- Види корозії металів
- Хімічна корозія металів
- Електрохімічна корозія металів
- Методи захисту від корозії металу
Матеріали з металів під хімічним або електрохімічним впливом навколишнього середовища піддаються руйнуванню, яке називається корозією. Корозія металів викликається окислювально-відновні реакціями , В результаті яких метали переходять в окислених форму і втрачають свої властивості, що призводить в непридатність металеві матеріали.
Можна виділити 3 ознаки, що характеризують корозію:
- Корозія - це з хімічної точки зору процес окислювально-відновний.
- Корозія - це мимовільний процес, що виникає унаслідок нестійкості термодинамічної системи метал - компоненти навколишнього середовища.
- Корозія - це процес, який розвивається в основному на поверхні металу. Однак, не виключено, що корозія може проникнути і вглиб металу.
Види корозії металів
Найбільш часто зустрічаються такі види корозії металів:
- Рівномірна - охоплює всю поверхню рівномірно
- нерівномірне
- виборча
- Місцева плямами - корродируют окремі ділянки поверхні
- Виразкова (або піттінг)
- точкова
- Межкристаллитная - поширюється уздовж кордонів кристала металу
- розтріскуються
- підповерхнева
Основні види корозії
З точки зору механізму корозійного процесу можна виділити два основних типи корозії: хімічну і електрохімічну.
Хімічна корозія металів
Хімічна корозія металів - це результат протікання таких хімічних реакцій, в яких після руйнування металевого зв'язку, атоми металу і атоми, що входять до складу окислювачів, утворюють хімічний зв'язок . Електричний струм між окремими ділянками поверхні металу в цьому випадку не виникає. Такий тип корозії притаманний середах, які не здатні проводити електричний струм - це гази, рідкі неелектролітів.
Хімічна корозія металів буває газової та рідинної.
Газова корозія металів - це результат дії агресивних газових або парових середовищ на метал при високих температурах, при відсутності конденсації вологи на поверхні металу. Це, наприклад, кисень, діоксид сірки, сірководень, пари води, галогени. Така корозія в одних випадках може привести до повного руйнування металу (якщо метал активний), а в інших випадках на його поверхні може утворитися захисна плівка (наприклад, алюміній, хром, цирконій).
Рідинна корозія металів - може протікати в таких неелектролітами, як нафта, мастила, гас і ін. Цей тип корозії при наявності навіть невеликої кількості вологи, може легко придбати електрохімічний характер.
При хімічній корозії швидкість руйнування металу пропорційна швидкості хімічної реакції і тієї швидкості з якою окислювач проникає крізь плівку оксиду металу, що покриває його поверхню. Оксидні плівки металів можуть проявляти або не проявляти захисні властивості, що визначається сплошностью.
Суцільність такої плівки оцінюють величиною фактора піллінгу-Бедвордса: (α = Vок / VМе) по відношенню обсягу утворився оксиду або іншого якого-небудь з'єднання до обсягу витраченого на освіту цього оксиду металу
α = Vок / VМе = Мок · ρМе / (n · AMe · ρок),
де Vок - обсяг утворився оксиду
VМе - обсяг металу, який витрачено на освіту оксиду
Мок - молярна маса утворився оксиду
ρМе - щільність металу
n - число атомів металу
AMe - атомна маса металу
ρок - щільність утворився оксиду
Оксидні плівки, у яких α <1, не є суцільними і крізь них кисень легко проникає до поверхні металу. Такі плівки не захищають метал від корозії. Вони утворюються при окисленні киснем лужних і лужно-земельних металів (виключаючи берилій).
Оксидні плівки, у яких 1 <α <2,5 є суцільними і здатні захистити метал від корозії.
При значеннях α> 2,5 умова суцільності вже не дотримується, внаслідок чого такі плівки не захищають метал від руйнування.
Нижче представлені значення α для деяких оксидів металів
металоксидαметалоксидαK
K2O 0,45 Zn ZnO 1,55 Na Na2O 0,55 Ag Ag2O 1,58 Li Li2O 0,59 Zr ZrO2 1.60 Ca CaO 0,63 Ni NiO 1,65 Sr SrO 0,66 Be BeO 1,67 Ba BaO 0,73 Cu Cu2O 1,67 Mg MgO 0,79 Cu CuO 1,74 Pb PbO 1,15 Ti Ti2O3 1,76 Cd CdO 1,21 Cr Cr2O3 2,07 Al Al2O2 1,28 Fe Fe2O3 2,14 Sn SnO2 1,33 W WO3 3,35 Ni NiO 1,52
Електрохімічна корозія металів
Електрохімічна корозія металів - це процес руйнування металів в середовищі різних електролітів , Який супроводжується виникненням всередині системи електричного струму.
При такому типі корозії атом видаляється з кристалічної решітки результаті двох сполучених процесів:
- Анодного - метал у вигляді іонів переходить в розчин.
- Катодного - утворилися при анодному процесі електрони, зв'язуються деполяризатором (речовина - окислювач).
Сам процес відведення електронів з катодних ділянок називається деполяризацією, а речовини сприяють відведенню - деполяризаторами.
Найбільшого поширення має корозія металів з водневою і кисневою деполяризацією.
Воднева деполяризація здійснюється на катоді при електрохімічної корозії в кислому середовищі
2H ++ 2e- = H2 розряд водневих іонів
2H3O ++ 2e- = H2 + 2H2O
Киснева деполяризація здійснюється на катоді при електрохімічної корозії в нейтральному середовищі
O2 + 4H ++ 4e- = H2O відновлення розчиненого кисню
O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-
Всі метали, за їхнім ставленням до електрохімічної корозії, можна розбити на 4 групи, які визначаються величинами їх стандартних електродних потенціалів :
- Активні метали (висока термодинамічна нестабільність) - це все метали, що знаходяться в інтервалі лужні метали - кадмій (Е0 = -0,4 В). Їх корозія можлива навіть в нейтральних водних середовищах, в яких відсутні кисень або інші окислювачі.
- Метали середньої активності (термодинамічна нестабільність) - розташовуються між кадмієм і воднем (Е0 = 0,0 В). У нейтральних середовищах, у відсутності кисню, що не піддаються корозії, але піддаються корозії в кислих середовищах.
- Малоактивні метали (проміжна термодинамічна стабільність) - знаходяться між воднем і родієм (Е0 = +0,8 В). Вони стійкі до корозії в нейтральних і кислих середовищах, в яких відсутній кисень або інші окислювачі.
- Благородні метали (висока термодинамічна стабільність) - золото, платина, іридій, паладій. Можуть піддаватися корозії лише в кислих середовищах при наявності в них сильних окислювачів.
Електрохімічна корозія може протікати в різних середовищах. Залежно від характеру середовища виділяють наступні види електрохімічної корозії:
- Корозія в розчинах електролітів - в розчинах кислот, основ, солей, в природній воді.
- Атмосферне корозія - в атмосферних умовах і в середовищі будь-якого вологого газу. Це найпоширеніший вид корозії.
Наприклад, при взаємодії заліза з компонентами навколишнього середовища, деякі його ділянки служать анодом, де відбувається окислення заліза, а інші - катодом, де відбувається відновлення кисню:
А: Fe - 2e- = Fe2 +
K: O2 + 4H + + 4e- = 2H2O
Катодом є та поверхню, де більше приплив кисню.
- Ґрунтова корозія - в залежності від складу грунтів, а також її аерації, корозія може протікати більш-менш інтенсивно. Кислі грунти найбільш агресивні, а піщані - найменш.
- Аераційна корозія - виникає при нерівномірному доступі повітря до різних частин матеріалу.
- Морська корозія - протікає в морській воді, в зв'язку з наявністю в ній розчинених солей, газів і органічних речовин.
- Біокоррозія - виникає в результаті життєдіяльності бактерій та інших організмів, які б виробляли такі гази як CO2, H2S і ін., Що сприяють корозії металу.
- Електрокорозію - відбувається під дією блукаючих струмів на підземні споруди, в результаті робіт електричних залізниць, трамвайних ліній і інших агрегатів.
Методи захисту від корозії металу
Основний спосіб захисту від корозії металу - це створення захисних покриттів - металевих, неметалевих або хімічних.
Металеві покриття.
Металеве покриття наноситься на метал, який потрібно захистити від корозії, шаром іншого металу, стійкого до корозії в тих же умовах. Якщо металеве покриття виготовлено з металу з більш негативним потенціалом (активніший), ніж захищається, то воно називається анодним покриттям. Якщо металеве покриття виготовлено з металу з більш позитивним потенціалом (менш активний), ніж захищається, то воно називається катодним покриттям.
Наприклад, при нанесенні шару цинку на залізо, при порушенні цілісності покриття, цинк виступає як анод і буде руйнуватися, а залізо захищене до тих пір, поки не витратиться весь цинк. Цинкове покриття є в даному випадку анодним.
Катодних покриттям для захисту заліза, може, наприклад, бути мідь або нікель. При порушенні цілісності такого покриття, руйнується захищається метал.
Неметалеві покриття.
Такі покриття можуть бути неорганічні (цементний розчин, склоподібна маса) і органічні (високомолекулярні сполуки, лаки, фарби, бітум).
Хімічні покриття.
В цьому випадку захищається метал піддають хімічній обробці з метою утворення на поверхні плівки його сполуки, стійкої до корозії. Сюди відносяться:
оксидування - отримання стійких оксидних плівок (Al2O3, ZnO та ін.);
фосфатирование - отримання захисної плівки фосфатів (Fe3 (PO4) 2, Mn3 (PO4) 2);
азотування - поверхню металу (сталі) насичують азотом;
воронение стали - поверхню металу взаємодіє з органічними речовинами;
цементація - отримання на поверхні металу його з'єднання з вуглецем.
Зміна складу технічного металу також сприяє підвищенню стійкості металу до корозії. В цьому випадку в метал вводять такі сполуки, які збільшують його корозійну стійкість.
Зміна складу корозійного середовища (введення інгібіторів корозії або видалення домішок з навколишнього середовища) теж є засобом захисту металу від корозії.
Електрохімічний захист грунтується на приєднання захищається споруди катода зовнішнього джерела постійного струму, в результаті чого воно стає катодом. Анодом служить металевий лом, який руйнуючись, захищає споруду від корозії.
Протекторна захист - один з видів електрохімічного захисту - полягає в наступному.
До захищається спорудження приєднують пластини більш активного металу, який називається протектором. Протектор - метал з більш негативним потенціалом - є анодом, а захищається споруда - катодом. З'єднання протектора і споруди, що захищається провідником струму, призводить до руйнування протектора.
