Лекция 7. Коррозия металлов.

Коррозия металлов и способы защиты от неё

КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ – физико-химическое или химическое взаимодействие между металлом (сплавом) и средой, приводящее к ухудшению функциональных свойств металла (сплава), среды или включающей их технической системы.

Слово коррозия происходит от латинского «corrodo» – «грызу» (позднелатинское «corrosio» означает «разъедание»).

Коррозия вызывается химической реакцией металла с веществами окружающей среды, протекающей на границе металла и среды. Чаще всего это окисление металла , например, кислородом воздуха или кислотами, содержащимися в растворах, с которыми контактирует металл. Особенно подвержены этому металлы, расположенные в ряду напряжений (ряду активности) левее водорода, в том числе железо.

Химическая коррозия

0 +4 0 t +3 +6 -2

2 Fe+ 3 SO 2 + 3 O 2  Fe 2 (SO 4 ) 3

0 0 t +3 -1

2 Fe + 3 Cl 2  2 FeCl 3

0 0 t +2 -2

2 Zn + O 2  2 ZnO

Коррозия происходит в непроводящей ток среде.

Например, взаимодействие металла с сухими газами или жидкостями - неэлектролитами (бензином, керосином и т.д.)

Многие металлы (например, алюминий) при коррозии покрываются плотной, оксидной пленкой, которая не позволяет окислителям проникнуть в более глубокие слои и потому предохраняет металл от коррозии. При удалении этой пленки металл начинает взаимодействовать с влагой и кислородом воздуха.

Электрохимическая коррозия

Коррозия происходит в токопроводящей среде (в электролите) с возникновением внутри системы электрического тока.

Металлы не однородны и содержат различные примеси. При контакте их с электролитами одни участки поверхности выполняют роль- анодов, другие- катодов.

Рассмотрим разрушение железного образца в присутствии примеси олова.

1. В кислой среде:

На железе, как более активном металле, при соприкосновении с электролитом происходят процессы окисления (растворения) металла и перехода его катионов в электролит:

Fe 0 – 2 e = Fe 2+ ( анод)

На катоде (олово) происходит восстановление катионов водорода:

2 H + + 2e  H 2 0

Ржавчина не образуется, т.к. ионы железа ( Fe 2+ ) переходят в раствор

2. В щелочной или нейтральной среде:

Fe 0 – 2e  Fe 2+ (на аноде)

O 2 0 + 2H 2 O + 4e  4OH – (на катоде)

________________________________________________________

Fe 2+ + 2 OH -  Fe(OH) 2

4 Fe (OH) 2 + O 2 + 2H 2 O = 4 Fe (OH) 3 ( Ржавчина)

В результате коррозии железо ржавеет. Этот процесс очень сложен и включает несколько стадий. Его можно описать суммарным уравнением:

4Fe + 6H 2 O (влага) + 3O 2 (воздух) = 4Fe(OH) 3

Гидроксид железа(III) очень неустойчив, быстро теряет воду и превращается в оксид железа(III). Это соединение не защищает поверхность железа от дальнейшего окисления. В результате железный предмет может быть полностью разрушен.

• Катионы водорода и растворенный кислород- важнейшие окислители, вызывающие электрохимическую коррозию

• Скорость коррозии тем больше, чем сильнее отличаются металлы по своей активности

• Значительно усиливает коррозию повышение температуры

Зимой для удаления снега и льда с тротуаров используют техническую соль. Образующиеся растворы создают благоприятную среду для электрохимической коррозии подземных коммуникаций и деталей автомобилей.

Способы защиты от коррозии

1. Шлифование поверхностей изделия, чтобы на них не задерживалась влага. 2. Применение легированных сплавов, содержащих специальные добавки : хром, никель, которые при высокой температуре на поверхности металла образуют устойчивый оксидный слой(например Cr 2 O 3 ) .Общеизвестные легированные стали – «нержавейки», из которых изготовляют предметы домашнего обихода(ножи, вилки, ложки), детали машин, инструменты.

3.Нанесение защитных покрытий

• Неметаллически е – неокисляющиеся масла, специальные лаки, краски, эмали. Правда, они недолговечны, но зато дешевы.
• Химические – искусственно создаваемые поверхностные плёнки: оксидные, нитридные, силицидные, полимерные и др. Например, все стрелковое оружие и детали многих точных приборов подвергают воронению – это процесс получения тончайшей плёнки оксидов железа на поверхности стального изделия.

• Металлические – это покрытие другими металлами, на поверхности которых под действием окислителей образуются устойчивые защитные плёнки. Нанесение хрома- хромирование, никеля - никелирование, цинка - цинкование и т.д. Покрытием может служить и пассивный в химическом отношении металл – золото, серебро, медь.

4. Электрохимические методы защиты *Протекторная (анодная) – к защищаемой металлической конструкции присоединяют кусочек более активного металла (протектора), который служит анодом и разрушается в присутствии электролита. В качестве протектора при защите корпусов судов, трубопроводов, кабелей и др. стальных изделий используются магний, алюминий, цинк.

*Катодная – металлоконструкцию подсоединяют к катоду внешнего источника тока , что исключает возможность её анодного разрушения .

5. Специальная обработка электролита или другой среды, в которой находится защитная металлическая конструкция

• Введение веществ - ингибиторов, замедляющих коррозию. Примеры использования современных ингибиторов: соляная кислота при перевозке и хранении прекрасно «укрощается» производными бутиламина, а серная кислота –азотной кислотой; летучий диэтиламин впрыскивают в различные ёмкости. Ингибиторы действуют только на металл, делая его пассивным по отношению к среде. Науке известно более 5 тыс. ингибиторов коррозии.

• Удаление растворённого в воде кислорода (деаэрация). Этот процесс используют при подготовке воды, поступающей в котельные установки.

Спасибо за внимание!