Электрохимическая коррозия

Электрохимическая коррозия характерна для сред, имеющих ионную проводимость:

- в электролитах – водных растворах солей, кислот, щелочей, в морской воде;

- в атмосфере любого влажного газа;

- в почве.

Электрохимическая коррозия – это разрушение металлов в среде электролита, сопровождающееся возникновением в системе электрического тока.

При электрохимической коррозии процесс воздействия металла с окислителем состоит из анодного растворения металла и катодного восстановления окислителя:

анодный процесс: Me – n = Me ^{n +};

катодный процесс: а) в кислой среде (водородная деполяризация)

2H⁺ + 2 = H₂;

б) в нейтральной или слабощелочной среде (кислородная деполяризация)

2H₂O + O₂ + 4 = 4OH^–.

Например, атмосферное разрушение железа происходит за счет кислородной деполяризации. Ее характеризуют следующие химические уравнения:

анодный процесс: Fe^o – 2 = Fe²⁺

Fe²⁺ – = Fe³⁺;

катодный процесс: 2H₂O + O₂ + 4 = 4OH^–.

Суммарное уравнение: 2Fe^o + 2H₂O + O₂ = 2Fe(OH)₂;

4Fe(OH)₂ +2H₂O + O₂ = 4Fe(OH)₃.

Продуктом разрушения железа при атмосферной коррозии является бурая ржавчина FeOOH, продукт дегидротации гидроксида железа (III):

Fe(OH)₃ → FeOOH + H₂O.

Контактная коррозия имеет место тогда, когда соприкасаются металлы разной активности в присутствии электролита. Два металла одновременно разрушаться не могут, разрушается один из них, который является более активным. В этом случае, при написании электродных уравнений процесса электрохимической коррозии, пользуются рядом активности металлов (см. приложение, табл. 7).

В качестве примера рассмотрим процессы, происходящие при коррозии оцинкованного железа, т.е. железа, покрытого слоем цинка, в растворе соляной кислоты (рис. 9). Процессы, протекаемые в такой системе, подобны процессам, происходящим во внутренней цепи гальванического элемента. В этой паре (Zn/Fe) цинк, как более активный металл (E ^o = – 0,763 В), является анодом, железо (E ^o = – 0,440 В) – катодом.

Рис. 9. Схема механизма электрохимической контактной коррозии цинка
с водородной (рН < 7) и кислородной (рН ≥ 7) деполяризацией

На аноде протекает процесс растворения окисления цинка:

анодный процесс: Zn^o – 2 = Zn²⁺.

На катоде – процесс восстановления активных ионов среды (H⁺), так как процесс протекает в кислой среде:

катодный процесс: 2H⁺ + 2 = H₂ ().

Суммарное уравнение: Zn^o + 2H⁺ = Zn²⁺ + H₂;

Zn^o + 2HCl⁺ = ZnCl₂ + H₂.

Схема гальванического элемента:

(–)Zn^o/Zn²⁺|HCl|2H⁺/H₂[Fe](+).

Данный пример контактной коррозии железа в паре с цинком можно рассматривать как один из методов защиты металлов от коррозии, а именно металлическое покрытие, роль которого для железа выполнял цинк. В этих условиях цинк являлся анодом и при этом разрушался, железо – пассивным электродом – катодом, оказался защищенным от разрушения. Вид защиты – металлическое, анодное покрытие.

На скорость электрохимической коррозии оказывает влияние:

- чистота металла: чем металл чище, т.е. чем меньше в нем примесей, тем он в меньшей степени подвергается разрушению;

- сплавы металлов разрушаются быстрее, чем металл в отдельности;

- среда, в которой протекает коррозионное разрушение: в кислой среде (рН < 7) быстрее, за счет легких и высокоподвижных ионов водорода (Н⁺), несколько медленнее – в нейтральной среде (рН = 7), за счет кислорода, растворенного в воде (2H₂O + O₂), и практически с нулевой скоростью – в щелочной среде (pH > 7).

Чтобы предохранить металл от коррозии, применяют следующие основные способы защиты.

1. Защитные покрытия (металлические, неметаллические, химические: органические и неорганические).

2. Воздействие на среду с целью снижения ее коррозионной активности (подщелачивание кислой среды и деаэрация сред с высоким содержанием кислорода).

3. Изменение состава или структуры металлов, ведущее к повышению их коррозионной стойкости.

4. Электрохимические методы (протекторная, катодная, анодная и дренажная защиты).