Коррозия металлов - это процесс образование гальванических пар. Образование таких паров приводит к неблагоприятному процессу, жертвой которого становится целый ряд металлов — коррозии.

Под коррозией понимают происходящее на поверхности электрохимическое или химическое разрушение металлического материала. Наиболее часто при коррозии металл окисляется с образованием ионов металла, которые при дальнейших превращениях дают различные продукты коррозии. Коррозия может быть вызвана как химическим, так и электрохимическим процессом.

← ^ Это ржавчина, самый распространенный вид коррозии

← Один из видов коррозии

Виды коррозии.

Химическая коррозия.

Химическая коррозия — взаимодействие поверхности металла с коррозионно-активной средой, не сопровождающееся возникновением электрохимических процессов на границе фаз. В этом случае взаимодействия окисление металла и восстановление окислительного компонента коррозионной среды протекают в одном акте. Например, образование окалины при взаимодействии материалов на основе железа при высокой температуре с кислородом.

При электрохимической коррозии ионизация атомов металла и восстановление окислительного компонента коррозионной среды протекают не в одном акте и их скорости зависят от электродного потенциала металла (например, ржавление стали в морской воде).

Электрохимическая коррозия.

Электрохимическая коррозия- это разрушение металла под воздействием возникающих в коррозионной среде гальванических элементов называют электрохимической коррозией. При электрохимической коррозии (наиболее частая форма коррозии) всегда требуется наличие электролита (Конденсат, дождевая вода и т. д.) как, например, при ржавлении железа во влажной атмосфере.

Электроды образуют либо различные элементы структуры материала, либо два различных соприкасающихся материала. Если в воде растворены ионы солей, электропроводность ее повышается, и скорость процесса увеличивается.

При соприкосновении двух металлов с различными окислительно-восстановительными потенциалами и погружении их в раствор электролита, образуется гальванический элемент, так называемый, коррозионный элемент. Он представляет собой ни что иное, как замкнутую гальваническую ячейку. В ней происходит медленное растворение металлического материала с отрицательным окислительно-восстановительным потенциалом. Этот вид коррозии особо присущ металлам с высокими отрицательными потенциалами.

Особо подвержены риску места соприкосновения металлов с различными потенциалами, например сварочные швы или заклепки.

← ^ Это коррозионный элемент

Борьба с коррозией.

Также с коррозией можно бороться. Решение проблемы, избавление от коррозии является важной задачей, т. к коррозия ежегодно приводит к миллиардным убыткам. Основной ущерб, причиняемый коррозией, заключается не в потере металла как такового, а в огромной стоимости изделий, разрушаемых коррозией.

Способы избавления о коррозии:

Идеальная защита от коррозии на 80 % обеспечивается правильной подготовкой поверхности, и только на 20 % качеством используемых лакокрасочных материалов и способом их нанесения. Наиболее производительным и эффективным методом подготовки поверхности перед дальнейшей защитой субстрата является абразивоструйная очистка.

Обычно выделяют три направления методов защиты от коррозии:

Конструкционный

Активный

Пассивный

Для предотвращения коррозии в качестве конструкционных материалов применяют нержавеющие стали, кортеновские стали, цветные металлы.

В качестве защиты от коррозии может применяться нанесение какого-либо покрытия, которое препятствует образованию коррозионного элемента (пассивный метод).

Другая возможность защитить металл от коррозии — применение защитного электрода с большим отрицательным потенциалом, например, из цинка или магния. Для этого специально создается коррозионный элемент. Защищаемый металл выступает в роли катода, и этот вид защиты называют катодной защитой.

Система холодного цинкования предназначена для усиления антикоррозионных свойств комплексного многослойного покрытия. Система обеспечивает полную катодную (или гальваническую) защиту железных поверхностей от коррозии в различных агрессивных средах.

Для борьбы с коррозией используют также методы газотермического напыления.С помощью газотермического напыления на поверхности металла создается слой из другого металла/сплава, обладающий более высокой стойкостью к коррозии (изолирующий) или наоборот менее стойкий (протекторный). Такой слой позволяет остановить коррозию защищаемого металла.

Цинкование.

Цинкование — это то нанесение цинка или его сплава на металлическое изделие для придания его поверхности определённых физико-химических свойств, в первую очередь высокого сопротивления коррозии. Цинкование — наиболее распространённый и экономичный процесс металлизации, применяемый для защиты железа и его сплавов от атмосферной коррозии (коррозия). На эти цели расходуется примерно 40 % мировой добычи цинка. Толщина покрытия должна быть тем больше, чем агрессивнее окружающая среда и чем длительнее предполагаемый срок эксплуатации. Электролитическое цинкование ведётся в основном из кислых и щёлочно-цианистых электролитов; специальные добавки позволяют получать блестящие покрытия. Диффузионное цинкование, осуществляемое из паровой или газовой фазы при высоких температурах (375—850 °C), применяется для покрытия труб и др. конструкций. Толщина диффузионного слоя зависит от температуры и времени цинкования и может составлять 0,1—1,5 мм.

www.ronl.ru

Реферат - Коррозия металлов - Разное

Коррозия металлов

Цель работы - ознакомление с химической и электрохимической коррозией металлов. Теоретическая часть

Коррозией металлов называется самопроизвольное разрушение металлов, происходящее в результате химического или электрохимического воздействия внешней среды.

По механизму процесса различают коррозию химическую и электрохимическую.

Химическая коррозия не сопровождается возникновением электрического тока и происходит при взаимодействии с металлами сухих газов и жидкостей, не являющихся электролитами.

Практически химическая коррозия проявляется чаще всего как газовая коррозия металлов при высоких температурах. При этом металл химически взаимодействует с газами O2; h3O; CO2;SO2;h3S и др. На поверхности металла образуется пленка продуктов коррозии, которая чаще всего представляет собой оксиды металлов. Если пленка препятствует проникновению коррозионной среды к поверхности металла, её называют защитной. Начальная стадия образования защитной пленки - чисто химический процесс. Дальнейшее течение процесса будет определяться скоростью диффузии атомов кислорода снаружи и ионов металла изнутри через защитную пленку.

При нагревании металлов (железа, меди) на воздухе тонкие, невидимые пленки оксидов начинают расти, и при толщине 400-500 Å становятся видимыми благодаря интерференции в них световых лучей. Вследствие этого возникают так называемые цвета побежалости: желтый, оранжевый, красный, фиолетовый, синий. Цвет пленки определяется её толщиной, а толщина зависит от температуры нагрева и от времени выдержки при данной температуре.

При дальнейшем нагреве железо и обычная углеродистая сталь быстро покрываются продуктами газовой коррозии, так называемой окалиной. Окалина имеет сложное строение. Толщина слоев различных оксидов в окалине зависит от условий коррозии: температуры, продолжительности нагревания и состава коррозионной среды. При температурах, превышающих 575 С, окалина состоит из слоев оксидов: FeO, Fe3O4, Fe2O3 (с промежуточными слоями из твердых растворов, соприкасающихся оксидов). К поверхности железа ближе других примыкает слой монооксида железа FeO, или вюстита. Вюстит имеет решетку с избытком анионов (ионов кислорода) и недостатком катионов (ионов железа). Наличие незанятых катионных узлов облегчает диффузию. Последующие слои представляют собой магнетит Fe3O4 и гематит Fe2O3. Поскольку окалина состоит главным образом из вюстита, она не обладает защитными свойствами.

При нагревании железа в атмосфере водяного пара протекает процесс окисления железа, водород при этом выделяется в свободном состоянии.

На поверхности меди при нагревании её на воздухе также образуется пленка продуктов коррозии, состоящая из различных оксидов. К поверхности металла примыкает слой полуокиси меди Cu2O, имеющий, подобно вюститу, решетку с недостатком катионов. Наружным слоем является слой монооксида меди CuO.

Наиболее распространена электрохимическая коррозия. Она протекает в электролитах и во влажных газах и представляет собой окислительно-восстановительные процессы на границе металл-электролит аналогично процессам, происходящим в гальваническом элементе.

По условиям протекания различают следующие виды электрохимической корро

зии:

1) коррозию в электролитах;

2) атмосферную коррозию;

3) электрокоррозию;

4) коррозию под напряжением и др.

Чаще всего встречается атмосферная коррозия. На поверхности технических металлов и сплавов в атмосферных условиях всегда есть тонная пленка влаги, адсорбированной из воздуха. Эта пленка в результате растворения в ней газов, содержащихся в воздухе (главным образом углекислого газа), становится электропроводной. Это обусловливает работу микрогальванических элементов на поверхности металла, где роль анодов играют структурные составляющие металла, обладающие более отрицательным электродным потенциалом (например, участки феррита), а роль катодов - структурные составляющие или примеси, электродный потенциал которых более электроположителен (например, цементит Fe3C). Коррозионные элементы могут возникнуть при контакте двух различных, а также в результате любой микронеоднородности металлической поверхности: ликвация твердого раствора, различная ориентация отдельных зерен металла, наличие включений, границ зерен и другие факторы. Если на поверхности металла существует электропроводная пленка оксидов, сплошность которой нарушена, т.е. имеются оголенные участки металлической поверхности или поры в пленке, это также может являться причиной возникновения коррозионного элемента; при коррозии пленка будет представлять собой катод, металл-анод.

При электрохимической коррозии разрушению подвергаются лишь анодные участки поверхности. Здесь происходит переход ионов металла в электролит.

При коррозии железа на аноде протекает следующий процесс:

На катодных участках поверхности в нейтральных и щелочных средах осуществляется процесс ионизации кислорода, растворенного в электролите или в тонкой пленке влаги.

В подавляющем большинстве коррозионных процессов происходит именно эта реакция. В кислых средах на катоде разряжаются ионы водорода

Обе приведенные катодные реакции могут протекать совместно в зависимости от характера коррозионной среды и потенциалов электродов. Продукты электродных процессов в толще электролита или на поверхности металла в пленке влаги обычно взаимодействуют с образованием гидроксида железа (II) который в присутствии влаги и кислорода окисляется в гидроксид железа (III)

Состав продуктов коррозии стали (ржавчины) является неопределенным и может быть выражен общей формулой

При работе коррозионного элемента сила тока с течением времени уменьшается в результате изменения потенциалов электродов. Это явление называется поляризацией. Анодная поляризация - это смещение потенциала анода в положительную сторону в результате изменения концентрации ионов и, главным образом, вследствие образования на аноде оксидных пленок (явление пассивности). Катодная поляризация - это смещение потенциала катода в отрицательную сторону в результате затруднений в протекании катодной реакции (перенапряжение) и изменение концентрации кислорода у катода. Исследование процессов поляризации требует применения специальной аппарату ры.

Состав коррозионной среды оказывает больное влияние на скорость коррозии. Коррозия протекает тем более интенсивно, чем выше в растворе концентрация ионов водорода. Иную роль при коррозии железа играют ионы гидроксида. Эти ноны образуют с ионами железа труднорастворимые в щелочных средах гидроксиды. По этой причине железо в щелочных средах не корродирует.

Коррозия металлов может быть вызвана неравномерной концентрацией кислорода в растворе. Участки металлической поверхности, к которым доступ кислорода затруднен, являются анодными и подвергаются разрушению, в то время как участки поверхности, к которым доступ кислорода облегчен, играют роль катодов. Здесь легко протекает процесс ионизации находящегося в растворе кислорода.

Электрохимическая коррозия может быть значительно ускорена в присутствии небольшого количества веществ, называемых в соответствии с характером их действия ускорителями или стимуляторами.

Активными стимуляторами коррозии являются ионы галогенов. На поверхности металла в атмосферных условиях имеется оксидная пленка, которая может обладать защитным характером. Ионы галогена, адсорбируются на пленке и вытесняют кислород, как бы образуя хлорид, который переходит в раствор. В пленке возникают поры, облегчающие коррозию.

^ Практическая часть

Электрохимическая коррозия

Опыт №1. Коррозия металлов при высоких температурах.

Цель работы: ознакомиться с коррозией металлов при высоких температурах.

^ Ход работы: С помощью наждачной бумаги хорошо очистить поверхность стальной пластинки. Взять тигельными щипцами стальную пластинку за один конец и нагрейте её с другого конца в бесцветном пламени горелки. При нагревании пластинку держать неподвижно относительно пламени горелки. Аналогичный опыт проделать с медной пластинкой.

Наблюдения: Сначала наблюдаем появление цветов побежалости. При более длительном нагревании поверхность пластинки принимает серый цвет окалины.

При проведении данного опыта с медной пластинкой наблюдаем, как цвета побежалости принимают чёрный цвет вследствие образования толстых слоёв непрозрачных оксидов меди.

Вывод: При высоких температурах процесс коррозии усиливается. Железная окалина имеет серый цвет, медная – чёрный.

Опыт №З. Коррозия при контакте двух различных металлов.

Цель работы: ознакомиться с коррозией при контакте двух различных металлов.

Ход работы: В трубку, согнутую под углом, налит разбавленный раствор серной кислоты.

В одно колено трубки вставляется полоса цинка. В другое колено вставляем медную проволоку, не соприкасая её с цинком.

Наблюдения: Выделение водорода на меди не наблюдается. Приводим металлы в соприкосновение. Наблюдаем выделение водорода на меди при контакте металлов. Наблюдаем выделение водорода.

(Zn) A: Zn – 2e Zn

(Cu) K: 2H + 2e h3

^ Вывод: При контакте металлов выделяется водород.

Опыт №4. Образование микро коррозийных элементов.

Цель работы: ознакомиться с образованием микро коррозионных элементов.

^ Ход работы: К кусочку гранулированного цинка прилили несколько миллилитров разбавленной серной кислоты, прилили в пробирку несколько капель раствора сульфата меди

Наблюдения: Сначала началось медленное выделение водорода. После того, как прилили в пробирку несколько капель раствора сульфата меди, увеличилась скорость выделения водорода. Медный купорос (СuSO4) изменяет цвет с глубоко синего на голубой. Zn из белого покрывается плёнкой (Cu).

(Zn) А: Zn – 2e Zn

(Cu) K: 2H +2e h3

Вывод: При взаимодействии цинка с серной кислотой и сульфатом меди, цинк покрывается плёнкой из меди.

^ Опыт №5. Ионы Cl как активные стимуляторы коррозии. Цель работы: ознакомиться с влиянием ионов Cl на процесс коррозии. ^ Ход работы: В две пробирки поместить небольшое количество алюминиевых стружек и прилить к ним раствор сульфата меди, слегка подкисленный серной кислотой. В одну пробирку добавить несколько капель раствора NaCl.

Наблюдения: В первый момент ничего не наблюдается. После добавления NaCl начинается реакция. Наблюдается выделение пузырьков. Выделяется медь. В пробирке с NaCl процесс ускорился при выделении меди.

(Al) A: Al - 3e Al

(Cu) K: 2H + 2e h3

Вывод: Ионы Cl являются активными стимуляторами коррозии. При добавлении NaCl процесс коррозии усиливается, реакция идёт быстрее.

^ Опыт №6. Коррозия железа в различных электролитах Цель работы: ознакомиться с коррозией железа в различных электролитах.

Ход работы: Наливаем в пять пробирок до 1/4 объема:

дистиллированной воды

10% раствора хлорида натрия

10% раствора хлорида магния

10% раствора едкого натра

хлорной воды

В каждую пробирку погружаем одновременно по железному гвоздю или по куску железной проволоки приблизительно одинаковой длины. Добавляем растворы красной или желтой кровяной соли.

Наблюдения: Растворы во всех пробирках сначала прозрачные, бесцветные.

Раствор остаётся прозрачным, бесцветным. Практически ничего не наблюдается, т.к. коррозия незначительная.

Окрашивание раствора. Интенсивная коррозия.

Окрашивание раствора. Интенсивность коррозии повышается.

Коррозии нет, т.к. NaOH является ингибитором коррозии.

Наиболее сильное окрашивание раствора. Наибольшая интенсивность коррозии, т.к. Cl-окислитель.

Вывод: NaOH является ингибитором коррозии; Cl является окислителем.

Опыт №7. Роль кислорода воздуха в процессе атмосферной коррозии железа.

Цель работы: ознакомиться с ролью кислорода воздуха в процессе коррозии железа.

^ Ход работы: Собрали прибор по рис. 3. В колбу, смоченную раствором поваренной соли, поместили железные стружки, предварительно промытые и обезжиренные. Закрыли колбу пробкой с газоотводной трубкой. Конец трубки поместили в стакан с подкрашенной водой.

Наблюдения: По истечении некоторого времени подкрашенная вода в стакане начинает подниматься. Процесс протекает медленно.

Fe + O2 +h3O Fe + OH

^ Вывод: Кислород воздуха влияет на атмосферную коррозию железа, т.к. подкрашенная вода поднимается.

Опыт №8. Коррозия стали в результате неравномерной аэрации.

Цель работы: ознакомиться с коррозией стали в результате неравномерной аэрации.

^ Ход работы: На поверхность стальной пластинки наносим каплю ферроксил-индикатора, имеющего в 1л:

а) хлорида натрия 15 г;

б) агар-агара 2 г;

в) красной кровяной соли 10 г;

г) спиртового раствора фенолфталеина 1 мл.

Наблюдения: При нанесении капли ферроксил-индикатора на поверхность стальной пластинки она имеет синий цвет. По истечении некоторого времени цвет капли изменяется на розовый. Особо интенсивное окрашивание наблюдается по краю капли.

Fe + O2 +h3O Fe + OH

A: Fe – 2e Fe

K: 2H + 2e H

Вывод: Цвет капли ферроксил-индикатора изменяется на розовый, происходит коррозия стали в результате неравномерной аэрации.

Общий вывод: При высоких температурах процесс коррозии усиливается. Железная окалина имеет серый цвет, медная – чёрный. При контакте металлов выделяется водород. При взаимодействии цинка с серной кислотой и сульфатом меди, цинк покрывается плёнкой из меди. Ионы Cl являются активными стимуляторами коррозии. При добавлении NaCl процесс коррозии усиливается, реакция идёт быстрее. NaOH является ингибитором коррозии; Cl является окислителем. Кислород воздуха влияет на атмосферную коррозию железа, т.к. подкрашенная вода поднимается. Цвет капли ферроксил-индикатора изменяется на розовый, происходит коррозия стали в результате неравномерной аэрации.

Контрольные вопросы.

Почему цинк, содержащий значительное количество примесей, растворяется в кислоте быстрее, чем цинк чистый? На поверхности металла образуется плёнка продуктов коррозии. Если плёнка препятствует проникновению коррозионной среды к поверхности металла, она является защитной. На цинке, сод. примеси образуется незащитная плёнка; на чистом цинке образуется защитная плёнка, препятствующая коррозии.

Какие факторы влияют на скорость коррозионных процессов?

Активными стимуляторами коррозии являются ионы галогенов Cl ,Br ,J . На поверхности металла в атмосферных условиях имеется оксидная пленка, которая может обладать защитным характером. Ионы галогена, например ионы Cl , адсорбируются на пленке и вытесняют кислород, как бы образуя хлорид, который переходит в раствор. В пленке возникают поры, облегчающие коррозию.

^ Защита металлов от коррозии

Теоретическая часть

Цель работы – ознакомление с основными способами защиты металлов от коррозии.

^ Разнообразные способы защиты металлов и сплавов от коррозии можно разделить на три основных вида; нанесение покрытий, обработка среды и электрохимическая защита. Наиболее распространенный метод - применение защитных покрытий, которые делятся на металлические, неорганические и органические. Все защитные покрытия, прежде всего, изолируют поверхность металла от агрессивной коррозионной среды; такая защита называется механической. Кроме того, металлические покрытия по характеру защиты могут быть анодными или катодными. Анодными называются такие покрытия, металл которых имеет более отрицательный электродный потенциал, чем основной металл (например, слой цинка на железе). В случае повреждения анодного покрытия в растворе электролита или в тонкой пленке влаги возникает коррозионный элемент, в котором анодом является металл покрытия, т.е. цинк. Цинк подвергается растворению, а на основном металле протекает катодный процесс. Таким образом, анодное покрытие защищает металл от коррозии не только механически, но и электрохимически (рис. 1).

Катодными называются такие покрытия, у которых электродный потенциал металла покрытия имеет более положительное значение, чей электродный потенциал основного металла (например, слой олова на железе). При работе коррозионного элемента, составленного из таких металлов, разрушению будет подвергаться основной металл. Следовательно, катодное покрытие защищает металл от коррозии только механически (рис. 2)

При защите неорганическими покрытиями на поверхности металла получается слой стойкого химического соединения.

При оксидировании стальных деталей на их поверхности образуется оксидная пленка черного цвета, состоящая преимущественно из магнетита Fe3O4.

Среди различных способов оксидирования сталей наибольшее распространение имеет щелочной метод, предложенный доцентом В. И. Забываевым.

Защитные свойства оксидного слоя могут быть повышены путем промасливания только что нанесённого слоя.

Фосфатирование изделий из железа, цинка и сплавов на основе этих металлов осуществляют нагреванием в 3%-ном растворе препарата "Мажеф", который представляет собой смесь дигидрофосфатов марганца и железа. Эти соли в растворе диссоциируют с образованием фосфат- и гидрофосфат-ионов.

Процесс фосфатировання имеет электрохимический характер. На катодных участках металлической поверхности выделяется водород:

На анодных участках ионы металла переходят в раствор:

Ионы металлов образуют с фосфат- и гидрофосфат-ионами труднорастворимые двухзамещенные и нормальные фосфаты, которые кристаллизуются на металлической поверхности в виде темно-серого осадка.

Фосфатные покрытия слабо предохраняют металлы от коррозии и большей частью применяются в качестве грунта под окраску. Защитные свойства их могут быть повышены пропиткой минеральными маслами или раствором K2Cr2O7.

Электрохимическая коррозия может быть в большой мере замедлена в присутствии небольших количеств веществ, называемых в соответствии с характером их действия замедлителями, или ингибиторами.

Ингибиторы коррозии бывают неорганического и органического происхождения. Они широко применяются для защиты металлов. Из неорганических замедлителей часто используются хроматы, нитриты, силикаты и другие вещества. Механизм их действия различен и сводится к образованию защитных пленок. Ионы CrO42+ или Cr2O72- адсорбируются на активных участках металлической поверхности, делая невозможной коррозию.

Аналогичную роль могут играть полярные молекулы ряда органических веществ, в состав которых входят кислород, сера или азот (амины, пиридин, уротропин и др.).

Среди методов защиты металлов от коррозии особое место занимает электрохимическая защита. Этот метод защиты применим только в токопроводящей среде. Сущность метода заключается в том, что вся поверхность подлежащего защите металлического сооружения искусственно делается катодом. На практике это осуществляется в основном двумя способами.

1) Катодная защита. При этом защищаемое сооружение присоединяют к катоду внешнего источника постоянного тока. В качестве анода используют дополнительный электрод (металлический стержень или пластинку), который подвергается разрушению, предохраняя тем самим от коррозии защищаемое сооружение.

2) Протекторная защита. Защищаемый металлический объект приводят в контакт с другим металлом, имеющим болей отрицательный электродный потенциал, чей защищаемый металл. Деталь из более активного металла называется протектором. В образовавшейся гальванической паре протектор является анодом, 8 защищаемый металлический объект - катодом. В этих условиях протектор постепенно разрушается, а коррозия металлической конструкции почти прекращается.

При помощи электрохимической защиты предохраняют от коррозии морские суда, буи, сваи и эстакады, сооруженные в воде, подземные и подводные трубопроводы, силовые кабели, кабели связи, внутренние поверхности резервуаров, химическую и теплообменную аппаратуру и пр.^ Практическая часть

Опыт №1. Коррозия оцинкованного и лужёного железа в кислом растворе. Цель работы: ознакомиться с коррозией оцинкованного и лужёного железа в кислом растворе.

^ Ход работы: В две пробирки налить по 5 мл воды, прибавить в каждую по две капли 10%-ной серной кислоты и по две капли раствора красной кровяной соли.

В одну пробирку опустить кусочек лужёного железа (от консервной банки), в другую – кусочек оцинкованного железа.

Наблюдения: Железо, покрытое цинком, наблюдается выделение пузырьков, синее окрашивание. В пробирке с железом, покрытым оловом – ничего не наблюдается.

Вывод: В кислом растворе происходит коррозия оцинкованного железа, с лужёным железом – ничего не происходит.

Опыт №5. Хроматирование цинка.

Цель работы: ознакомиться с хроматированием цинка.

Ход работы: Налить в пробирку немного 0,1 н раствора соляной кислоты и опустить кусочек цинка, потом бросить несколько кристаллов бихромата калия.

Наблюдения: При опускании цинка в соляную кислоту наблюдается выделение пузырьков водорода. При добавлении кристаллов бихромата калия K2Cr2O7 прекращается выделение водорода, реакция замедляется. K2Cr2O7 является ингибитором коррозии.

^ Вывод: K2Cr2O7 является ингибитором коррозии, реакция замедляется.

Опыт №7. Электрохимическая защита.

Цель работы: ознакомиться с электрохимической защитой.

а) Катодная защита.

Ход работы: В два стакана наливаем 3%-ный раствор NaCl. В оба стакана добавляем несколько капель раствора красной кровяной соли K3[Fe(CN)6]. В один из стаканов опускаем в качестве анода уголь, а в качестве катода - железный образец. Соединяем электроды с плюсами источника постоянного тока. Для сравнения другой железный образец опускаем во второй стакан.

Наблюдения: Наблюдаем появление турнбулевой сини.

Без тока:

A: Fe - 2e Fe

K: 2H + 2e h3

При включении тока:^ A: Cl -2e Cl2 K: 2H + 2e h3

Вывод: При пропускании тока через раствор коррозии железа нет.

б) Протекторная защита.

Ход работы: В два стакана наливаем разбавленного раствора уксусной кислоты (0,5н). В каждый стакан прибавляем несколько капель раствора йодида калия. В один стакан поместим цинковый и свинцовый образцы в контакте друг с другом. Во второй стакан опускаем один свинцовый образец.

Наблюдения: В пробирке с одним свинцом коррозия идёт. В пробирке с цинком и свинцом коррозии нет, т.к. цинк является протектором по сравнению со свинцом. Цинк является анодом, свинец-катодом.

^ Вывод: Цинк является протектором коррозии по сравнению со свинцом.

Общий вывод: В кислом растворе происходит коррозия оцинкованного железа, с лужёным железом – ничего не происходит. K2Cr2O7 является ингибитором коррозии, реакция замедляется. При пропускании тока через раствор коррозии железа нет. Цинк является протектором коррозии по сравнению со свинцом.

Контрольные вопросы.

1. Приведите примеры анодных и катодных покрытий.

Анодные: железо, алюминий, цинк.

Катодные: олово, медь.

В чём сущность электрохимической защиты металлов от коррозии?

Дата выполнения: 27. 03. 03.

Дата сдачи: 10. 04. 03.

Лабораторная работа по химии №4 «Коррозия металлов. Защита металлов от коррозии.»

Выполнил студент группы ПС1-23

Макаров К.М.

www.ronl.ru

Реферат - Коррозия металлов - Химия

Реферат на тему:

Коррозияметаллов.

Подготовил: ученик 9 «А» класса

Алещик Андрей

Гродно 2006

Введение

Коррозия стали, и цветных металлов принципиально отличается от коррозионных процессов внеметаллических строительных материалах. Большинство так называемых драгоценных металлов, особенно сталь, в большей степени подвержены коррозии, чем неметаллическиематериалы. Средняя скорость коррозии основных металлов в условиях средне европейского климата представлена в табл. 2.1. Из таблицы видно, что наибольшие потери наблюдаются для обычных сталей. Приведённые данные являются усредненными. Загрязнение, воздуха, особенно вблизи химических заводов, приводит к значительному ускорению процессов коррозии. В результате коррозии происходят необратимые изменения - уменьшение площади сечения и снижение прочности, а также часто изменениевнешнего вида поверхности металла.

Химическая коррозия

Химическую коррозию стали вызывают сухие газы и жидкости, не имеющие характера электролитов, напримерорганические соединения или растворы неорганических веществ в органическихрастворителях, Химическая коррозия не сопровождается возникновениемэлектрического тока. Она основана на реакции между металлом и агрессивным реагентом. Этот видкоррозии протекает в основном равномерно по всей поверхности металла. В связи сэтим химическая коррозия менее опасна, чем электрохимическая.

Продукты коррозии могут образовывать на поверхности металла плотный защитный слой, затормаживающий еёдальнейшее развитие, или же пористый слой, не защищающий поверхность от разрушающего воздействия среды. В этом случае процесс коррозии продолжается до полного разрушения материала или период времени пока будет действовать агрессивная среда. Наиболее часто на практике встречается газовая коррозия

стали, вызванная воздействием О2, SO2, h3S, CI, НС1,

NO3,CO2,COи h3.

Электрохимическая коррозия

Электрохимическая коррозия происходит при взаимодействии металлов с жидкими электролитами, в основном растворами кислот, оснований и солей. Механизм процесса коррозии зависит от структуры металла, а так же оттипа электролита. Сталь, как всякий металл, имеет кристаллическое строение, при котором атомы располагаются в соответствующем порядке, образуя характерную пространственнуюрешетку. Кристаллы железа имеют строение, значительноотличающиеся от идеальной схемы, так как имеются пустоты, незанятые атомами металла, трещины, включения примесей к газов.

Металлы обладают хорошей электропроводностью, что обусловлено наличием свободных электронов, движение которых создает электрический ток. Числу свободных электронов соответствует эквивалентное число ион-атомов, т.е. атомов, утративших один или более электрон. В случае возникновения на концах металлического стержня разности потенциалов электроны движутся от полюса с высшим потенциалом к противоположному полюсу. Металлы, обладающие электронной проводимостью, являются проводниками первого рода, а электролиты, которые имеют ионную проводимость проводникамивторого рода.

Каждый металл имеет так называемую термодинамическуюустойчивость, т е. способность ион-атомов переходить в растворэлектролита. При погружении какого-либометалла в чистую воду определенное число положительных ионов отрывается от металла и переходит в раствор, оставляя на поверхности металла соответствующее число электронов.В результате этого металл, погруженный в воду, имея избыток свободных электронов, получает отрицательныйэлектрический заряд, а на границе раздела фаз образуется двойной электрический слой.

Положительные ионы (благодаря притяжению зарядов с противоположным знаком) удерживаются вблизиповерхности металла. Возникает поле электрических сил, котороепритягивает к металлу ионы, находящиеся в растворе. Однако накопление ионов металла приводит к затормаживанию его дальнейшего растворения. Через некоторое время при определенном потенциале наступает подвижное равновесие.

Если металл погружается не в чистую воду,а в раствор, могут быть следующиеслучаи:

1. Энергия гидратации раствора недостаточна для нарушения связи между ион-атомами и электронами, При этом на поверхности металла будутнакапливаться катионы из раствора, аповерхность приобретаетположительный заряд. На границе металл - раствор устанавливаетсяравновесие, а процесс коррозии прекращается.

2. Возможен переход ион-атомов в раствор, так как энергия гидратации больше чем энергия связи в металлах. При этом коррозионный процесс протекаетбеспрепятственно.

Металл, погруженный в электролит, является единичным электродом. Однако абсолютная величина разности потенциалов поверхности металла и соприкасающегося с ним слоя раствора (а,следовательно, и склонность металла, из которого выполнен электрод, к коррозии) не поддается измерению. Поэтому за электрод с условным нулевым потенциалом принимается водородный электрод, относительно которого определяются потенциалы всех металлов. Это так называемые нормальные потенциалы. Водородный электрод состоит из пластины, покрытой платиновой чернью, погруженной враствор НС1 и омываемой водородом.

Нормальный потенциал может бытьположительным или отрицательным. Он определяется при составлении элемента, одним электродом которого являетсяводородный электрод, а другим — металл,погруженный в раствор соли этого металла при температуре 25' С и нормальном давлении. Величинапотенциала зависит не только от типа металла, но и отконцентрации раствора, температуры и давления. Все металлы всоответствии с их нормальными потенциалами, определенными по отношению к водородному электроду, образуют определенный ряд. Этот ряд позволяет определить разность потенциалов, которая возникает между двумя металлами, погруженными в абсолютно чистую, дистиллированную воду.

По положению металла в ряду потенциалов можно сделать вывод о том, что, например, железо при Контакте с медью будет подвергаться ускоренной коррозии. В присутствии же цинка коррозии будет подвергаться не железо, а цинк. Электролитомв этих случаях служить даже следывлаги.

Величина потенциалов, возникающих на электроде, зависит не только от металла, из которого выполненэлектрод, но в еще большей степени от процессов, имеющих место на электроде.

Как можно видеть, в зависимости от типа исодержания, растворённых в водесолей изменению подвергаются не только нормальные потенциалы, но даже положение металла в рядупотенциалов.

Коррозия при действии вод, не содержащих кислород.

Коррозия стали в воде зависит отколичества кислорода, имеющего доступ к поверхности металла.

В воде, не содержащей кислорода, коррозия протекает следующим образом: ион-атомы железа переходятв раствор, в результате чего на аноде происходит потеря металла, а его поверхностьприобретает отрицательный заряд: Fе, Fе2++2е.Электроды от анода движутся к катоду, В воде носителями тока являются водородные ионы Н+ и гидроокисные ионы ОН -, появляющиеся в результате диссоциации воды. Ионы железа,которые перешли в раствор, соединяются с гидроокисными анионами, образуя плохо растворимый гидрат закиси железа:

Водородные катионы соединяются с электронами, и на катоде выделяется атомарный водород Н++е=Н. Он образует на поверхности металла защитный слой, уменьшающий скорость коррозии стали (так называемая водородная деполяризация).

В некоторых случаях атомарный водородсоединяется в молекулы газа Н+Н — Н2. Пузырьки водорода растут и отрываются от электрода, как толькодостигнут такой величины, чтобы преодолеть поверхностное натяжение. В этом случае эффект защитного слоя исчезает.

Если сталь соприкасается с раствором с рН>7, водород выделяется в атомарном виде, а следовательно, создаются условия, способствующие образованию защитного слоя. Из растворов же с рН<7 водород выделяется в виде газа.

Интенсивность процесса коррозии н воде, не содержащей кислорода, зависит, таким образом, от величины pH.

Коррозия при действии вод, содержащих кислород.

В случае, когда сталь соприкасается с водой, содержащей кислород, коррозия происходитиначе.

Содержащийся в воде кислород связывает водород,образующий защитный слой на поверхности железа (кислородная деполяризация). А двухвалентное железо подвергается окислению в трехвалентное

Гидроокись железа в дальнейшем может переходить в гидратированные окиси (обычно называемые — пучиной)

Продукты коррозии не образуют плотно прилегающего к поверхности металла защитного слоя. Это обусловлено, по-видимому, более чем двукратнымувеличением объема, которое имеет место при переходе гидроокиси железа в гидрат закиси железа.

Наличие кислорода в воде ускоряет коррозию стали, причем увеличение концентрациикислорода до определенного пределаприводит к резкому увеличению коррозионной активности среды. При дальнейшем повышении содержания кислорода скорость коррозии уменьшается в результате пассивации.

www.ronl.ru

Доклад - Коррозия металлов - Химия

Реферат на тему:

Коррозияметаллов.

Подготовил: ученик 9 «А» класса

Алещик Андрей

Гродно 2006

Введение

Химическая коррозия

стали, вызванная воздействием О2, SO2, h3S, CI, НС1,

NO3,CO2,COи h3.

Электрохимическая коррозия

Если металл погружается не в чистую воду,а в раствор, могут быть следующиеслучаи:

Коррозия при действии вод, не содержащих кислород.

Коррозия стали в воде зависит отколичества кислорода, имеющего доступ к поверхности металла.

Интенсивность процесса коррозии н воде, не содержащей кислорода, зависит, таким образом, от величины pH.

Коррозия при действии вод, содержащих кислород.

В случае, когда сталь соприкасается с водой, содержащей кислород, коррозия происходитиначе.

Гидроокись железа в дальнейшем может переходить в гидратированные окиси (обычно называемые — пучиной)

www.ronl.ru

Реферат - Коррозия металлов - Разное

Коррозия металлов - разрушение металлов вследствие химического или электрохимического взаимодействия их с внешней (коррозионной) средой.

Виды коррозионных разрушений.

Коррозия, захватившая всю поверхность металла, называется сплошной. Её делят на равномерную и неравномерную в зависимости от того, одинакова ли глубина коррозионного разрушения на разных участках. При местной К. поражения локальны и оставляют практически незатронутой значительную (иногда подавляющую) часть поверхности. В зависимости от степени локализации различают коррозионные пятна, язвы и точки (питтинг).

Точечные поражения могут дать начало подповерхностной коррозии, распространяющейся в стороны под очень тонким (например, наклёпанным) слоем металла, который затем вздувается пузырями или шелушится. Наиболее опасные виды местной коррозии - межкристаллитная (интеркристаллитная), которая, не разрушая зёрен металла, продвигается вглубь по их менее стойким границам, и транскристаллитная, рассекающая металл трещиной прямо через зёрна. Почти не оставляя видимых следов на поверхности, эти поражения могут приводить к полной потере прочности и разрушению детали или конструкции.

Близка к ним по характеру ножевая коррозия, словно ножом разрезающая металл вдоль сварного шва при эксплуатации некоторых сплавов в особо агрессивных растворах.

Иногда специально выделяют поверхностную нитевидную коррозию, развивающуюся, например, под неметаллическими покрытиями, и послойную коррозию, идущую преимущественно в направлении пластической деформации.

^ Химическая и электрохимическая коррозия.

Коррозия является химической, если после разрыва металлической связи атомы металла непосредственно соединяются химической связью с теми атомами или группами атомов, которые входят в состав окислителей, отнимающих валентные электроны металла. Химическая коррозия возможна в любой коррозионной среде, однако чаще всего она наблюдается в тех случаях, когда коррозионная среда не является электролитом (газовая коррозия, коррозия в неэлектропроводных органических жидкостях). Скорость её чаще всего определяется диффузией частиц металла и окислителя через поверхностную плёнку продуктов коррозии (высокотемпературное окисление большинства металлов газами), иногда - растворением или испарением этой плёнки (высокотемпературное окисление W или Mo), её растрескиванием (окисление Nb при высоких температурах) и изредка - конвективной доставкой окислителя из внешней среды (при очень малых его концентрациях).

Коррозия является электрохимической, если при выходе из металлической решётки образующийся катион вступает в связь не с окислителем, а с другими компонентами коррозионной среды; окислителю же передаются электроны, освобождающиеся при образовании катиона. Такой процесс возможен в тех случаях, когда в окружающей среде существуют два типа реагентов, из которых одни (сольватирующие или комплексообразующие) способны соединяться устойчивыми связями с катионом металла без участия его валентных электронов, а другие (окислители) могут присоединять валентные электроны металла, не удерживая около себя катионы. Подобными свойствами обладают растворы или расплавы электролитов, где сольватированные катионы сохраняют значительную подвижность. Т. о., при электрохимической коррозии удаление атома из металлической решётки (что составляет суть любого коррозионного процесса) осуществляется в результате двух независимых, но сопряжённых, связанных между собой электрическим балансом, электрохимических процессов: анодного - переход сольватируемых катионов металла в раствор, и катодного - связывание окислителем освобождающихся электронов. Отсюда следует, что процесс электрохимической коррозии можно замедлить не только путём непосредственного торможения анодного процесса, но также воздействуя на скорость катодного. Наиболее распространены два катодных процесса: разряд водородных ионов (2е + 2H+= h3) и восстановление растворённого кислорода (4e+O2+4H+ = 2h3O или 4e+O2+2h3O =4ОН-), которые часто называют соответственно водородной и кислородной деполяризацией.

^ Количественная оценка коррозии.

Защита металла от коррозии.

Для защиты металла от коррозии нужно изолировать поверхность металла от соприкосновения с электролитом или затормозить деятельность микрогальванических элементов.

Для защиты от коррозии металлов широко используют лакокрасочные покрытия. Однако краски не вечны, изделия приходится перекрашивать.

Из неметаллических покрытий для защиты стали и чугуна большое значение имеет эмаль. Ее наносят на поверхность изделия в виде порошка и обжигают. Эмалевое покрытие обладает стойкостью по отношению к щелочам и кислотам, длительно противостоит атмосферной коррозии. Благодаря термостойкости декоративному виду, легкости очистки эмаль широко используется для покрытия изделий домашнего хозяйства и санитарной техники

С целью защиты металлов от коррозии издавна используют металлические покрытия. Железо оцинковывают, лудят, покрывают никелем, хромируют и т.д.

Одним из способов борьбы с коррозией является использование ингибиторов. Это химические соединения, наибольшее количество которых способны почти полностью предотвращать коррозию. За счет их адсорбции на поверхности металлического изделия подавляется работа микрогальванических элементов.

Одно из наиболее эффективных направлений борьбы с коррозией металлов – создание коррозионно-стойких сплавов. В больших количествах выплавляют так называемые нержавеющие стали. В их состав входят металлы, образующие устойчивые защитные оксидные пленки.

www.ronl.ru

Реферат - Коррозия - Химия

Содержание

1.Основы теории коррозии

1.1 Классификация коррозийных процессов

1.2 Показатель скорости коррозии

2. Электрохимическая коррозия

2.1 Термодинамика электрохимической коррозии металлов

2.2 Гомогенные и гетерогенные пути электрохимической коррозии

2.3 Анодные процессы при электрохимической коррозии металлов

2.4 Причины анодного растворения металлов

2.5 Анодная пассивность металлов

3. Коррозия металлов с кислородной деполяризацией

3.1 Термодинамические возможности кислородной деполяризации

3.2 Перенапряжение ионизации кислорода

Стр.

1. Основы теории коррозии

Термин коррозия происходит от латинского «corrosio», что означает разъедать, разрушать. Этот термин характеризует как процесс разрушения, так ирезультат.

Средав которой металл подвергается коррозии (коррозирует) называется коррозионной илиагрессивной средой.

Вслучае с металлами, говоря об их коррозии, имеют ввиду нежелательный процесс взаимодействия металла со средой. Физико-химическая сущность изменений,которые претерпевает металл прикоррозии является окисление металла.

Любойкоррозионный процесс является многостадийным:

1)Необходим подвод коррозионной среды или отдельных ее компонентов к поверхности металла.

2)Взаимодействие среды с металлом.

3)Полный или частичный отвод продуктов от поверхности металла (в объем жидкости, если средажидкая).

Известно что большинство металлов ( кроме Ag,Pt,Cu,Au) встречаются в природе в ионном состоянии: оксиды, сульфиды, карбонаты и др.,называемые обычно руды металлов.

Ионное состояние более выгодно, оно характеризуется более меньшей внутренней энергией. Это заметно при получение металлов из руд и их коррозии. Поглощенная энергия при восстановлении металла из соединений свидетельствует о том , что свободный металл обладает более высокой энергией, чем металлическое соединение.Это приводит к тому, что металл находящийся в контакте с коррозионно-активной средой стремится перейти в энергетически выгодное состояние с меньшимзапасом энергии.

Коррозионный процесс является самопроизвольным, следовательно G=G-G (G и G относятся к начальному и конечному состоянию соответственно). Если G>Gто G<0, т.е. коррозионный процесс возможен; G>0 коррозионный процесс невозможен; G=0 система металл-продуктнаходится в равновесии. То есть можно сказать, что первопричиной коррозии металла является термодинамическая неустойчивость металлов взаданной среде.

1.1 Классификация коррозионных процессов.

1. По механизму процесса различают химическую и электрохимическую коррозию металла.

Химическая коррозия - это взаимодействие металлов с коррозионной средой, при котором окисляется металл и восстанавливается окислительные компоненты коррозионной среды протекают в одном акте. Так протекает окисление большинства металлов в газовых средах содержащих окислитель (например, окисление в воздухепри повышении температуры)

Mg+ O -> MgO

4Al + 3O -> 2AlO

Электрохимическая коррозия - это взаимодействие металла с коррозионной средой, при котором ионизация атомов металла и восстановление окислительной компоненты среды происходит не водномакте, и их скорости зависят от электродного потенциала

металла. Потакому процессу протекают, например, взаимодействие металла с кислотами:

Zn + 2HCl -> Zn +2Cl+H

этасуммарная реакция состоит из двух актов:

Zn -> Zn + 2e

2H + 2e -> H

2. Похарактеру коррозионного разрушения.

Общаяили сплошная коррозия при которой коррозирует вся поверхность металла. Она соответственно делится наравномерную (1а), не равномерную (1б) и избирательную (1в), при которой коррозионный процесс распространяется преимущественно по какой-либо структурной составляющей сплава.

Местная коррозия при которой коррозируют определенные участки металла:

а)коррозия язвами — коррозионные разрушения в виде отдельных средних и больших пятен (коррозия латуни в морской воде)

б)межкристаллическая коррозия приней процесс коррозии распространяется по границе металл-сплав (алюминий сплавляется с хромоникелем) и другие виды коррозии.

3. Поусловиям протекания процесса.

а)Газовая коррозия — это коррозия в газовой среде при высоких температурах. (жидкий металл, при горячей прокатке, штамповке и др.)

б)Атмосферная коррозия - это коррозия металла в естественной атмосфере или атмосфере цеха (ржавление кровли, коррозия обшивкисамолета).

в)Жидкостная коррозия — это коррозия в жидких средах: как врастворах электролитов, так и в растворах не электролитов.

г)Подземная коррозия — это коррозия металла в почве

д)Структурная коррозия - коррозия из-за структурной неоднородности металла.

е)Микробиологическая коррозия — результат действия бактерий

ж)Коррозия внешним током — воздействие внешнего источника тока (анодное иликатодное заземление)

з)Коррозия блуждающими токами - прохождение тока по непредусмотренным путям попроекту.

и)Контактная коррозия - сопряжение разнородных электрохимических металлов в электропроводящейсреде.

к)Коррозия под напряжением - одновременное воздействие коррозионной среды и механическогонапряжения.

1.2 Показатель скорости коррозии.

Дляустановления скорости коррозии металла в данной среде обычно ведут наблюдения за изменением во времени какой-либо характеристики, объективно отражающей изменение свойства металла.

Чащевсего в коррозионной практике используют следующие показатели.

1)Показатель изменения массы — изменениемассы образца в результате коррозииотнесенный к единице поверхности металла S и к единице времени (например, г/мч) в зависимости от условий коррозииразличают:

а)отрицательный показатель изменения массы

К-m=<img src="/cache/referats/1987/image002.gif" v:shapes="_x0000_i1025">m / S<img src="/cache/referats/1987/image004.gif" v:shapes="_x0000_i1026"><img src="/cache/referats/1987/image006.gif" v:shapes="_x0000_i1027"><img src="/cache/referats/1987/image007.gif" v:shapes="_x0000_i1028"><img src="/cache/referats/1987/image006.gif" v:shapes="_x0000_i1029">

m=m/st

где m - убыль массы металла за время коррозии после удаления продуктов коррозии.

б)положительный показатель изменения массы

К+m=<img src="/cache/referats/1987/image002.gif" v:shapes="_x0000_i1030">m / S<img src="/cache/referats/1987/image004.gif" v:shapes="_x0000_i1031"><img src="/cache/referats/1987/image006.gif" v:shapes="_x0000_i1032"><img src="/cache/referats/1987/image007.gif" v:shapes="_x0000_i1033"><img src="/cache/referats/1987/image006.gif" v:shapes="_x0000_i1034">

гдеm — увеличение массы металла за времявследствие роста пленки продуктов коррозии.

Еслисостав продуктов коррозии известен, то можно сделать пересчет от К к К и наоборот

К-m=К+m (nokA Me / n Me Aok)

где Аи М — атомная и молекулярная масса Ме и окислителя соответственно; n и n валентность металла и окислителя в окислительной среде.

2)Объемный показатель коррозии

К — объем поглощенного или выделившегося в процессе газа V отнесенный к единице поверхности металла и единице времени (например, см/см ч).

К=объ.<img src="/cache/referats/1987/image002.gif" v:shapes="_x0000_i1035">V/ S<img src="/cache/referats/1987/image004.gif" v:shapes="_x0000_i1036">

объем газа обычно приводят к нормальным условиям.

Применительно к электрохимической коррозии когда процесс катодной деполяризации осуществляется за счет разряда ионов водорода, например, по схеме 2Н +2е = Н, или ионизация молекул кислорода О + 4е +2НО = 4ОН; вводятся соответственно кислородный (К ) и водородный (К ) показательсоответственно.

Водородный показатель коррозии — это объем выделившегося Н впроцессе коррозии, отнесенный к Su .

Кислородный показатель коррозии — это объем поглощенного в процессе О, отнесенный к Su .

3) Показатель сопротивления.

Изменение электрического сопротивления образца металла за определенное время испытаний также может быть использован в качестве показаниякоррозии (К).

КR= (<img src="/cache/referats/1987/image002.gif" v:shapes="_x0000_i1037">o)100%за время t

где Roи <img src="/cache/referats/1987/image002.gif" v:shapes="_x0000_i1038"> соответственно до и после коррозии.

Уэтого способа есть некоторый недостаток толщина металла во все время испытаний должна бытьодинаковой и по этой причине чащевсего определяют удельное сопротивление, т.е. изменение электрического сопротивления на единицу площади образца (см,мм) при длине равной единице. Этотметод имеет ограничения применения (длялистового металла не более 3мм). Наиболее точные данные получают дляпроволочных образцов. Этот метод не пригоден для сварных соединений.

4)Механический показатель коррозии.

Изменение какого-либо свойстваметалла за время коррозии . Сравнительно часто пользуются изменением предела прочности. Прочностной показатель при этом выражается:

Кo=(<img src="/cache/referats/1987/image009.gif" v:shapes="_x0000_i1039">в/<img src="/cache/referats/1987/image011.gif" v:shapes="_x0000_i1040">во)100% за время t

где <img src="/cache/referats/1987/image011.gif" v:shapes="_x0000_i1041">o изменение предела прочности при растяжении после коррозии образца в течении времени ; <img src="/cache/referats/1987/image011.gif" v:shapes="_x0000_i1042">вопредел прочности до коррозии.

5)Глубинный показатель коррозии.

К- глубина разрушения металла П в единицу времени (например, мм/год)

КП= п/<img src="/cache/referats/1987/image004.gif" v:shapes="_x0000_i1043">

Глубинакоррозионного разрушения П может быть средней или максимальной. Глубинный показатель коррозии можно использовать для характеристики как равномерной., так инеравномерной коррозии (в том числе иместной) металлов. Он удобен для сравнения скорости коррозии металла с различными плотностями. Переход от массового, токового и объемного к глубинному возможен при равномерной коррозии.

2. Электрохимическая коррозия.

Электрохимическая коррозия является наиболее распространенным типом коррозии металлов. По электрохимическому механизму коррозируют металлы в контакте с растворами электролитов (морскаявода, растворы кислот, щелочей, солей).В обычных атмосферных условиях и в земле металлы коррозируюттакже по электрохимическому механизму, т.к. на их поверхности имеются капли влаги с растворенными компонентамивоздуха и земли. Электрохимическая коррозия является гетерогенным и

многостадийным процессом. Еепричиной является термодинамическая неустойчивость металлов в данной коррозионной среде.

Учение о электрохимической коррозии ставит главный вопрос - вопрос о скорости коррозии и тех факторов,которые влияют на нее. Сэлектрохимической точки зрения коррозия металла это не просто процесс окисления металла, т.к. этот переход должен

сопровождаться сопряженно идущимвосстановительным процессом. В результате ионизации освобождаются электроныи роль второго восстановительного процесса состоит в их ассимиляцииподходящим окислителем (Д), образующим устойчивое соединение.

Ионизация и процесс ассимиляции электронов каким либо элементом среды (обычно Н ионы или О )представляет собой В отличии химического, электрохимические процессы контролируются (зависят) не только от концентрации реагирующих веществ, но и, главным образом,зависят от потенциала поверхности металла.

Потенциал.

Награнице раздела двух разнородных фаз происходит переход заряженных частиц — ионов или электронов из одной фазы вдругую, следовательно, возникает разность электрических потенциалов, распределения упорядоченных электрических зарядов, т.е.

образованиедвойного электрического слоя. Возникновение межфазового скачка потенциала можнообъяснить следующими основнымипричинами; но рассмотрим только те,которые приводят к коррозии металлов, аточнее переход катионов металла из электролита на металл (электродныйпотенциал) адсорбция анионов электролита на металле (адсорбционный потенциал) возникновениеионно-адсорбционного потенциала за счет одновременной адсорбцииполяризуемого атома кислорода и перехода

катионов из металла в электролит.

Поизвестным причинам, абсолютное значение межфазовой разности потенциалов измерить нельзя, эту величину можно измерить относительно другой величины и за точку отсчета принимается стандартный водородныйпотенциал.

Наличие на межфазовой границе металл-раствор электролита двойного электрического слоя оказывает существенное влияние на процесс,а , в частности, на скорость коррозии металлов. При изменении концентрации (плотности) положительных или отрицательных частиц в растворе или металле может измениться скорость процесса растворения металла.Именно их этих соображений электродныйпотенциал является одной из важнейших характеристик, определяющихскорость коррозии металла.

2.1 Термодинамика электрохимической коррозии металлов.

Стремлением металлов переходить из металлического состояния в ионное для различных металлов различно. Вероятность такого перехода зависит также от природы коррозионной среды . Такую вероятность можно выразить уменьшением свободной энергии при протекании реакции переходав заданной среде при определенных условиях.

Нопрямой связи между термодинамическим рядом и коррозией металлов нет. Это объясняется тем, что термодинамические данные получены для идеально чистой поверхностиметалла, в то время как в реальных условиях коррозирующий металлпокрыт слоем (пленкой) продуктоввзаимодействия металла со средой.

Длярасчетов изменения свободной энергии реакции при электрохимической коррозии металла используют величины электродных потенциалов. В соответствии с неравенством процесс электрохимической коррозии возможен,если

<img src="/cache/referats/1987/image002.gif" v:shapes="_x0000_i1044">GT = — n ET F < 0

где — э.д.с. гальванического элемента, в котором обратимо осуществляется данный коррозионный процесс,В

— обратный потенциал катодной реакции, В

— обратный потенциал металла в данных условиях.

Следовательно, для электрохимического растворенияметалла необходимо присутствие в растворе окислителя (деполяризатора, который бы осуществлял катодную реакцию ассимиляции электронов), обратимыйокислительно-восстановительный потенциал которого положительнее обратимого потенциала металлав данных условиях.

Катодные процессы при электрохимической коррозии могут осуществляться различнымивеществами.

1)ионами

2)молекулами

3)оксидами и гидрооксидами (как правило малорастворимыми продуктами коррозии, образованными наповерхности металлов)

4)органическими соединениями

Обратимые окислительно-восстановительные потенциалы катодных

процессовможно рассчитать по уравнениям:

(Vk)обр= (Vk)0обр+ (RT/nF)2,303 lg (apok/agв) <img src="/cache/referats/1987/image006.gif" v:shapes="_x0000_i1045">

где (Vk)обр= (Vk)0обрстандартныйокислительно-восстановительный потенциалприapok/agв=1,

аu, а - активность (приближенноконцентрация окислителя и

восстановителя)

pu, q - стехиометрические коэффициенты окислителя и восстановителя в реакции

Вкоррозионной практике в качестве окислителей-деполяризаторов,осуществляющих коррозию, выступают ионы водорода и молекулы растворенного в электролитекислорода.

Электродная реакция анодного растворения металла (собственно коррозионные потери металла) в общем случае протекают по схеме Me -> Me + ne

Приувеличении активности ионов металла (повышение концентрации ионов металла в растворе), потенциал анода возрастает, что приводит к торможению растворения металла. Понижение активностиметалла, напротив, способствуетрастворению

металла. В ходе коррозионного процесса изменяются не только свойстваметаллической поверхности, но иконтактирующего раствора (изменение концентрации отдельных его компонентов). При уменьшении, например, концентрации деполяризатора, у катодной зоны может оказаться, что катодная реакция деполяризации термодинамически невозможна.

2.2 Гомогенные и гетерогенные путиэлектрохимической коррозии.

Причину коррозии металлов в растворах, не содержащих одноименных ионов, объясняеттеория необратимых потенциалов. Эта теория рассматривает поверхность металлов как однородную, гомогенную. Основной и единственной причиной растворения (коррозии) таких металлов является термодинамическая возможность протекания анодного и катодного актов. Скорость растворения (коррозии) будет определяться кинетическими факторами. Но гомогенную поверхность металлов можно рассматривать как предельный случай, который можетбыть реализован, например, в жидких металлах. (ртуть и амальгамы металлов). Для твердых металлов такое допущение будет ошибочным, хотя бы потому что различные атомы сплава (и чистого металла) занимают различное положение в кристаллической решетке. Наиболее сильное отклонение от гомогенной конструкции будет наблюдатьсяпри наличии в металле инородныхвключений, интерметаллидов, границ зерени т.д. В этом случае, разумеется, поверхность является гетерогенной. Установлено,что даже при наличии на поверхности металла неоднородностей в целом поверхность остается эквипотенциальной.

Такимобразом неоднородность поверхностей сплава не может являться основной причиной общей коррозии металла. Наиболее существенной в подобныхслучаях является ионизация растворения анодной составляющейвблизи катодной составляющей, этовозможно, если на поверхности металлической конструкции возникают гальванические элементы. Рассмотрим некоторые из них:

а) неоднородность металлической фазы, обусловленная неоднородностью сплава, а также в результате микро и макровключений.

б) неоднородность поверхности металла в следствиеналичия границ блоков и зерен кристаллов, выход дислокаций на поверхность, анизотропность кристаллов.

в), г) неоднородность защитных пленок на поверхности за счет микро и макропор пленки (в), за счет неравномерного образования на поверхности вторичных продуктов коррозии(г) и др.

Мырассмотрели два крайних механизма саморастворения металлов: равномерное растворение идеальногомогенной поверхности ирастворения (в основном локальное) микроэлементов при пространственном разделении катодных и анодных зон (процессов).

Вобщем случае, необходимо считаться с возможностью протекания на анодных участках наряду с основными анодными процессами катодных процессов, на катодных же участках могут протекать с пониженной скоростью анодные процессы растворения.

Можносделать вывод, что нет оснований противопоставлять «гомогенный» и «гетерогенный» пути протекания коррозионных процессов.Правильнее будет их рассматривать как факторы, взаимно дополняющие друг друга. Основной же причиной коррозииметаллов остается по-прежнему термодинамическаявероятность протекания в данных условиях на металлеанодных процессов ионизации металла и сопряженного с ним катодного процесса деполяризации.

2.3 Анодные процессы при электрохимической коррозии металлов.

Термодинамические основы.

Дляпротекания коррозионного процесса существенным является состояние форма соединения, в которомнаходится катион металла в растворе. Ионизация металла с последующим переходом в растворпростых компонентов металла представляет лишь одно из возможных направлений анодных процессов. Форма их конкретного состояния во многом определяется как природой металла иконтактирующей с ним средой , так и направлением и величиной поляризующеготока (или электродного потенциала). Переходя в раствор, коррозирующий металл вступает всвязь либо с растворителем, либо с компонентами раствора. При этом могут образовываться простые и комплексные соединения с различной растворимостью и сразличной адгезией к поверхности металла. При высоких положительных значениях потенциала на аноде возможенпроцесс окисления воды с выделением кислорода. В зависимости от того, какие процессы или их сочетания протекают на аноде, они могут в значительной мере (а иногда и полностью) контролировать суммарный процесс коррозии.

2.4 Причины анодного растворения металлов.

Полярные молекулы жидкости электростатически взаимодействуют с заряженными ионами, образуют сольватные (в случае воды-гидратные) комплексы. Обладающие значительно меньшим запасом энергии чем ионы в кристаллической решеткиметалла. Величину этого понижения можно оценить, исходя из соображений предложенныхБорном. Полный электрический заряд в вакууме обладает энергией, равной потенциальной энергии. Для определения величины энергии заряда представим, чтопроводящая сфера радиусом r имеет заряд q. Внесение еще одной части заряда dq в сферу должно быть встреченоотталкивающими силами df=qdq/r. Поистине огромное уменьшение энергии ионав водном растворе указывает наустойчивость такого состояния в нем. Таким образом, причиной перехода атомов металла с поверхности и их ионизация является электростатическое взаимодействие (сольватация) ионов металлас полярными молекулами растворителя.Следовательно, схему реакции ионизации в контакте с растворителем правильнее записать в виде:

Me +mHO -> Me + mHO +ne.

2.6 Анодная пассивностьметаллов.

Призначительном торможении анодной реакции ионизации металла скорость коррозионного процесса может понизится на несколько порядков. Такое состояние металла принято называть анодной пассивностью. Пассивность можно определить следующим образом:пассивность - состояние повышенной коррозионной устойчивости металла или сплава (в условиях, когда термодинамически он является реакционно способным), Вызванное преимущественным торможением анодного

www.ronl.ru

Реферат - Коррозия - Неорганическая химия

Содержание

1.Основы теории коррозии 1.1 Классификация коррозийных процессов 1.2 Показатель скорости коррозии 2. Электрохимическая коррозия 2.1 Термодинамика электрохимической коррозии металлов 2.2 Гомогенные и гетерогенные пути электрохимической коррозии 2.3 Анодные процессы при электрохимической коррозии металлов 2.4 Причины анодного растворения металлов 2.5 Анодная пассивность металлов 3. Коррозия металлов с кислородной деполяризацией 3.1 Термодинамические возможности кислородной деполяризации 3.2 Перенапряжение ионизации кислорода

1. Основы теории коррозии Термин коррозия происходит от латинского "corrosio", что означает разъедать, разрушать. Этот термин характеризует как процесс разрушения, так и результат. Среда в которой металл подвергается коррозии (коррозирует) называется коррозионной или агрессивной средой. В случае с металлами, говоря об их коррозии, имеют ввиду нежелательный процесс взаимодействия металла со средой. Физико-химическая сущность изменений, которые претерпевает металл при коррозии является окисление металла. Любой коррозионный процесс является многостадийным: 1) Необходим подвод коррозионной среды или отдельных ее компонентов к поверхности металла. 2) Взаимодействие среды с металлом. 3) Полный или частичный отвод продуктов от поверхности металла (в объем жидкости, если среда жидкая). Известно что большинство металлов ( кроме Ag,Pt,Cu,Au) встречаются в природе в ионном состоянии: оксиды, сульфиды, карбонаты и др., называемые обычно руды металлов. Ионное состояние более выгодно, оно характеризуется более меньшей внутренней энергией. Это заметно при получение металлов из руд и их коррозии. Поглощенная энергия при восстановлении металла из соединений свидетельствует о том, что свободный металл обладает более высокой энергией, чем металлическое соединение. Это приводит к тому, что металл находящийся в контакте с коррозионно-активной средой стремится перейти в энергетически выгодное состояние с меньшим запасом энергии. Коррозионный процесс является самопроизвольным, следовательно G=G-G (G и G относятся к начальному и конечному состоянию соответственно). Если G>G то G0 коррозионный процесс невозможен; G=0 система металл-продукт находится в равновесии. То есть можно сказать, что первопричиной коррозии металла является термодинамическая неустойчивость металлов в заданной среде.

1.1 Классификация коррозионных процессов. 1. По механизму процесса различают химическую и электрохимическую коррозию металла. Химическая коррозия - это взаимодействие металлов с коррозионной средой, при котором окисляется металл и восстанавливается окислительные компоненты коррозионной среды протекают в одном акте. Так протекает окисление большинства металлов в газовых средах содержащих окислитель (например, окисление в воздухе при повышении температуры) Mg+ O -> MgO 4Al + 3O -> 2AlO Электрохимическая коррозия - это взаимодействие металла с коррозионной средой, при котором ионизация атомов металла и восстановление окислительной компоненты среды происходит не водном акте, и их скорости зависят от электродного потенциала металла. По такому процессу протекают, например, взаимодействие металла с кислотами: Zn + 2HCl -> Zn +2Cl +H эта суммарная реакция состоит из двух актов: Zn -> Zn + 2e 2H + 2e -> H 2. По характеру коррозионного разрушения. Общая или сплошная коррозия при которой коррозирует вся поверхность металла. Она соответственно делится на равномерную (1а), не равномерную (1б) и избирательную (1в), при которой коррозионный процесс распространяется преимущественно по какой-либо структурной составляющей сплава. Местная коррозия при которой коррозируют определенные участки металла: а) коррозия язвами - коррозионные разрушения в виде отдельных средних и больших пятен (коррозия латуни в морской воде) б) межкристаллическая коррозия при ней процесс коррозии распространяется по границе металл-сплав (алюминий сплавляется с хромоникелем) и другие виды коррозии. 3. По условиям протекания процесса. а) Газовая коррозия - это коррозия в газовой среде при высоких температурах. (жидкий металл, при горячей прокатке, штамповке и др.) б) Атмосферная коррозия - это коррозия металла в естественной атмосфере или атмосфере цеха (ржавление кровли, коррозия обшивки самолета). в) Жидкостная коррозия - это коррозия в жидких средах: как в растворах электролитов, так и в растворах не электролитов. г) Подземная коррозия - это коррозия металла в почве д) Структурная коррозия - коррозия из-за структурной неоднородности металла. е) Микробиологическая коррозия - результат действия бактерий ж) Коррозия внешним током - воздействие внешнего источника тока (анодное или катодное заземление) з) Коррозия блуждающими токами - прохождение тока по непредусмотренным путям по проекту. и) Контактная коррозия - сопряжение разнородных электрохимических металлов в электропроводящей среде. к) Коррозия под напряжением - одновременное воздействие коррозионной среды и механического напряжения.

1.2 Показатель скорости коррозии. Для установления скорости коррозии металла в данной среде обычно ведут наблюдения за изменением во времени какой-либо характеристики, объективно отражающей изменение свойства металла. Чаще всего в коррозионной практике используют следующие показатели. 1) Показатель изменения массы - изменение массы образца в результате коррозии отнесенный к единице поверхности металла S и к единице времени (например, г/м ч) в зависимости от условий коррозии различают: а) отрицательный показатель изменения массы К-m =m / S

где m - убыль массы металла за время коррозии после удаления продуктов коррозии. б) положительный показатель изменения массы К+m =m / S

где m - увеличение массы металла за время вследствие роста пленки продуктов коррозии. Если состав продуктов коррозии известен, то можно сделать пересчет от К к К и наоборот К-m=К+m (nok A Me / n Me Aok)

где А и М - атомная и молекулярная масса Ме и окислителя соответственно; n и n валентность металла и окислителя в окислительной среде. 2) Объемный показатель коррозии К - объем поглощенного или выделившегося в процессе газа V отнесенный к единице поверхности металла и единице времени (например, см/см ч).

К= объ.V/ S

объем газа обычно приводят к нормальным условиям. Применительно к электрохимической коррозии когда процесс катодной деполяризации осуществляется за счет разряда ионов водорода, например, по схеме 2Н + 2е = Н, или ионизация молекул кислорода О + 4е +2НО = 4ОН; вводятся соответственно кислородный (К ) и водородный (К ) показатель соответственно. Водородный показатель коррозии - это объем выделившегося Н в процессе коррозии, отнесенный к Su. Кислородный показатель коррозии - это объем поглощенного в процессе О, отнесенный к Su. 3) Показатель сопротивления. Изменение электрического сопротивления образца металла за определенное время испытаний также может быть использован в качестве показания коррозии (К). КR = (R/Ro)100% за время t

где Ro и R электрическое сопротивление образца соответственно до и после коррозии. У этого способа есть некоторый недостаток толщина металла во все время испытаний должна быть одинаковой и по этой причине чаще всего определяют удельное сопротивление, т.е. изменение электрического сопротивления на единицу площади образца (см, мм) при длине равной единице. Этот метод имеет ограничения применения (для листового металла не более 3мм). Наиболее точные данные получают для проволочных образцов. Этот метод не пригоден для сварных соединений. 4) Механический показатель коррозии. Изменение какого-либо свойства металла за время коррозии. Сравнительно часто пользуются изменением предела прочности. Прочностной показатель при этом выражается: Кo= (в/во) 100% за время t

где o изменение предела прочности при растяжении после коррозии образца в течении времени ; во предел прочности до коррозии. 5) Глубинный показатель коррозии. К - глубина разрушения металла П в единицу времени (например, мм/год) КП = п/

Глубина коррозионного разрушения П может быть средней или максимальной. Глубинный показатель коррозии можно использовать для характеристики как равномерной., так и неравномерной коррозии (в том числе и местной) металлов. Он удобен для сравнения скорости коррозии металла с различными плотностями. Переход от массового, токового и объемного к глубинному возможен при равномерной коррозии.

2. Электрохимическая коррозия. Электрохимическая коррозия является наиболее распространенным типом коррозии металлов. По электрохимическому механизму коррозируют металлы в контакте с растворами электролитов (морская вода, растворы кислот, щелочей, солей). В обычных атмосферных условиях и в земле металлы коррозируют также по электрохимическому механизму, т.к. на их поверхности имеются капли влаги с растворенными компонентами воздуха и земли. Электрохимическая коррозия является гетерогенным и многостадийным процессом. Ее причиной является термодинамическая неустойчивость металлов в данной коррозионной среде. Учение о электрохимической коррозии ставит главный вопрос - вопрос о скорости коррозии и тех факторов, которые влияют на нее. С электрохимической точки зрения коррозия металла это не просто процесс окисления металла, т.к. этот переход должен сопровождаться сопряженно идущим восстановительным процессом. В результате ионизации освобождаются электроны и роль второго восстановительного процесса состоит в их ассимиляции подходящим окислителем (Д), образующим устойчивое соединение. Ионизация и процесс ассимиляции электронов каким либо элементом среды (обычно Н ионы или О )представляет собой В отличии химического, электрохимические процессы контролируются (зависят) не только от концентрации реагирующих веществ, но и, главным образом, зависят от потенциала поверхности металла. Потенциал. На границе раздела двух разнородных фаз происходит переход заряженных частиц - ионов или электронов из одной фазы в другую, следовательно, возникает разность электрических потенциалов, распределения упорядоченных электрических зарядов, т.е. образование двойного электрического слоя. Возникновение межфазового скачка потенциала можно объяснить следующими основными причинами; но рассмотрим только те, которые приводят к коррозии металлов, а точнее переход катионов металла из электролита на металл (электродный потенциал) адсорбция анионов электролита на металле (адсорбционный потенциал) возникновение ионно-адсорбционного потенциала за счет одновременной адсорбции поляризуемого атома кислорода и перехода катионов из металла в электролит. По известным причинам, абсолютное значение межфазовой разности потенциалов измерить нельзя, эту величину можно измерить относительно другой величины и за точку отсчета принимается стандартный водородный потенциал. Наличие на межфазовой границе металл-раствор электролита двойного электрического слоя оказывает существенное влияние на процесс, а, в частности, на скорость коррозии металлов. При изменении концентрации (плотности) положительных или отрицательных частиц в растворе или металле может измениться скорость процесса растворения металла. Именно их этих соображений электродный потенциал является одной из важнейших характеристик, определяющих скорость коррозии металла.

2.1 Термодинамика электрохимической коррозии металлов. Стремлением металлов переходить из металлического состояния в ионное для различных металлов различно. Вероятность такого перехода зависит также от природы коррозионной среды. Такую вероятность можно выразить уменьшением свободной энергии при протекании реакции перехода в заданной среде при определенных условиях. Но прямой связи между термодинамическим рядом и коррозией металлов нет. Это объясняется тем, что термодинамические данные получены для идеально чистой поверхности металла, в то время как в реальных условиях коррозирующий металл покрыт слоем (пленкой) продуктов взаимодействия металла со средой. Для расчетов изменения свободной энергии реакции при электрохимической коррозии металла используют величины электродных потенциалов. В соответствии с неравенством процесс электрохимической коррозии возможен, если

GT = - n ET F

где - э.д.с. гальванического элемента, в котором обратимо осуществляется данный коррозионный процесс, В - обратный потенциал катодной реакции, В - обратный потенциал металла в данных условиях. Следовательно, для электрохимического растворения металла необходимо присутствие в растворе окислителя (деполяризатора, который бы осуществлял катодную реакцию ассимиляции электронов), обратимый окислительно-восстановительный потенциал которого положительнее обратимого потенциала металла в данных условиях. Катодные процессы при электрохимической коррозии могут осуществляться различными веществами. 1) ионами 2) молекулами 3) оксидами и гидрооксидами (как правило малорастворимыми продуктами коррозии, образованными на поверхности металлов) 4) органическими соединениями

Обратимые окислительно-восстановительные потенциалы катодных процессов можно рассчитать по уравнениям:

(Vk)обр = (Vk)0обр + (RT/nF) 2,303 lg (apok/agв) где (Vk)обр = (Vk)0обр стандартный окислительно-восстановительный потенциал при apok/agв=1, аu, а - активность (приближенно концентрация окислителя и восстановителя) pu, q - стехиометрические коэффициенты окислителя и восстановителя в реакции В коррозионной практике в качестве окислителей-деполяризаторов, осуществляющих коррозию, выступают ионы водорода и молекулы растворенного в электролите кислорода. Электродная реакция анодного растворения металла (собственно коррозионные потери металла) в общем случае протекают по схеме Me -> Me + ne При увеличении активности ионов металла (повышение концентрации ионов металла в растворе), потенциал анода возрастает, что приводит к торможению растворения металла. Понижение активности металла, напротив, способствует растворению металла. В ходе коррозионного процесса изменяются не только свойства металлической поверхности, но и контактирующего раствора (изменение концентрации отдельных его компонентов). При уменьшении, например, концентрации деполяризатора, у катодной зоны может оказаться, что катодная реакция деполяризации термодинамически невозможна.

2.2 Гомогенные и гетерогенные пути электрохимической коррозии. Причину коррозии металлов в растворах, не содержащих одноименных ионов, объясняет теория необратимых потенциалов. Эта теория рассматривает поверхность металлов как однородную, гомогенную. Основной и единственной причиной растворения (коррозии) таких металлов является термодинамическая возможность протекания анодного и катодного актов. Скорость растворения (коррозии) будет определяться кинетическими факторами. Но гомогенную поверхность металлов можно рассматривать как предельный случай, который может быть реализован, например, в жидких металлах. (ртуть и амальгамы металлов). Для твердых металлов такое допущение будет ошибочным, хотя бы потому что различные атомы сплава (и чистого металла) занимают различное положение в кристаллической решетке. Наиболее сильное отклонение от гомогенной конструкции будет наблюдаться при наличии в металле инородных включений, интерметаллидов, границ зерен и т.д. В этом случае, разумеется, поверхность является гетерогенной. Установлено, что даже при наличии на поверхности металла неоднородностей в целом поверхность остается эквипотенциальной. Таким образом неоднородность поверхностей сплава не может являться основной причиной общей коррозии металла. Наиболее существенной в подобных случаях является ионизация растворения анодной составляющей вблизи катодной составляющей, это возможно, если на поверхности металлической конструкции возникают гальванические элементы. Рассмотрим некоторые из них: а) неоднородность металлической фазы, обусловленная неоднородностью сплава, а также в результате микро и макровключений. б) неоднородность поверхности металла в следствие наличия границ блоков и зерен кристаллов, выход дислокаций на поверхность, анизотропность кристаллов. в), г) неоднородность защитных пленок на поверхности за счет микро и макропор пленки (в), за счет неравномерного образования на поверхности вторичных продуктов коррозии (г) и др. Мы рассмотрели два крайних механизма саморастворения металлов: равномерное растворение идеально гомогенной поверхности и растворения (в основном локальное) микроэлементов при пространственном разделении катодных и анодных зон (процессов). В общем случае, необходимо считаться с возможностью протекания на анодных участках наряду с основными анодными процессами катодных процессов, на катодных же участках могут протекать с пониженной скоростью анодные процессы растворения. Можно сделать вывод, что нет оснований противопоставлять "гомогенный" и "гетерогенный" пути протекания коррозионных процессов. Правильнее будет их рассматривать как факторы, взаимно дополняющие друг друга. Основной же причиной коррозии металлов остается по-прежнему термодинамическая вероятность протекания в данных условиях на металле анодных процессов ионизации металла и сопряженного с ним катодного процесса деполяризации.

2.3 Анодные процессы при электрохимической коррозии металлов.

Термодинамические основы. Для протекания коррозионного процесса существенным является состояние форма соединения, в котором находится катион металла в растворе. Ионизация металла с последующим переходом в раствор простых компонентов металла представляет лишь одно из возможных направлений анодных процессов. Форма их конкретного состояния во многом определяется как природой металла и контактирующей с ним средой, так и направлением и величиной поляризующего тока (или электродного потенциала). Переходя в раствор, коррозирующий металл вступает в связь либо с растворителем, либо с компонентами раствора. При этом могут образовываться простые и комплексные соединения с различной растворимостью и с различной адгезией к поверхности металла. При высоких положительных значениях потенциала на аноде возможен процесс окисления воды с выделением кислорода. В зависимости от того, какие процессы или их сочетания протекают на аноде, они могут в значительной мере (а иногда и полностью) контролировать суммарный процесс коррозии.

2.4 Причины анодного растворения металлов.

Простейшими анодными реакциями являются такие, в результате которых образуются растворимые гидратированные и комплексные катионы,. которые отводятся от анода путем диффузии, миграции (перенос за счет электрического поля) или конвекции. Полярные молекулы жидкости электростатически взаимодействуют с заряженными ионами, образуют сольватные (в случае воды-гидратные) комплексы. Обладающие значительно меньшим запасом энергии чем ионы в кристаллической решетки металла. Величину этого понижения можно оценить, исходя из соображений предложенных Борном. Полный электрический заряд в вакууме обладает энергией, равной потенциальной энергии. Для определения величины энергии заряда представим, что проводящая сфера радиусом r имеет заряд q. Внесение еще одной части заряда dq в сферу должно быть встречено отталкивающими силами df=qdq/r. Поистине огромное уменьшение энергии иона в водном растворе указывает на устойчивость такого состояния в нем. Таким образом, причиной перехода атомов металла с поверхности и их ионизация является электростатическое взаимодействие (сольватация) ионов металла с полярными молекулами растворителя. Следовательно, схему реакции ионизации в контакте с растворителем правильнее записать в виде: Me + mHO -> Me + mHO +ne.

2.6 Анодная пассивность металлов. При значительном торможении анодной реакции ионизации металла скорость коррозионного процесса может понизится на несколько порядков. Такое состояние металла принято называть анодной пассивностью. Пассивность можно определить следующим образом: пассивность - состояние повышенной коррозионной устойчивости металла или сплава (в условиях, когда термодинамически он является реакционно способным), Вызванное преимущественным торможением анодного процесса т.е. может произойти так, что в реальных условиях скорость коррозии "активных" элементов оказывается весьма незначительной в следствии наступления пассивного состояния. Например, титан расположенный левее цинка, и хром, расположенный рядом с цинком, в следствии наступления пассивности оказываются более коррозионностойкими в большинстве водных сред, чем цинк. На склонность к пассивному состоянию влияет природа системы металл-раствор. Наибольшую склонность к переходу в пассивное состояние проявляют Ti,Ni,Al,Mg,Fe,Co и др. Наступление пассивного состояния приводит к значительному изменению формы анодной поляризационной кривой. Кривая может быть разбита на несколько характерных участков: Вначале скорость анодного растворения металлов возрастает в соответствии с уравнением Тафеля ( =a + blgi)-участок АВ. Но начиная с В становится возможным процесс образования защитного слоя (фазового или адсорбционного), скорость которого растет при смещении потенциала в положительную сторону. Это приводит к торможению анодного растворения (BD). В точке D, соответствующей потенциалу ( потенциал начала пассивации) скорость образования защитного слоя равна скорости его растворения. Далее идет рост защитного слоя, экранирующего поверхность, скорость анодного растворения резко понижается (DE). В точке Е, соответствующей потенциалу полной пассивации металл оказывается в пассивном состоянии. На участке EF (область пассивного состояния) скорость анодного процесса не зависит от потенциала, а определяется скоростью химического растворения защитной пленки. Ток соответствующий области пассивного состояния, называется током пассивного состояния (i ). Положительнее F возможна ( -потенциал перепассивации) новая ветвь активного растворения с образованием катионов более высокой валентности. При высоких положительных потенциалах возможен локализованный пробой оксидной пленки - металл начинает растворятся по типу питтинга (PP') называют потенциалом питтингообразования. Металл запассивированный в данной среде, может сохраняться в пассивном состоянии некоторое время в непассивирующей среде.

3. Депомеризация.

При наличии в растворе газообразного кислорода и не возможностью протекания процесса коррозии с водородной деполяризацией основную роль деполяризатора исполняет кислород коррозионные процессы, у которых катодная деполяризация осуществляется растворенным в электролите кислородом, называют процессами коррозии металлов с кислородной деполяризацией. Это наиболее распространенный тип коррозии металла в воде, в нейтральных и даже в слабокислых солевых растворах, в морской воде, в земле, в атмосфере воздуха. Общая схема кислородной деполяризации сводится к восстановлению молекулярного кислорода до иона гидроокисла: O + 4e +2HO -> 4OH

3.1 Термодинамические возможности кислородной деполяризации. Протекание процесса коррозии металла с кислородной деполяризацией согласно уравнения возможно при условии: V(Me)обр

где (VO2)обр - обратимый потенциал кислородного электрода, равный: (VO2)0обр + (RT/4F)2,303 lg(PO2/OH) Из последнего уравнения следует, что ( ) зависит от рН среды (а ) и парциального давления кислорода. Значение обратимых потенциалов кислородного электрода при различных рН среды и Р

P (атм) V,B, при рН среды рН=0 рН=7 рН=14 0,21 +1,218 +0,805 +0,381 1 +1,229 +0,815 +0,400

Коррозия металла с кислородной деполяризацией в большинстве практических случаев происходит в электролитах, соприкасающихся с атмосферой, парциальное давление кислорода в которой Р=0,21 атм. Следовательно, при определении термодинамической возможности протекания коррозионного процесса с кислородной деполяризацией следует производить учитывая реальное парциальное давление кислорода в воздухе (см. табл.). Т.к. значения (V ) очень положительны, то условия соблюдаются в очень многих случаях. В следующей таблице приведены значения ЭДС и изменения изобарно-изотермических потенциалов коррозионных процессов с кислородной деполяризацией: Me + n/2HO + n/4O = Me(OH)

Металлы Твердый продукт(E)обр = (VO2)-(VMe)обр G коррозии (VO2)-(VMe)обр Mg Mg(OH) +3,104 -71,6 Mn MnO +2,488 -25,6 Zn Zn(OH) +1,636 -37,7 Fe Fe(OH) +1,268 -29,3 Fe Fe(OH) +1,164 -26,3 Cu CuO +0,648 -17,3 Cu Cu(OH) +0,615 -14,2 Ag AgO +0,047 -1,1

Сопоставляя эти данные с данными по водороду

Р (атм) рН=0 рН=7 рН=14

5*10 +0,186 -0,288 -0,642 1 0,000 -0,414 -0,828

позволяет указать на, то что кислородная деполяризация более термодинамически возможна чем водородная деполяризация. Изучение восстановления кислорода на неблагородных металлах (а именно они представляют наибольший интерес с точки зрения коррозии) затрудняется тем, что при катодной поляризации электрода металл может иметь потенциал более положительный, чем равновесный и, следовательно, подвергается окислению (ионизации). При катодной поляризации в определенном интервале потенциалов будут происходить одновременно два процесса восстановление кислорода и окисление металла. Окисление металла прекратится когда потенциал металла будет равен или станет отрицательнее равновесного потенциала металла. Эти обстоятельства затрудняют изучение процессов кислородной деполяризации.

Схема кислородной деполяризации. Каждый процесс с кислородной деполяризацией включает следующие последовательные стадии: 1) Растворение кислорода воздуха в растворе электролита. 2) Транспортировка растворенного кислорода в растворе электролита (за счет диффузии или перемешивания) к слою Прандтля. 3) Перенос кислорода в части слоя Прандтля П( )в результате движения электролита. 4) Перенос кислорода в диффузионном слое электролита толщиной или в пленке продуктов коррозии металла к катодным участкам поверхности. 5) Ионизация кислорода: а) в нейтральных и щелочных растворах

O2 + 4e + 2 h3O = 4OH- (водн) б) в кислых растворах O2 + 4e + 4 H+(водн) = 2Н2O 6) Диффузионный или конвектный перенос ионов ОН от катодных участков поверхности корродирующего металла в глубь электролита.

В реальных условиях коррозии металла наиболее затрудненными стадиями процесса являются: а) реакция ионизации кислорода на катоде. Возникающую при этом поляризацию называют перенапряжением кислорода. Говорят, что процесс идет с кинетическим контролем. б) Диффузия кислорода к катоду, либо перенапряжение диффузии. В этом случае, говорят, что процесс идет с диффузионным контролем. Возможны случаи когда обе стадии - ионизация кислорода и диффузия кислорода оказывают влияние на процесс. Тогда говорят, о кинетически-диффузионном контроле.

3.2 Перенапряжение ионизации кислорода. Перенапряжение ионизации кислорода чаще всего появляется в сильно перемешанных растворах, при интенсивной аэрации раствора (баротаж воздуха и др.), при наличии на металле тонкой пленки электролита (влаги) как и в случае с любой другой катодной реакцией восстановление перенапряжение ионизации кислорода зависит от катодной плотности тока, материала катода, температуры и некоторых других факторов. Если плотность тока достаточно высока i> А/м то перенапряжение ионизации кислорода является линейной функцией lgi т.е. имеет место зависимость тапа уравнения Тафеля V = - (Vk)э=х = a+b lg ik где а - постоянная зависящая от молярности катода его состояния, Т и пр., численно а=h при i=1; b постоянная зависящая от механизма возникновения перенапряжения. При заторможенности только реакции взаимодействия кислорода с электроном b=(RT/BnF)n 2,303 = 0,118/ n Зависимость перенапряжения ионизации кислорода на металлах в растворе: 0,5NaCl + 0,005MNaCO + 0,005MNaHCO (pH=9,2) в атмосфере кислорода при 20 С, раствор перемешивался а) в координатах б) в координатах. Катодная реакция ионизации кислорода состоит из цепи последовательных элементарных реакций, т.е. протекает стадийно: а) образование молекулярного иона кислорода O2+e = O2- б) образование пергидроксила O2- + H+ = HO2 в) образование пергидроксила иона HO2 + e = HO2- г) образование перекиси водорода. HO2- + H+ = h3O2 д) восстановление перекиси водорода до гидроксил иона и гидроксил-радикала h3O2 +e = OH- + OH е) Восстановление гидроксил-радикала до гидроксил иона OH + e = OH- Для ряде металлов (Fe,Cu,Au,Pt) при 25 С const b=0.10..0.13. Это свидетельствует о том, что причиной перенапряжения ионизации кислорода является замедленность элементарной реакции ассимиляции одного электрона (n=1). Для кислых растворов такой реакцией является, по видимому, образование молекулярного иона кислорода (а), а для щелочных сред - образование пергидроксил-иона (в).

Список используемой литературы

1. Исаев «Коррозия металлов» 2. Жук «Курс коррозии и защиты металлов»

www.ronl.ru

Смотрите также

..:::Новинки:::..

Windows Commander 5.11 Свежая версия.

Новая версия
IrfanView 3.75 (рус)

Обновление текстового редактора TextEd, уже 1.75a

System mechanic 3.7f
Новая версия

Обновление плагинов для WC, смотрим :-)

Весь Winamp
Посетите новый сайт.

WinRaR 3.00
Релиз уже здесь

PowerDesk 4.0 free
Просто - напросто сильный upgrade проводника.

..:::Счетчики:::..