Основы теории коррозии

Термин коррозия происходит от латинского "corrosio", что означает разъедать, разрушать. Этот термин характеризует как процесс разрушения, так и результат. Среда, в которой металл подвергается коррозии (корродирует), называется коррозионной или агрессивной средой.

В случае с металлами, говоря об их коррозии, имеют ввиду нежелательный процесс взаимодействия металла со средой. Физико-химическая сущность изменений, которые претерпевает металл при коррозии является окисление металла.

Известно, что большинство металлов (кроме Ag,Pt,Cu,Au) встречаются в природе в ионном состоянии: оксиды, сульфиды, карбонаты и др., называемые обычно руды металлов.

Ионное состояние более выгодно, оно характеризуется меньшей внутренней энергией. Это заметно при получении металлов из руд и их коррозии. Поглощенная энергия при восстановлении металла из соединений свидетельствует о том, что свободный металл обладает более высокой энергией, чем металлическое соединение. Это приводит к тому, что металл, находящийся в контакте с коррозионно - активной средой, стремится перейти в энергетически выгодное состояние с меньшим запасом энергии.

2.2. Классификация коррозионных процессов

По механизму процесса различают химическую и электрохимическую коррозию металла. (Приложение№2) Химическая коррозия металлов протекает в сухих газах и неэлектролитах, т. е. в тех средах, которые не проводят электрический ток. Химическая коррозия - это взаимодействие металлов с коррозионной средой, при котором окисляется металл, и восстанавливаются окислительные компоненты коррозионной среды

2Mg+ O₂ -> 2MgO

4Al + 3O₂ -> 2Al₂O₃

При окислении меди, цинка, свинца или алюминия возникает на поверхности плотная, трудно разрушаемая пленка оксида, защищающая эти металлы от дальнейшей коррозии

Ржавчина — это рыхлый пористый слой, который не обеспечивает никакой защиты от дальнейшей коррозии.

Электрохимическая коррозия протекает при соприкосновении металла с электролитом. При электрохимической коррозии возникает электрический ток, который протекает как в металле, так и в растворе электролита, образующих замкнутую цепь, подобно короткозамкнутому гальваническому элементу. По такому процессу протекают, например, взаимодействие

металла с кислотами:

Zn + 2HCl -> Zn ²⁺+2Cl^- +H₂ ⁰

эта суммарная реакция состоит из двух актов:

Zn⁰ - 2e -> Zn²⁺

2H ⁺+ 2e -> H₂ ⁰

При соприкосновении металла с электролитом (например, морской водой, раствором кислоты и т.д.) на его поверхности образуется множество микроскопически малых гальванических элементов. Обычно зерна самого металла при этом играют роль анодов; загрязнения и примеси, а также некоторые структурные составляющие сплавов становятся катодами.

Например: Основа оцинкованного ведра – железо, поверхность – серебристо-белый блестящий металл. По мере использования поверхность ведра покрывается буровато-беловатыми пятнами, разводами. Цинк в данной гальванической паре, как более активный металл, будет являться анодом и в присутствии среды, проводящей электрический ток, будет разрушаться, железо же не ржавеет. Поэтому оцинкованные ведра сравнительно недороги и служат долго.
Состав бело-бурых пятен – в основном гидроксид цинка. Химизм процесса:

анод: Zn⁰ – 2 e = Zn²⁺,

катод: 2Н⁺ + 2 e = Н₂ .

Zn²⁺ + 2OH^– = Zn(OH)₂ .

Еще один пример: консервная банка (луженое железо) представляет собой гальваническую пару железо–олово. Пока банка герметически закрыта, контактная пара не находится в среде, проводящей электрический ток, и банка может не подвергаться коррозии длительное время. Известен случай, когда консервная банка пролежала в земле около ста лет и не подверглась коррозии. Но стоит банку вскрыть, как незамедлительно начинается всепожирающий процесс коррозии. При этом электроны от железа, как более активного металла, переходят на олово. Между поверхностью оловянного покрытия и раствором возникает разность потенциалов. Ионы водорода из воды или кислоты собираются на поверхности малоактивного металла, где восстанавливаются с помощью электронов, идущих от растворяющегося железа. Чем более кислый раствор, тем коррозия интенсивней. В этом случае «работает» гальванический элемент. Железо служит растворимым анодом, а олово – катодом: анод: Fe⁰ – 2 e = Fe²⁺,

катод: 2Н⁺ + 2 e = Н₂ .

Ржавление железа – сложный процесс, в результате которого на поверхности образуется ржавчина.

Fe²⁺ + 2OH^– = Fe(OH)₂ ,

4Fe(OH)₂ + O₂ + 2H₂O = 4Fe(OH)₃

о временем происходит дальнейшее превращение гидроксида железа (III) в гидратируемый оксид железа (III) или "ржавчину":
2 Fe(ОН)₃ + (x-3)H₂O --> Fe₂O₃ * x H₂O

Чтобы отметить переменное число гидратных молекул воды, формулу ржавчины записывают как Fe₂O₃ * x H₂O.

По характеру коррозионного разрушения.

1.Общая или сплошная коррозия при которой корродирует вся поверхность металла. Она соответственно делится на: равномерную и неравномерную.

Если коррозия металлов довольно равномерно распределяется по всей поверхности металла, то коррозию называют равномерной.

Нервномерная коррозия бывает:

v Местная коррозия может быть выражена в виде:

· отдельных пятен, не сильно углубленных в толщу металла (рис. 1.1, г);

· язв - разрушений, имеющих вид раковины, сильно углубленной в толщу металла (рис. 1.1, д)

· точек (питтингов), глубоко проникающих в металл (рис. 1.1, е).

· подповерхностная коррозия (рис. 1.1, ж) начинается на поверхности, но затем распространяется в глубине металла. Продукты коррозии оказываются сосредоточенными в полостях металла. Этот вид коррозии вызывает вспучивание и расслоение металлических изделий.

v Межкристаллитной коррозии разрушению подвергаются границы между зернами (кристаллитами) металла. Этот вид Коррозии металлов особенно опасен, т. к. при весьма сильном снижении механических свойств внешний вид поверхности часто сохраняется почти неизменным.

2. Избирательная, при которой разрушается одна структурная составляющая или один компонент сплава.
По условиям протекания процесса.

· Газовая коррозия - это коррозия в газовой среде при высоких температурах (жидкий металл, при горячей прокатке, штамповке и др.).

· Атмосферная коррозия - это коррозия металла в естественной атмосфере или атмосфере цеха (ржавение кровли, коррозия обшивки самолета).

· Жидкостная коррозия - это коррозия в жидких средах: как в растворах электролитов, так и в растворах неэлектролитов.

· Подземная коррозия - это коррозия металла в почве.

· Структурная коррозия - коррозия из-за структурной неоднородности металла.

· Микробиологическая коррозия - результат действия бактерий.

· Коррозия внешним током - воздействие внешнего источника тока (анодное или катодное заземление).

· Коррозия блуждающими токами - прохождение тока по непредусмотренным путям по проекту.

· Контактная коррозия - сопряжение электрохимически разнородных металлов в электропроводящей среде.

· Коррозия под напряжением - одновременное воздействие коррозионной среды и механического напряжения.

По виду коррозионной среды.

Газовая,

Атмосферная,

Почвенная,

Жидкостная

· Кислая

· Щелочная

· Солевая

Замечено, что сверхчистые металлы устойчивы к коррозии. Например, сверхчистое железо намного меньше корродирует, чем обычное железо.

Знаменитая Кутубская колонна в Индии близ Дели уже полторы тысячи лет стоит и не разрушается, несмотря на жаркий и влажный климат. Сделана она из чистого железа (99,72 %) и весом 6,5 тонн, высотой 7,2 метра и в диаметреот 42 см у основания и до 30 см у верха. Колонна была воздвигнута в честь царя Чандрагупты II. По народному поверью кто прислонится к колонне спиной и сведет за ней руки исполнится заветное желание. Ученые предполагают, что эта колонна изготовлена из метеоритного железа. (Приложение№3)

---

Дата добавления: 2015-07-18