Коррозия металлов

Цель работы: изучение коррозии металлов и методов защиты от нее.

Теоретическая часть

Конструкционные материалы, используемые в сельскохозяйственном производстве, всегда испытывают физическое и химическое воздействие со стороны окружающей среды. Такое воздействие приводит, как правило, к разрушению конструкционного материала.

Основными конструкционными материалами, используемыми в сельскохозяйственном машиностроении, являются металлы и их сплавы. Разрушение металлов и их сплавов под действием окружающей среды называется коррозией. Главную роль в процессе коррозии играют окислительно-восстановительные реакции между металлами и окисляющими компонентами окружающей среды (молекулами O₂, ионами H⁺ и др.). По внешним признакам различают коррозиюобщую ( по всей поверхности) и местную (пятнами, точечную, межкристаллическую).

По механизму различают коррозию химическую, электрохимическую, электрическую (под действием внешних источников тока), биологическую (под действием живых организмов, например, железобактерий).

Химической коррозией называется окислительно-восстановительная реакция между металлом и компонентами окружающей среды, протекающая с переносом электронов на расстояния соизмеримые с размерами атомов и молекул. Химическая коррозия может протекать в отсутствии электролитов (например, коррозия стали на воздухе) и в присутствии электролитов (например, коррозия стали в кислой среде).

Электрохимической коррозией называются окислительно-восстановитель­ные реакции между металлами и компонентами окружающей среды, протекающие с переносом электронов на расстояния, значительно превышающие размеры атомов и молекул. Электрохимическая коррозия протекает, как правило, в присутствии электролита. Причиной электрохимической коррозии является возникновение контактной разности потенциалов при соприкосновении различных по химическим свойствам материалов (железо и зерна углерода в стали, железо и цинковое покрытие на нем и т.д.). Например, в сплавах возникают микрогальванопары, образованные небольшими частицами компонентов сплава, соприкасающиеся между собой. При электрохимической коррозии окисляется прежде всего наиболее активный металл, имеющий наименьший электродный потенциал, причем скорость коррозии тем больше, чем больше разность электродных потенциалов двух контактирующих металлов (материалов).

Например, при электрохимической коррозии оцинкованной стали, если цинковое покрытие на стали частично разрушено (царапина и т.п.), с окружающей средой контактируют оба металла, однако окисляться прежде всего будет цинк, имеющий меньший электродный потенциал, чем железо. Таким образом, при незначительном повреждении защитного слоя цинка он сохраняет свое защитное действие, являясь анодом (анодное покрытие) в возникающей гальванопаре железо–цинк. Процесс коррозии можно описать уравнением

2Zn⁰ + O₂⁰ + 2H₂O → 2Zn(OH)₂.

Различают коррозию с кислородной (окислитель – O₂) и водородной (окислитель – H⁺) деполяризацией. Коррозия с кислородной деполяризацией протекает преимущественно в нейтральной и щелочной средах, этот процесс описывается уравнением

O₂⁰ + 2H₂O + 4e → 4OH^–.

Коррозия с водородной деполяризацией протекает в кислой среде, этот процесс можно описать уравнением

2H⁺ + 2e → H₂.

В случае электрохимической коррозии луженой (покрытой оловом) стали олово является катодным покрытием по отношению к железу, так как имеет больший электродный потенциал. При нарушении целостности покрытия коррозировать будет железо как более активный металл в гальванопаре Fe–Sn. Таким образом, катодное покрытие защищает изделие лишь при условии сплошного покрытия. Но малейшее повреждение этого покрытия приводит к коррозии защищаемого металла, причем этот процесс протекает быстрее, чем коррозия железа без контакта с оловом. Процесс коррозии можно описать уравнением

2Fe⁰ + O₂⁰ + 2H₂O → 2Fe(OH)₂.

Поскольку коррозия металлов – процесс самопроизвольный (ΔG < 0), на практике возможно лишь уменьшение скорости коррозии.

Экспериментальная часть

Дата добавления: 2015-07-11