Химическая и электрохимическая коррозия металлов. Меры защиты металлов и сплавов от коррозии

Коррозия – это разрушение металлов и сплавов под действием окружающей среды. Различают два вида коррозии – химическую и электрохимическую..

1. Химическая коррозия – это разрушение металла окислителями, находящимися в окружающей среде, в отсутствии электролита. Такая коррозия протекает без возникновения электрического тока в системе.

Химическая коррозия может быть газовой и жидкостной. Газовая коррозия возникает при воздействии на металл агрессивных газов – кислорода, галогенов, оксида серы (IV) и т.д. в условиях высоких температур.

Например: 4Fe + 3O₂ = 2Fe₂O₃ (t⁰C)

2Cu + O₂ = 2CuO (t⁰C)

2 Fe + 3Cl₂ = 2FeCl₃

Жидкостная коррозия протекает в среде жидких неэлектролитов: нефти, бензина, керосина и т.д.

Если образующийся на поверхности металла оксид ложится рыхлым слоем

(как у железа или меди), то коррозия продолжается до полного разрушения металла, так как кислород может диффундировать сквозь постепенно утолщающуюся оксидную пленку.

Однако некоторые металлы образуют на своей поверхности оксид в виде очень плотной пленки, предохраняющей металл от дальнейшей коррозии, т.е.

оксидная пленка пассивирует металл. Такие пленки всегда существует на поверхности алюминия, хрома, цинка, никеля и некоторых других металлов. В

этом случае коррозия быстро прекращается и не приносит большого вреда. Например, оксидная пленка алюминия образуется в результате реакции:

4Al + 3O₂ = 2Al₂O₃

2. Электрохимическая коррозия приносит гораздо больший вред. Это разрушение металла при контакте его с электролитами и возникновением в системе электрического тока.

В этом случае наряду с химическим процессом (отдача электролитов) протекает и электрический (процесс переноса электронов от одного участка к другому).

Если коррозия происходит в кислой среде, то металл окисляется катионами водорода.

Например: Fe + 2HCl = FeCl₂ + H₂↑

Fe⁰ – 2e → Fe²⁺

2H⁺+ 2e → H₂↑

Таким образом, продукт коррозии железа – бурая ржавчина содержит гидроксид железа (III).

Электрохимическая коррозия может быть усилена, если металл содержит примеси других веществ (металлов и даже неметаллов). Например, железо загрязнено примесями меди. При этом возникает гальванический микроэлемент, который действует следующим образом: железо как более активный металл отдает электроны атому меди (Fe⁰ – 2e → Fe²⁺). Эти электроны принимаются катионами водорода и выделяются в виде пузырьков (2H⁺+ 2e → H₂↑). Образовавшиеся катионы железа Fe²⁺ переходят в раствор электролита (в нашем случае – кислота) и соединяются с анионами кислотного остатка. Таким образом, направленный поток электронов все время движется от более активного металла к менее активному, а катионы более активного металла переходят в среду электролита, т.е. возникает электрический ток (направленное движение заряженных частиц), в результате чего более активный металл разрушается, а менее активный не изменяется, он служит лишь проводником электронов.

Для предохранения металлов от коррозии существуют различные способы:

1. Чтобы изолировать металл от окружающей среды, его покрывают защитными покрытиями. Это могут быть как металлические, так и неметаллические покрытия. К неметаллическим покрытиям относятся лаки, краски, смазки, эмали. К металлическим – покрытия более активным металлом (например, оцинкованное железо) или менее активным металлом (хромированные и никелированные стальные изделия). Во всех этих случаях покрытие имеет пассивирующую оксидную пленку. В случае нарушения менее активного покрытия, начинает постепенно корродировать защищаемый металл (например, железо) и тогда надо сразу же возобновлять покрытие.

2. Чтобы сделать металл более устойчивым к коррозии, промышленность выпускает сталь, содержащую до 12% хрома, который создает пассивирующую пленку на поверхности стали. Такая сталь называется нержавеющей. Существуют и другие сплавы с антикоррозионными свойствами.

3. Протекторная защита металла состоит в том, что к поверхности защищаемого металла (например, подводная часть судна) прикрепляют кусок более активного металла (например, цинка) и тогда разрушается протектор (Zn), а не защищаемый металл. По мере разрушения протектора, его заменяют новым.

4. Для замедления коррозии металлических изделий можно также изменить состав среды (электролита) путем введения специальных веществ (чаще всего органических), которые замедляют коррозию. Такие вещества называются ингибиторами. Их обычно используют, когда металл следует защитить от разъедания кислотами, например, при перевозке соляной кислоты в стальной таре.