Коррозия металлов Кубанский государственный аграрный университет Кафедра неорганической и аналитической химии
План лекции: 1.Коррозия металлов. Виды коррозии. 2.Электрохимичекая коррозия. 3. Атмосферная коррозия 4. Почвенная коррозия 5. Факторы, влияющие на коррозию 6. Методы защиты от коррозии Литература: 1. Глинка Н.Л. Общая химия. М.,ВШ, 2006. 2. Иванов Е.С. Иванов С.С. Коррозия и защита металлов. М., Знание, 1978. 3. Коровин Н.В. Курс общей химии. М., ВШ, 2000. 4. Дамаскин Б.Б., Петрий О.А., Цирлина Г.А. Электрохимия. М., Химия, 2001.
Коррозия – это процесс самопроизвольного окисление металлов и сплавов в процессе химического или электро-химического взаимодействия их с окружающей средой. Среда, в которой происходит коррозия металла, называется коррозионной или агрессивной средой. Любой коррозионный процесс является многостадийным: Подвод агрессивной среды или отдельных её компонентов к поверхности металла. Взаимодействие среды с металлом. Полный или частичный отвод продуктов от поверхности металла. Условием возможности самопроизвольного протекания процесса является уменьшение энергии Гиббса системы: Δ G<0. (термодинамическая неустойчивость металлов в заданной среде).
Металлы высокой стабильности (благородные): Hg, Pd, Ir, Pt, Au Металлы промежуточной термодинамической стабильности (полублагородные): Bi, Sb, Re, Cu, Tc, Ag, Rh – устойчивы в кислых и нейтральных средах при отсутствии кислорода. Металлы термодинамически нестабильные: Cd, In, Tl, Co, Ni, Mo, Pb, W – устойчивы в нейтральных средах в отсутствии кислорода. Металлы повышенной нестабильности: Li, Rb, Cs, Ba, Sr, Ca, Na, Mg, Al, Ti, Zn, Mn, Cr, Fe – коррозируют даже в нейтральных водных средах.
По механизму процесса; 1. Химическая коррозия 1.1 Газовая 1.2 Жидкостная (в нефтепродуктах). 2. Электрохимическая коррозия Модель коррозионного микрогальванического элемента Me – n ē = Me +n O 2 + 2H 2 O + 4 ē = 4OH - ē
Общая или сплошная коррозия, коррозирует вся поверхность металла. Местная коррозия - коррозируют определённые участки металла Межкристаллитная коррозия – коррозия распространяется по границе металл-сплав (алюминий сплавляется хромоникелем).
Основная причина возникновения гальванокоррозии – тесный контакт металлов с различными потенциалами, находящихся в среде электролита. Металлы, находящиеся в тесном контакте (спай), образуют короткозамкнутый гальванический элемент. Окисляются металлы с меньшим значением электродного потенциала. Например, сплав алюминия с медью. По соотношению потенциалов алюминий является анодом, медь – катодом. Рассмотрим данную гальванопару в кислой среде: .
Техническое железо состоит из кристаллов железа и участков цементита. Кристаллы железа играют роль микроанодов, участки цементита – микрокатодов. Рассмотрим данную систему в окружающей среде: воздухе с содержащейся в нём влагой Вторичные процессы е е
Сложной разновидностью коррозии является коррозия труб, уложенных в почве. Наиболее важным фактором, влияющим на скорость коррозии в почве, являются: содержание влаги в почве, её pH, электропроводность почвы, воздухопроницаемость и электродный потенциал металла в контакте с почвой. 1 – стальная труба - анод; 2 – вкрапление шкала - катод; 3 – электролит – почвенный раствор. е Fe
Место входа блуждающих токов – катодная зона ; место выхода – анодная зона, в которой и происходит растворение металлического подземного сооружения (кабель, водопроводные трубы, газопровод и др. сооружения). выход труба вход электри-ческого тока блуждающие токи
Внутренние факторы: 1) состав сплава; 2) наличие защитных оксидных плёнок (у Al, С r, Zn, Sn, Ni, Ti и др.) 3) состояние поверхности металла (шероховатость). Внешние факторы: 1) состав коррозионной среды 2) влажность ( >70% резко ускоряется коррозия); 3) пыль, грязь; 4) контакт разнородных металлов (железный гвоздь вбит в алюминий и др) Ингибиторы - уменьшают скорость коррозии
Покрытия: металлические лакокрасочные; химические (оксидные плёнки, фосфаты, нитриды и др.). Электрозащита Катодная – на защищаемом объекте создают отрицательный потенциал (катод) за счёт токов катодной станции; Протекторная – анодные электроды имеющие более низкие потенциалы, чем защищаемый металл. Их подключают к объекту (кабелю, трубопроводу, в цистерне и т.д.).
1 – раствор; 2 – покрытие; 3 – основной металл ( Fe) ; 4 – пора (нарушенное покрытие). Схема коррозии никелированного железа в кислом растворе при нарушении катодного покрытия.
1 – источник постоянного тока; 2 – трубопровод; 3 – анод (старые рельсы и т.п.). Катодная станция 1 (источник постоянного тока) соединяется отри-цательным полюсом (катодом) с трубопроводом 2, а положитель-ным (анодом) со специально уложенным в земле металлическим электродом – анодом 3 (старые рельсы и т.д.). Постоянный ток проходит через анод – почву – трубопровод и возвращается по проводнику на катодную станцию: анод разрушается, а трубопровод сохраняется.
1 – протектор ( Mg, Al, Zn ); 3 – трубопровод ( Fe) Коррозии подвергается протектор.
Li K Na Mg Al Zn Cr Fe Cd Co Ni Sn Pb H 2 Cu Ag Hg Pt -3,04 -2,92 -2,71 -2,36 -1,66 -0,76 -0,74 -0,44 -0,40 -0,28 -0,25 -0,14 0,13 0 +0,34 +0,80 +0,85 +1,3 Li + K + Na + Mg 2+ Al 3+ Zn 2+ Cr 3+ Fe 2+ Cd 2+ Co 2+ Ni 2+ Sn 2+ Pb 2+ H 2 2+ Cu 2+ Ag + Hg 2+ Pt 2+
