Что значит коррозия металла

Коррозия металлов и способы защиты от нее

Коррозионная стойкость металла зависит от его природы, характера среды и температуры.

Различают химическую и электрохимическую коррозию.

При химической коррозии также возможны процессы:

Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂

2Fe + 3Cl₂ → 2FeCl₃

Как правило, такие процессы протекают в аппаратах химических производств.

В таких растворах на поверхности металла возникают процессы переноса электронов от металла к окислителю, которым является либо кислород, либо кислота, содержащаяся в растворе.

При этом электродами являются сам металл (например, железо) и содержащиеся в нем примеси (обычно менее активные металлы, например, олово).

В таком загрязнённом металле идёт перенос электронов от железа к олову, при этом железо (анод) растворяется, т.е. подвергается коррозии:

Fe –2e = Fe 2+

На поверхности олова (катод) идёт процесс восстановления водорода из воды или растворённого кислорода:

2H + + 2e → H₂

O₂ + 2H₂O + 4e → 4OH –

Анод: Fe –2e → Fe 2+

Катод: 2H + + 2e → H₂

Суммарная реакция: Fe + 2H + → H₂ + Fe 2+

Если реакция проходит в атмосферных условиях в воде, в ней участвует кислород и происходят процессы:

Анод: Fe –2e → Fe 2+

Катод: O₂ + 2H₂O + 4e → 4OH –

Суммарная реакция:

Fe 2+ + 2OH – → Fe(OH)₂

4Fe(OH)₂ + O₂+ 2H₂O → 4Fe(OH)₃

При этом образуется ржавчина.

Методы защиты от коррозии

Защитные покрытия

Защитные покрытия предотвращают контакт поверхности металла с окислителями.

Создание сплавов, стойких к коррозии

Физические свойства сплавов могут существенно отличаться от свойств чистых металлов. Добавление некоторых металлов может приводить к повышению коррозионной стойкости сплава. Например, нержавеющая сталь, новые сплавы с большой коррозионной устойчивостью.

Изменение состава среды

Коррозия замедляется при добавлении в среду, окружающую металлическую конструкцию, ингибиторов коррозии. Ингибиторы коррозии — это вещества, подавляющие процессы коррозии.

Электрохимические методы защиты

Протекторная защита: при присоединении к металлической конструкции пластинок из более активного металла – протектора. В результате идёт разрушение протектора, а металлическая конструкция при этом не разрушается.

Источник

Коррозия

Из Википедии — свободной энциклопедии

Корро́зия (от лат. corrosio — разъедание) [1] — самопроизвольное разрушение металлов и сплавов в результате химического, электрохимического или физико-химического взаимодействия с окружающей средой. Разрушение по физическим причинам не является коррозией, а характеризуется понятиями «эрозия», «истирание», «износ». Причиной коррозии служит термодинамическая неустойчивость конструкционных материалов к воздействию веществ, находящихся в контактирующей с ними среде.

Пример — кислородная коррозия железа в воде:

4 F e + 6 H 2 O + 3 O 2 → 4 F e ( O H ) 3 <\displaystyle <\rm <4Fe+6H_<2>O+3O_<2>\rightarrow 4Fe(OH)_<3>>>>

Гидроксид железа Fe(OH)₃ и является тем, что называют ржавчиной.

В повседневной жизни для сплавов железа (сталей) чаще используют термин «ржавление» — коррозия железа и его сплавов с образованием продуктов коррозии, состоящих из гидратированных остатков железа.

На неметаллические материалы определение коррозии не распространяется. Применительно к полимерам существует понятие «старение», аналогичное термину «коррозия» для металлов. Например, старение резины из-за взаимодействия с кислородом воздуха или разрушение некоторых пластиков под воздействием атмосферных осадков, а также биологическая коррозия.

Скорость коррозии, как и всякой химической реакции, очень сильно зависит от температуры. Повышение температуры на 100 градусов может увеличить скорость коррозии на несколько порядков.

Источник

Коррозия металла — что это: виды и способы борьбы

«Коррозия» — термин, который известен нам как процесс самопроизвольного разрушения металла.

Ежегодно миллионы тонн металла под воздействием физико-химических и химических реакций, возникающих во время взаимодействия с окружающей средой, «съедаются» коррозией. Развитие саморазрушения может быть как частичным (местная коррозия), так и полным (сплошная коррозия), а все зависит от длительности и интенсивности разрушающего процесса. По типу коррозия подразделяется на химическую и электрохимическую.

Химическая коррозия обусловлена взаимодействием поверхности металлических материалов с коррозионно-активной средой. Данный процесс разрушения металла протекает в жидкостях и газах, которые, в свою очередь, не в состоянии проводить электрический ток. Из этого следует, что химическое саморазрушение подразделяется на газовую коррозию, где разрушение происходит именно под воздействием газов при высоких температурах, и коррозию в жидких неэлектролитах, которые бывают органического (нефть, бензин, керосин, различные спирты и т. п.) и неорганического происхождения (расплавленная сера, жидкий бром и т. п.).

Электрохимическая коррозия подразумевает собой разрушение металла при непосредственном контакте с электролитически проводящей окружающей средой. Для такого вида коррозии всегда требуется наличие электролита, с которым соприкасаются электроды. Также это могут быть два разных металла с разными окислительно-восстановительными свойствами, соприкасающиеся друг с другом и образующие гальваническую пару.

Гальваническая пара это не что иное, как пара проводников, соединенных вместе с целью обеспечения электрического контакта, возможно, изготовленных из разных металлов. Каждый металл имеет свой электродный потенциал. При воздействии электролита один возьмет на себя роль катода, а второй роль анода, и между ними будет происходить коррозионный процесс, по итогам которого катод будет разрушать анод. В качестве электролита вполне сойдет влага из воздуха для приведения в действие электродного потенциала гальванической пары, при этом пары уязвимы в разной степени: одни больше, а другие меньше.

Гальваническая пара

В химии есть определенный порядок металлов, где они выставлены в последовательности, характеризующей их электродный потенциал в растворах электролитов, и называется она — электрохимический ряд напряжений металлов. Эта гальваническая шкала (Схема 1) может наглядно помочь разобраться, почему следует использовать крепеж из однородного материала.

Схема 1. Гальваническая шкала

Итак, исходя из этой шкалы, мы получаем следующее: когда два металла находятся в непосредственном контакте, то тот, что левее, будет корродировать, а тот что правее, будет более инертно защищенным. Необходимо достигать минимальной разности потенциалов между двумя изделиями:

Также темп коррозии будет находиться в зависимости от площади поверхности открытых металлов. При условиях, если деталь более инертна, чем крепеж, крепеж будет коррозировать более ускоренными темпами. Например, использование оцинкованной метизной продукции для соединения нержавеющих сталей приведет к ускоренному образованию коррозии на метизах и ухудшению их механических свойств.

Гальваническая пара

Защита от электрохимической коррозии; какой металл будет катодом, а какой анодом в гальванической паре; допустимые, недопустимые и ограниченно допустимые контакты металлов — регламентируются ГОСТ 9-005-72 «Электрохимическая коррозия, допустимость контактов металлов».

В Таблице 1 представлены справочные данные некоторых металлов для определения совместимости.

Таблица 1. Справочные данные некоторых металлов для определения совместимости

В данной таблице можно увидеть, что использование нержавеющей стали и металлических изделий с нанесением цинкового покрытия недопустимо и приведет к образованию коррозии, что уменьшит срок службы изделий.

В случае, если нет возможности исключить образование недопустимой гальванической пары, стоит выполнить дополнительные действия по уменьшению контактной коррозии с помощью следующих способов:

Данные процедуры стоит проводить, отталкиваясь от технических требований к изделию, от сроков и условий их эксплуатации и от экономической составляющей.

Пренебрежение требованиями к методам защиты от контактной коррозии может привести к поломке, потере работоспособности или разрушению изделий. Не исключено, что это приведет к дополнительным материальным затратам, нанесению морального или физического ущерба.

Источник: ООО «КМ-профиль», опубликовано в журнале «Электротехнический рынок» № 2 (98) 2021

Источник

Коррозия металлов. Виды коррозии металлов

Определение коррозии

Материалы из металлов под химическим или электрохимическим воздействием окружающей среды подвергаются разрушению, которое называется коррозией.

Коррозия металлов вызывается окислительно-восстановительными реакциями, в результате которых металлы переходят в окисленную форму и теряют свои свойства, что приводит в негодность металлические материалы.

Можно выделить 3 признака, характеризующих коррозию:

Виды коррозии металлов

Наиболее часто встречаются следующие виды коррозии металлов:

С точки зрения механизма коррозионного процесса можно выделить два основных типа коррозии: химическую и электрохимическую.

Химическая коррозия металлов

Химическая коррозия металлов — это результат протекания таких химических реакций, в которых после разрушения металлической связи, атомы металла и атомы, входящие в состав окислителей, образуют химическую связь.

Электрический ток между отдельными участками поверхности металла в этом случае не возникает. Такой тип коррозии присущ средам, которые не способны проводить электрический ток – это газы, жидкие неэлектролиты.

Виды химической коррозии

Химическая коррозия металлов бывает газовой и жидкостной.

Газовая коррозия металлов – это результат действия агрессивных газовых или паровых сред на металл при высоких температурах, при отсутствии конденсации влаги на поверхности металла. Это, например, кислород, диоксид серы, сероводород, пары воды, галогены. Такая коррозия в одних случаях может привести к полному разрушению металла (если металл активный), а в других случаях на его поверхности может образоваться защитная пленка (например, алюминий, хром, цирконий).

Жидкостная коррозия металлов– может протекать в таких неэлектролитах, как нефть, смазочные масла, керосин и др. Этот тип коррозии при наличии даже небольшого количества влаги, может легко приобрести электрохимический характер.

При химической коррозии скорость разрушения металла пропорциональна скорости химической реакции и той скорости с которой окислитель проникает сквозь пленку оксида металла, покрывающую его поверхность. Оксидные пленки металлов могут проявлять или не проявлять защитные свойства, что определяется сплошностью.

Фактор Пиллинга-Бэдворса

Сплошность такой пленки оценивают величине фактора Пиллинга—Бэдвордса: (α = V_ок/V_Ме) по отношению объема образовавшегося оксида или другого какого-либо соединения к объему израсходованного на образование этого оксида металла

где V_ок — объем образовавшегося оксида

V_Ме — объем металла, израсходованный на образование оксида

М_ок – молярная масса образовавшегося оксида

ρ_Ме – плотность металла

n – число атомов металла

A_Me — атомная масса металла

ρ_ок — плотность образовавшегося оксида

Оксидные пленки, у которых α 2,5 условие сплошности уже не соблюдается, вследствие чего такие пленки не защищают металл от разрушения.

Ниже представлены значения сплошности α для некоторых оксидов металлов

Электрохимическая коррозия металлов

Электрохимическая коррозия металлов – это процесс разрушения металлов в среде различных электролитов, который сопровождается возникновением внутри системы электрического тока.

При таком типе коррозии атом удаляется из кристаллической решетки результате двух сопряженных процессов:

Сам процесс отвода электронов с катодных участков называется деполяризацией, а вещества способствующие отводу – деполяризаторами.

Наибольшее распространение имеет коррозия металлов с водородной и кислородной деполяризацией.

Водородная деполяризация

Водородная деполяризация осуществляется на катоде при электрохимической коррозии в кислой среде:

2H + +2e — = H₂ разряд водородных ионов

Кислородная деполяризация

Кислородная деполяризация осуществляется на катоде при электрохимической коррозии в нейтральной среде:

O₂ + 4H + +4e — = H₂O восстановление растворенного кислорода

Все металлы, по их отношению к электрохимической коррозии, можно разбить на 4 группы, которые определяются величинами их стандартных электродных потенциалов:

Виды электрохимической коррозии

Электрохимическая коррозия может протекать в различных средах. В зависимости от характера среды выделяют следующие виды электрохимической коррозии:

Например, при взаимодействии железа с компонентами окружающей среды, некоторые его участки служат анодом, где происходит окисление железа, а другие – катодом, где происходит восстановление кислорода:

А: Fe – 2e — = Fe 2+

K: O₂ + 4H + + 4e — = 2H₂O

Катодом является та поверхность, где больше приток кислорода.

Методы защиты от коррозии металла

Основной способ защиты от коррозии металла – это создание защитных покрытий – металлических, неметаллических или химических.

Металлические покрытия

Например, при нанесении слоя цинка на железо, при нарушении целостности покрытия, цинк выступает в качестве анода и будет разрушаться, а железо защищено до тех пор, пока не израсходуется весь цинк. Цинковое покрытие является в данном случае анодным.

Катодным покрытием для защиты железа, может, например, быть медь или никель. При нарушении целостности такого покрытия, разрушается защищаемый металл.

Неметаллические покрытия

Такие покрытия могут быть неорганические (цементный раствор, стекловидная масса) и органические (высокомолекулярные соединения, лаки, краски, битум).

Химические покрытия

В этом случае защищаемый металл подвергают химической обработке с целью образования на поверхности пленки его соединения, устойчивой к коррозии. Сюда относятся:

оксидирование – получение устойчивых оксидных пленок (Al₂O₃, ZnO и др.);

азотирование – поверхность металла (стали) насыщают азотом;

воронение стали – поверхность металла взаимодействует с органическими веществами;

цементация – получение на поверхности металла его соединения с углеродом.

Изменение состава технического металла и коррозионной среды

Изменение состава технического металла также способствует повышению стойкости металла к коррозии. В этом случае в металл вводят такие соединения, которые увеличивают его коррозионную стойкость.

Изменение состава коррозионной среды (введение ингибиторов коррозии или удаление примесей из окружающей среды) тоже является средством защиты металла от коррозии.

Электрохимическая защита

Электрохимическая защита основывается на присоединении защищаемого сооружения катоду внешнего источника постоянного тока, в результате чего оно становится катодом. Анодом служит металлический лом, который разрушаясь, защищает сооружение от коррозии.

Протекторная защита – один из видов электрохимической защиты – заключается в следующем.

К защищаемому сооружению присоединяют пластины более активного металла, который называется протектором. Протектор – металл с более отрицательным потенциалом – является анодом, а защищаемое сооружение – катодом. Соединение протектора и защищаемого сооружения проводником тока, приводит к разрушению протектора.

Примеры задач с решениями на определение защитных свойств оксидных пленок, определение коррозионной стойкости металлов, а также уравнения реакций, протекающих при электрохимической коррозии металлов приведены в разделе Задачи к разделу Коррозия металлов

Источник