст в ньому окисників, тим швидше відбувається корозія. Значно зростає швидкість корозії при підвищенні температури.

Деякі метали приконтакті з киснем повітря в агресивному середовищі переходять у пасивний стан, при якому різко уповільнюється корзія. У таких випадках на поверхні металу утворюється щільна захисна оксидна плівка, яка перешкоджає контакт металу з середовищем. Захисна плівка завжди є на поверхні алюмінію. Подібні плівки в сухому повітрі утворюються також на Ве, Cr, Zn, Ni, Ta та інших металах. Кисень є найпоширенішим пасиватором. Така плівка може бути тонкою (4 – 100 Å), середньою (100 – 1000 Å) та товстою (більше 1000 Å).

Пасивуванням пояснюється корозійна стійкість нержавіючих сталей та сплавів.

Метал захищають від корозії багатьма способами такими як: ізоляція, протекторний захист, катодний захист, легування та інші. Захисні поверхневі покриття металів бувають металічними (покриття цинком, оловом, свинцем, нікелем, хромом та іншими металами) і не металічними (покриття лаком, фарбою, емаллю, полімерними плівками та іншими речовинами). Ці покриття ізолюють метал від зовнішнього середовища. Так, покрівельне залізо покривають цинком, з оцинкованого заліза виготовляють численні вироби побутового та промислового призначення. Шар цинку запобігає корозії основного металу, бо цинк, хоч і більш активний метал, ніж залізо, вкритий оксидною плівкою. В разі пошкодження захисного шару (подряпини, пробої тощо) за наявності вологи виникає гальванічна пара цинк-залізо. Катодом (позитивним полюсом) є залізо, анодом (негативним полюсом) – цинк (рисунок 2). Електрони переходять від цинку до заліза, де зв’язуються молекулами кисню (киснева деполяризація), цинк розчиняється, а залізо залишається захищеним доти, доки не зруйнується весь шар цинку, що потребує досить багато часу. Введення до складу сталі близько 12% хрому добувають нержавіючу сталь, стійку проти корозії. Добавки нікелю, міді і кобальту посилюють антикорозійні властивості сталі, оскільки підвищується схильність сплавів до пасивації. Створення сплавів з антикорозійними властивостями – один з найважливіших напрямків боротьби проти корозійних втрат.

Рис. 2 Корозійне руйнування цинку в загальному парі Zn | Fe.

Протекторний захист застосовують у тому разі, коли захищається конструкція (підземний трубопровід, корпус судна), яка перебуває в середовищі електроліту (морська вода, підземні грунтові води та інші). Суть такого захисту полягає в тому, що конструкцію сполучають з протетором – більш активним металу, ніж метал конструкції, яку захищають. Як протектор для захисту стальних виробів використовують магній, алюміній, цинк та їх сплави. У процесі корозії протектор є анодом і руйнується. Запобігаючи тим самим руйнуванню конструкції. У міру руйнування протекторів їх замінюють новими.

Рисунок 3 – Схема протекторного захисту підземного трубопроводу.

На цьому принципі ґрунтується й електрозахист. Конструкцію, яка перебуває в середовищі електроліту, також сполучають з іншим металом (звичайно шматком заліза, рейкою тощо), але через зовнішнє джерело струму. При цьому конструкцію, яку захищають, підєднують до катода, а метал – до анода джерела струму (анодний заземлювач). Електрони відщеплюються від анода джерелом струму, анод (захисний метал) руйнується, а на катоді відбувається відновлення окисника.

Електрозахист має перевагу над протекторним захистом: радіус дії першого близько 2000 м, а другого – близько 50 м.

Також одним з методів уповільнення корозії металевих виробів до електроліту вводять речовини (найчастіше органічні), які називають уповільнювачами корозії, або інгібіторами. Їх застосовують у випадку, коли метал треба захистити від роз’їдання кислотами. Інгебіторами просочують папір, яким обгортають металеві вироби. Пара інгібіторів адсорбується на поверхні металу і утворює захисну плівку.

Дата добавления: 2015-07-17