Условия протекания электрохимической коррозии металлов: Электрохимическая коррозия

alexxlab | 13.11.1975 | 0 | Разное

Содержание

Условия протекания коррозионных процессов - Справочник химика 21

    Химическая коррозия характерна для сред, не проводящих электрический ток. При химической коррозии происходит прямое гетерогенное взаимодействие металла с окислителем окружающей среды. По условиям протекания коррозионного процесса различают а) газовую коррозию — в газах и парах без конденсации влаги на поверхности металла, обычно при высоких температурах. Примером газовой коррозии может служить окисление металла кислородом воздуха при высоких температурах б) коррозию в неэлектролитах — агрессивных органических, жидкостях, таких, как сернистая нефть и др. [c.207]
    Коррозия внутренней поверхности металлического оборудования может быть приостановлена или замедлена добавлением в транспортируемую или хранимую среду различных химических веществ (нейтрализаторов и ингибиторов коррозии). Следует отметить, что нейтрализаторы в настоящее время практически не применяются, а ингибиторы коррозии используются лишь при наличии подробных сведений о виде коррозии и условиях протекания коррозионного процесса. Для существующих установок в настоящее время разработан ряд методов введения ингибитора, обеспечивающих проникновение его в самые отдаленные зоны установки. 
[c.187]

    Виды коррозионных разрушений. Изменение поверхности металла в результате коррозионных процессов может быть различным в зависимости от свойств металла и условий протекания коррозионных процессов. На их развитие очень сильно влияет механическая напряженность металла. Виды коррозионных разрушений металла показаны на рис. 231. [c.523]

    УСЛОВИЯ ПРОТЕКАНИЯ КОРРОЗИОННЫХ ПРОЦЕССОВ и ХАРАКТЕР РАЗРУШЕНИЯ ГАЗОНЕФТЕПРОМЫСЛОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ [c.3]

    УСЛОВИЯ ПРОТЕКАНИЯ КОРРОЗИОННЫХ ПРОЦЕССОВ [c.5]

    Условием протекания коррозионного процесса в отсутствие внешнего тока является равенство скоростей а и г . Из этого равенства следует  [c.100]

    В присутствии ингибиторов могут существенно меняться условия протекания коррозионных процессов. Уменьшается доля свободной для реакции поверхности в связи с покрытием части ее адсорбированным ингибитором. Степень ингибирования процесса оказывается при этом пропорциональной Доле закрытой поверхности металла в, которая в свою очередь возрастает с увеличением концентрации добавок. Ингибиторы катионного типа изменяют 

[c.76]

    Морская коррозия, являющаяся разновидностью электрохимической коррозии, обладает рядом особенностей, связанных со своеобразием коррозионной среды и условий протекания коррозионного процесса. Кроме судов, этому виду коррозии подвержены портовые сооружения, установки для добычи нефти из морского дна, береговые конструкции и сооружения, установки для получения питьевой воды из морской и др. [c.30]

    Выбранные методы и режимы испытания должны обеспечивать условия протекания коррозионного процесса с большой скоростью в течение почти всего испытания. [c.18]

    Однако многообразие условий протекания коррозионных процессов выдвигают наряду с общими требованиями, свои специфические требования, вытекающие из особенностей того или иного производства. Так, например, при травлении проката необходимо, чтобы применяемый ингибитор имел высокую эффективность в -определенном температурном интервале (50—95 "С), не тормозил скорость растворения окалины, был устойчив к окислителям, стабильным в присутствии солей железа, совмещался с пенообразователями, не изменял механические характеристики металла, улучшал качество поверхности (препятствовал растравливанию поверхности), обладал последействием. 

[c.96]


    Для медных сплавов характерны те же основные условия протекания коррозионного процесса, что и для чистой меди они достаточно устойчивы в солевых растворах и в разбавленных неокислительных кислотах. Медь может применяться в промышленности в производстве формалина в колоннах дистилляции, если формалиновые смеси не содержат муравьиной кислоты и в аппараты не попадает воздух. В кипящей смеси формальдегида, воды и метилового спирта скорость коррозии меди не превышает 0,05 мм/год. [c.205]

    Для медных сплавов характерны те же основные условия протекания коррозионных процессов, что и для чистой меди. Они достаточно устойчивы в солевых растворах и разбавленных неокислительных кислотах. Более сильная коррозия медных сплавов отмечена при большем доступе кислорода, в частности, увеличение коррозии происходит в зоне усиленного перемешивания. Менее устойчивы медные сплавы в окислительных условиях и, в частности, в окислительных кислотах. 

[c.282]

    Торможение анодных процессов при коррозии возможно не только за счет воздействия на металл, но также путем изменения коррозионной среды или условий протекания коррозионного процесса. Здесь рассматриваются возможности торможения анодного процесса только за счет изменения состоя- [c.15]

    При проведении коррозионных испытаний необходимо учитывать, что реальные условия протекания коррозионных процессов воспроизвести в лаборатории невозможно. Поэтому проведение испытаний в производственных аппаратах или на опытно-промыщленных установках всегда предпочтительнее лабораторных и при проверке выбранных материалов их следует подвергать именно таким испытаниям. [c.50]

    Выбор варианта должен основываться в первую очередь на анализе условий протекания коррозионных процессов вплоть до появления неисправностей и отказов из-за коррозионных или коррозионно-механических повреждений и на обоснованном прогнозе изменения долговечности, затрат на изготовление и ремонт при освоении нового метода или средства предотвращения коррозионных повреждений. 

[c.192]

    Введение ингибитора приводит к изменению условий протекания коррозионного процесса. [c.81]

    Метод и режимы испытаний должны обеспечивать условия протекания коррозионного процесса в течение значительной части времени с большой скоростью. Существует несколько методов повышения скорости коррозии. Применительно к атмосферной коррозии или случаям периодического воздействия электролита на металл наиболее простым является увеличение времени воздействия электролита на металл. Известно, что в атмосферных условиях время воздействия электролита на металл ограничено и поэтому увеличение времени контакта металлической поверхности с электролитом может уже само по себе увеличить суммарный эффект и тем самым сократить время испытания. Поэтому простой путь ускорения испытаний, имитирующих атмосферные условия, заключается в том, чтобы электролит возможно дольше действовал на металлическую поверхность. [c.10]

    Многообразие реальных условий протекания коррозионного процесса, который зависит от природы металла, химического состава, структуры и состояния его поверхности, состава и концентраций электролита, условий диффузии и температуры, неизбежно приводит к разным формам зависимости скорости ра- 

[c.19]

    По условиям протекания коррозионного процесса разли чают атмосферную коррозию, протекающую под действием атмосферных, а также влажных газов, газовую, обусловленную взаимодействием металла с различными газами — кислородом, хлором и т, д. — при высоких температурах, коррозию в электролитах, в большинстве случаев протекающую в водных растворах и в зависимости от их состава подразделяющуюся на кислотную, щелочную и солевую. При контакте металлов, имеющих разные стационарные потенциалы в данном электролите, возникает контактная коррозия, а при одновременном воздействии коррозионной среды и постоянных или переменных механических напряжений — коррозия под напряжением. Понижение предела усталости металла, возникающее при одновременном воздействии переменных растягивающих напряжений и коррозионной среды, называют коррозионной усталостью. Кроме того, различают еще коррозионное растрескивание металла,, возникающее при одновременном воздействии коррозионной среды и внешних или внутренних механических растягивающих напряжений. Этот вид разрушений характеризуется образованием транскристаллитных или межкристал-литных трещин. Под влиянием жизнедеятельности микроорганизмов возникает также биокоррозия. Разрушение металла от коррозии при одновременном ударном действии внешней среды называют кавитационной эрозией. Без участия коррозионного воздействия среды эрозия протекает как процесс только механического износа металла. Многие из перечисленных условий возникновения и развития коррозионных процессов встречаются и в пароводяных трактах ТЭС. 

[c.26]


    Естественно, что термодинамические данные не позволяют оценить реальную опасность коррозии, которая определяется конкретными условиями протекания коррозионного процесса. Поэтому необходимо рассмотреть кинетику этого процесса, состоящего, как указано в гл. V, п. 2, из двух сопряженно протекающих реакций — анодной и катодной. Каждая из этих реакций протекает в соответствии с различными кинетическими закономерностями. Обе реакции связаны тем, что количество электронов, освободившихся при ионизации металла, должно быть одинаковым с количеством электронов, взаимодействующих с деполяризатором [реакции (П) и [c.40]

    Обычно металлическое изделие, деталь в машине, приборе, установке или конструкции контактирует, по крайней мере, еще с одной деталью. Возникающий контакт между двумя деталями, которые могут быть изготовлены из различных металлов, существенно изменяет условия протекания коррозионного процесса. Контакт при этом может быть анодным и катодным. В первом случае железо является катодом и на его поверхности протекает катодный процесс. Во втором случае железо — анод и активно растворяется, так как на его поверхности протекает анодный процесс. 

[c.60]

    Графический метод расчета скорости коррозии позволяет в отличие от аналитического рассчитать величину коррозии для весьма сложных случаев, соответствующих реальным условиям протекания коррозионного процесса. [c.417]

    В зависимости от условий протекания коррозионного процесса различают следующие виды разрушений материалов  [c.7]

    По условиям протекания коррозионного процесса электрохимическая коррозия подразделяется на следующие типы  [c.22]

    По условиям протекания коррозионного процесса различают следующие виды коррозии  [c.218]

    Как указывалось выше, необходимое условие протекания коррозионных процессов — наличие электролита. [c.133]

    Основными структурными составляющими железоуглеродистых сплавов являются феррит (твердый раствор углерода в а-железе) и аустенит (твердый раствор углерода в у-железе). Помимо этих составляющих, в стали присутствует цементит, а в чугуне — несвязанный углерод (графит). Все эти составляющие различаются величиной электродных потенциалов, и коррозионные микроэлементы в некоторых случаях могут работать весьма интенсивно, в особенности в условиях протекания коррозионного процесса с водородной деполяризацией. [c.198]

    По условиям протекания коррозионного процесса различают следующие виды электрохимической коррозии 1) коррозия при полном, частичном и переменном погружении в электролит 2) щелевая 1[ контактная коррозия 3) коррозия под действием механических напряжений. [c.63]

    Под коррозией понимают физико-химическое или химическое взаимодействие между металлом и средой, приводящее к ухудшению функциональных свойств металла, среды или включающей их технической системы. Химическое взаимодействие определяет, главным образом, химическую коррозию, характеризующуюся непосредственным взаимодействием реагирующих частиц металла и среды без возникновения электрического тока. Физикохимическое взаимодействие характерно для электрохимической и механо-химической коррозии, сопровождающейся возникновением электрического тока (ток коррозии). При механо-химической коррозии (коррозионно-меха-ническом изнашивании) электрохимические процессы накладываются на механическое взаимодействие трение, напряжение, циклическое давление и др. В зависимости от вида коррозийной среды и условий протекания коррозионного процесса различают около 40 видов коррозии атмосферная, газовая, подземная, биокоррозия, контактная, коррозия при трении, щелевая и др. 

[c.365]

    Несмотря на то, что доступ кислорода из Bosfljxa через значительный слой нефти весьма затруднителен, частая смена нефтепродукта и подтоварной воды, обогащенных кислородом воздуха, создает условия протекания коррозионному процессу с кислородной деполяризацией. [c.224]

    Графический метод расчета скорости коррозии (икорр= /тах) позволяет в отличие от аналитического оценить величину коррозии для сложных случаев, соответствующих близким к реальным условиям протекания коррозионного процесса. Знание потенциала фж позволяет вычислить величину катодной и анодной поляризации 

[c.466]

    Из сказанного можно сделать заключение, что многообразие требований и условий протекания коррозионных процессов не позволяют создать ингибитор, лригодный для защиты во всех условиях, для всех металлов. [c.96]

    Итак, введение структурно-морфологического аспекта процесса селективной коррозии позволяет с единых кинетических позиций объяснить не только появление коидентради-онных границ коррозионной устойчивости твердых растворов, содержащих благородный металл, но и изменение указанных границ в зависимости от условий протекания коррозионного процесса. [c.168]

    Таким образом, диффузионный механизм переноса кислорода через тонкие слои электролитов будет наблюдаться лишь в весьма тонких слоях порядка 30-10" см и ниже. Следует заметить, что наши результаты получены в опытах, проведенных в термостатированных условиях. В естественных условиях протекания коррозионных процессов эффективная толщина диффузионного слоя будет значительно меньше. Заслуживает внимания также то обстоятельство, что при переносе кислорода через тонкие слои эффективная толщина диффузионного слоя вследствие саморазмешивания пленок значительно ниже тех значений, которые принимаются для неразмешиваемых электролитов с естественной конвекцией, и составляет всего (30ч-150) . 10" см. [c.115]

    Обобщение результатов поиска позволило в ряде случаев сделать важные выводы относ1гтел1.но зависимости ингибирующего эффекта от состава коррозионной среды и условий протекания коррозионного процесса. В связи с этим следует отметить, нанример, наблюдение [c.235]


Коррозия металлов | Виды и условия возникновения коррозии металлов

Основные виды коррозии

Существует два вида коррозии металлов, с различными механизмами протекания процесса: химический и электрохимический. В обоих случаях разрушение стали происходит вследствие ее взаимодействия с внешними средами.

  • Химической коррозией называют процесс, который проходит в не проводящих электричество средах. Химическая коррозия появляется, к примеру, при нагреве металла с помощью высоких температур, при термической обработке либо горячей обработке давлением. На стальной поверхности в таком случае появляется пленка из различных химических соединений — оксидов, сульфидов и других.
  • Электрохимическая коррозия в большинстве случаев подразумевает наличие электрического тока. Примером данного процесса могут служить ржавление конструкций и изделий из металла в атмосфере, коррозия стальной арматуры используемой в гидросооружениях и корпусах судов, как в речной, так и в морской воде и прочее.

Пристальное рассмотрение механизмов электрохимической коррозии наравне с химической показывает, что каких-либо существенных различий между ними нет. В некоторых случаях наблюдается постепенный переход электрохимической коррозии в химическую и, наоборот, в растворах электролитов механизм коррозии стали может носить двоякий характер.

По условиям протекания коррозии бывают следующих типов:

  • Газовая — коррозия стали при высоких температурах в газах.
  • Коррозия в неэлектролитах (примером служит коррозия металлов в бензине).
  • Коррозия в электролитах – процесс, протекающий в жидких средах которые проводят электричество.
  • Атмосферная коррозия разнообразных конструкций из металла на воздухе.
  • Почвенная (примером служит коррозия подземных трубопроводов).
  • Контактная — электрохимическое разрушение стали, происходящее в процессе контакта нескольких металлов в электролите (примером служит коррозия деталей из медных сплавов, соприкасающихся с конструкциями из алюминия).
  • Электрокоррозия либо коррозия внешним током (примером служит коррозия подземной трубы под действием блуждающих токов).
  • Структурная — связанная с неоднородностью структуры металла; примером служит ускорение коррозионного процесса чугунного изделия помещенного в раствор серной кислоты из-за имеющихся в его составе включений графита.
  • Коррозия при трении; примером служит разрушение при вращении шейки вала в морской воде.
  • Коррозия под напряжением, которое изменяется по знаку и значению, что зачастую вызывает снижение предела выносливости металла — коррозионную усталость.
  • Биокоррозия- коррозия стали под воздействием выделяемых микроорганизмами продуктов.
  • Щелевая, протекающая в зазорах и небольших узких щелях между отдельными деталями.

По характеру и месту распределения коррозионных процессов различают межкристаллитную, сплошную и местную коррозии.

Сплошную коррозию отличает то, что коррозия охватывает всю поверхность металлического изделия, разрушая его почти равномерно. Этот вид коррозии довольно просто контролировать и оценивать.

Местная коррозия в основном сосредоточенна на некоторых участках поверхности материала. Это более опасный тип ржавления, так как он имеет значительную глубину, что приводит к выходу изделия из строя. Зачастую этот тип коррозии появляется в результате механических повреждений поверхности стального изделия.

При межкристаллитной коррозии разрушение металла начинается с его поверхности и распространяется вглубь изделия, обычно по границам зерен. Коррозия межкристаллитного типа значительно снижает несущие способности стали, вызывает хрупкость металла. Этот вид коррозии часто встречается на практике и является очень опасным. Обычно ржавления происходит после термической обработки металлов либо сварки.

Наша продукция

электрохимическая коррозия, химическая коррозия, катодная коррозия, атмосферная коррозия, газовая коррозия и др.

Коррозионные процессы классифицируют по механизму взаимодействия металлов с внешней средой; по виду коррозионной среды и условиям протекания процесса; по характеру коррозионных разрушений; по видам дополнительных воздействий, которым подвергается металл одновременно с действием коррозионной среды.

По механизму процесса различают химическую и электрохимическую коррозию металлов.

Химическая коррозия — это процесс взаимодействия металла с коррозионной средой, при котором окисление металла и восстановление окислительного компонента среды протекают единовременно в одном акте. Продукты взаимодействия пространственно не разделены.
Электрохимическая коррозия — это процесс взаимодействия металла с коррозионной средой (раствором электролита), при котором ионизация атомов металла и восстановление окислительного компонента коррозионной среды протекают не в одном акте и их скорости зависят от электродного потенциала.

По виду коррозионной среды и условиям протекания различают несколько видов коррозии.

Газовая коррозия - это химическая коррозия металлов в газовой среде при минимальном содержании влаги (как правило не более 0,1%) или при высоких температурах. В химической и нефтехимической промышленности такой вид коррозии встречается часто. Например, при получении серной кислоты на стадии окисления диоксида серы, при синтезе аммиака, получении азотной кислоты и хлористого водорода, в процессах синтеза органических спиртов, крекинга нефти и т.д.

Атмосферная коррозия — это коррозия металлов в атмосфере воздуха или любого влажного газа.

Подземная коррозия — это коррозия металлов в почвах и грунтах.

Биокоррозия — это коррозия, протекающая под влиянием жизнедеятельности микроорганизмов.

Контактная коррозия — это вид коррозии, вызванный контактом металлов, имеющих разные стационарные потенциалы в данном электролите.

Радиационная коррозия - это коррозия, обусловленная действием радиоактивного излучения.

Коррозия внешним током и коррозия блуждающим током. В первом случае — это коррозия металла, возникающая под воздействием тока от внешнего источника. Во втором случае — под воздействием блуждающего тока.

Коррозия под напряжением — коррозия, вызванная одновременным воздействием коррозионной среды и механических напряжений. Если это растягивающие напряжения, то может произойти растрескивание металла. Это очень опасный вид коррозии, особенно для конструкций, испытывающих механические нагрузки (оси, рессоры, автоклавы, паровые котлы, турбины и т.д.). Если металлические изделия подвергаются циклическим растягивающим напряжениям, то можно вызвать коррозионную усталость. Происходит понижение предела усталости металла. Такому виду коррозии подвержены рессоры автомобилей, канаты, валки прокатных станов.

Коррозионная кавитация — разрушение металла, обусловленное одновременным коррозионным и ударным воздействием внешней среды.

Фреттинг-коррозия — это коррозия, вызванная одновременно вибрацией и воздействием коррозионной среды. Устранить коррозию при трении или вибрации возможно правильным выбором конструкционного материала, снижением коэффициента трения, применением покрытий и т.д.

Коррозия называется сплошной, если она охватывает всю поверхность металла. Сплошная коррозия может быть равномерной, если процесс протекает с одинаковой скоростью по всей поверхности металла, и неравномерной когда скорость процесса неодинакова на различных участках поверхности. Равномерная коррозия наблюдается, например, при коррозии железных труб на воздухе.
При избирательной коррозии разрушается одна структурная составляющая или один компонент сплава. В качестве примеров можно привести графитизацию чугуна или обесцинкование латуней.

Местная (локальная) коррозия охватывает отдельные участки поверхности металла. Местная коррозия может быть выражена в виде отдельных пятен, не сильно углубленных в толщу металла; язв - разрушений, имеющих вид раковины, сильно углубленной в толщу металла, или точек (питтингов), глубоко проникающих в металл.
Первый вид наблюдается, например, при коррозии латуни в морской воде. Язвенная коррозия отмечена у сталей в грунте, а питтинговая — у аустенитной хромоникелевой стали в морской воде.

Подповерхностная коррозия начинается на поверхности, но затем распространяется в глубине металла. Продукты коррозии оказываются сосредоточенными в полостях металла. Этот вид коррозии вызывает вспучивание и расслоение металлических изделий.

Межкристаллитная коррозия характеризуется разрушением металла по границам зерен. Она особенно опасна тем, что внешний вид металла не меняется, но он быстро теряет прочность и пластичность и легко разрушается. Связано это с образованием между зернами рыхлых малопрочных продуктов коррозии. Этому виду разрушений особенно подвержены хромистые и хромоникелевые стали, никелевые и алюминиевые сплавы.

Щелевая коррозия вызывает разрушение металла под прокладками, в зазорах, резьбовых креплениях и т.д.

Основные виды коррозии металлов | «ЧелМетСнаб»

Содержание:


Коррозией металлов называется их разрушение вследствие химического или электрохимического взаимодействия с окружающей средой. По механизму протекания процесса различают два типа коррозии металлов: химическую и электрохимическую.

Химическая коррозия - это коррозийный процесс, протекающий в средах, не проводящий электрический ток. Химическая коррозия имеет место, например, при высокотемпературном нагреве стали для горячей обработки давлением или термической обработки. При этом на поверхности металла образуются различные химические соединения - оксиды, сульфиды и другие - в виде пленки.

В отдельных случаях образовавшиеся при химической коррозии пленки, особенно сплошные, предохраняют металл от дальнейшей коррозии. Например, алюминий, олово, свинец, никель и хром способны к образованию на поверхности металлов плотных защитных пленок. пленки же на поверхности стальных и чугунных изделий непрочны, способны к растрескиванию и проникновению коррозии в глубь металла.

Электрохимическая коррозия обычно сопровождается протеканием электрического тока. Примерами могут служить ржавление металлических конструкций и изделий в атмосфере, корпусов судов и стальной арматуры гидросооружений в речной и морской воде и т.п.

Детальное рассмотрение механизмов химической и электрохимической коррозии показывает, что резкого различия между ними не существует. В ряде случаев возможен постепенный переход химической коррозии в электрохимическую и, наоборот, механизм коррозии металлов в растворах электролитов может иметь двоякий характер.

Коррозия по условиям протекания бывает следующая. Газовая- коррозия металла в газах при высоких температурах. Коррозия в неэлектролитах (например, коррозия стали в бензине). Атмосферная коррозия различных металлических конструкций на воздухе. Коррозия в электролитах- в проводящих электрический ток жидких средах. Почвенная (например, коррозия подземных трубопроводов). Коррозия внешним током или электрокоррозия (например, коррозия подземной трубы блуждающими токами). Контактная - электрохимическое разрушение металлов, происходящее в результате контакта различных металлов в электролите (например, коррозия деталей из алюминиевых сплавов, соприкасающихся с деталями из меди). Структурная- связанная со структурной неоднородностью металлов; например, ускорение коррозионного процесса чугуна в растворе серной кислоты в результате имеющихся в нем включений графита. Коррозия под напряжением, изменяющимся по значению и знаку, что часто вызывает коррозионную усталость- понижение предела выносливости металла. Коррозия при трении; например, разрушение шейки вала при вращении в морской воде. Щелевая, протекающая в узких щелях и зазорах между отдельными деталями. Биокоррозия- коррозия металлов под воздействием продуктов, выделяемых микроорганизмами, и пота рук человека. По характеру коррозионных процессов и месту их распределения различают сплошную, местную и межкристаллитную коррозию. Сплошная коррозия характеризуется тем, что металлическое изделие разрушается почти равномерно и коррозия охватывает всю его поверхность. Этот вид коррозии сравнительно легко поддается контролю и оценке.

Местная коррозия обычно бывает сосредоточенна на отдельных участках поверхности изделия. Это более опасный вид коррозии, так как распространяется на значительную глубину, а следовательно, приводит к потере работоспособности изделий. Чаще всего этот вид коррозии наблюдается в местах механических повреждений поверхности изделий. При межкристаллитной коррозии процесс разрушения начинается с поверхности изделия и распространяется в глубь его, в основном по границам зерен. Межкристаллитная коррозия вызывает хрупкость металла и значительное снижение его несущей способности. Этот часто встречающийся на практике вид коррозии является весьма опасным и обычно имеет место при термической обработке металлов или сварке. Степень коррозийной стойкости сталей существенно зависит от содержания углерода. Так, с уменьшением содержания углерода в легированной хромоникелевой стали марки Х18Н9 до 0.015% практически устраняется склонность ее к межкристаллитной коррозии.

Методы защиты металлов от коррозии, их эффективность


Существуют многочисленные способы защиты металлов от коррозии. Выбор того или иного способа определяется конкретными условиями работы и хранения металлических изделий. Применяются следующие способы защиты: легирование сталей, нанесение металлических покрытий, электрохимическая защита.

Легирование наиболее надежно защищает металл от коррозии, причем наиболее эффективно в условиях воздействия механических напряжений и коррозийной среды. Легирование позволяет предотвратить и коррозийное растрескивание изделий.

Так, например, к группе сталей с особыми химическими свойствами относят коррозионно-стойкие стали. Их получают путем введения в углеродистые и низколегированные стали значительных добавок хрома или хрома и никеля. При содержании хрома 13, 17 и 25% хромистые стали являются не только коррозионно-, но и жаростойкими. Хромоникелевые стали обладают большей коррозионной стойкостью, чем хромистые, и находят широкое применение в химической промышленности.

Механизм защиты сталей от коррозии их легированием различен и связан либо с повышением коррозионной стойкости всего объема металла, либо с образованием на поверхности изделия защитных пленок.

Металлические покрытия наносят на поверхность изделия тонким слоем металла, обладающего достаточной стойкостью в данной среде. Металлические покрытия придают также поверхностным слоям металлоизделий требуемую твердость, износостойкость. Различают два типа металлических покрытий- анодное и катодное. Для железоуглеродистых сплавов таким анодным покрытием может служить покрытие из цинка и кадмия. В воде и во влажном воздухе цинк покрывается слоем основной углекислой соли белого цвета, защищающим его от дальнейшего разрушения. Широкое применение получили цинковые покрытия для защиты арматуры, труб и резервуаров от действия воды и горячих жидкостей.

Металлические покрытия наносят различными способами. Наиболее часто применяется горячий метод, гальванизация и металлизация.

При горячем методе изделие погружают в расплавленный металл, который смачивает его поверхность и покрывает тонким слоем. Затем изделие вынимают из ванны и охлаждают. Таким методом изделие покрывают слоем олова или цинка. Лужение применяют при изготовлении белой жести, при устройстве покрытий на внутренних поверхностях пищевых котлов и других изделий. Цинкованием предохраняют от коррозии, например, кровельное железо, водопроводные трубы.

При гальваническом способе металлические изделия помещают в гальваническую ванну. Под действием электрического тока на поверхности изделия происходит катодное осаждение пленки защитного металла. Толщину гальванического покрытия можно регулировать в широких пределах. Покрытия получают также распылением расплавленного металла с помощью специальных металлизационных пистолетов и напылением на его поверхность защищаемого металла. Этот вид защиты используют для крупногабаритных конструкций: ж./д мостов и т. д. В качестве защитного металла используют алюминий, цинк, хром, коррозионно-стойкие стали.

Неметаллические покрытия выполняются из лаков, красок, эмалей и др. веществ и изолируют изделие от воздействия внешней среды. Эти покрытия имеют преимущество перед металлическими. Они легко наносятся на изделие, хорошо закрывают поры, не изменяют свойств металла и являются относительно дешевыми. При хранении и перевозке изделий металлические изделия покрывают специальными смазочными материалами, минеральными маслами и жирами. Для защиты изделий, работающих в высокоагрессивных средах, применяют пластмассовые покрытия из винипласта, поливинилхлорида.

Химические покрытия - защитные оксидные иные пленки- создаются при воздействии на металл сильных химических реагентов. Широко применяются также оксидирование и фосфатирование металлоизделий.

Оксидирование заключается в создании на поверхности изделия оксидной пленки, обладающей большой коррозийной стойкостью. Наиболее широко применяют оксидирование для защиты от коррозии изделий из алюминия и его сплавов.

Фосфатирование стальных изделий заключается в создании поверхностного слоя из фосфатов марганца и железа. Фосфатные покрытия используются в дальнейшем в качестве подслоя. Фосфатные покрытия часто применяются в сочетании со смазочными материалами для уменьшения трения при обработке металлов давлением, волочением, для хорошей приработке трущихся деталей машин.

В отдельных случаях прибегают к защите металлов от коррозии при помощи протекторов. Сущность протекторной защиты заключается в том, что к поверхности защищаемого изделия прикрепляют протекторы- куски металла. Образуется гальваническая пара , в которой анод- протектор, катод- изделие. В результате протектор разрушается, защищая изделие. Таким образом, защищают, например, подводные металлические части кораблей, прикрепляя к ним пластины цинка.

Возможно вас заинтересует


Народнохозяйственное значение борьбы с коррозией


Одним из основных факторов, определяющих долговечность машин и оборудования, является коррозия металлов. Потери от коррозии можно разделить на прямые и косвенные. Прямые потери- это стоимость заменяемых изделий, затраты на защитные мероприятия и безвозвратные потери металла вследствие коррозии. По подсчетам специалистов, безвозвратные потери металла в мировом масштабе составляют в настоящее время около 10...15% от объема производства стали. Косвенные потери продукта в результате утечек, снижение производительности агрегата, загрязнение продуктами коррозии целевого продукта и т.п.

Значительная часть мощности предприятий черной металлургии затрачивается на восполнение потерь металла вследствие коррозии. Однако это далеко не полностью отражает действительный ущерб, связанный с выходом из строя изделий из металла. Значительные потери обусловлены авариями оборудования, простоями его, потерями и отходами в металлообработке, нарушениями качества продукции и в конечном счете повышением ее себестоимости и снижением производительности труда. Поэтому экономия металла, повышение качества металлов и металлоизделий, уменьшение коррозионных потерь - непременное условие повышения эффективности производства и качества продукции, которое должно обеспечиваться в государственном масштабе.

Условия протекания электрохимической коррозии

Условия протекания электрохимической коррозии

Как решать задачи по теме “Электрохимическая коррозия металлов”?
Для начала давайте разберемся, что такое электрохимическая коррозия.

Электрохимическая коррозия (гальванокоррозия) – процесс взаимодействия металла с коррозионной средой, сопровождающийся протеканием окислительно-восстановительных реакций (ОВР). Это самый распространенный вид коррозии.
ОВР – реакции, сопровождающиеся изменением степени окисления. Здесь существуют 2 процесса:
1. Окисление – процесс увеличения степени окисления.
2. Восстановление – процесс уменьшения степени окисления.

Таким образом, окислитель присоединяет электроны, а восстановитель отдает электроны.
Например:

Условием протекания электрохимической коррозии является:
1. наличие раствора электролита
2. наличие двух сопряженных процессов – катодного и анодного.

Анодом (А) называется участок поверхности металла, с которого ионы переходят в раствор электролита. Анод заряжен отрицательно (-) и на нем протекает окислительный процесс разрушения металла.
Катод (К) – участок поверхности металла, где разряжаются катионы электролита. Катод заряжен положительно (+) и на нем протекает восстановительный процесс.
Таким образом, поверхность металлического изделия представляет собой совокупность катодных и анодных микроучастков, которые в среде электролита образуют короткозамкнутые гальванические элементы.

Во время работы гальванические элементы могут частично поляризоваться. В результате перехода электронов с анода на катод потенциал катода становится более отрицательным, а потенциал анода более положительным. В этом случае происходит явление выравнивания потенциалов, что вызывает прекращение тока и коррозии.

В электрохимии ключевым понятием является активность металла.
Активность металла характеризуется величиной стандартного потенциала металла.

Чем меньше величина стандартного потенциала металла, тем больше способность атомов металла, погруженного в раствор, отдавать электроны, т.е. тем больше его химическая активность.

В зависимости от величины стандартного потенциала металлы объединены в электрохимический ряд напряжений. Окислительная способность металлов увеличивается в этом ряду слева направо, а восстановительная способность металлов увеличивается справа налево. Чем левее находится металл в ряду напряжений (чем отрицательней значение его потенциала), тем выше его химическая активность.
Анодом является более химически активный металл в паре, а катодом – пассивный.

Таким образом, по ряду напряжений легко определить какой металл является анодом, а какой катодом.
Например, оцинкованное железо. Это железо с цинковым покрытием.
Посмотрим, какое положение занимают эти металлы в ряду напряжений.
Цинк в ряду напряжений находится левее, значение его потенциала более отрицательно, чем у железа. Таким образом, цинк – более активный металл и в нашем случае он будет являться анодом, а железо, соответственно, катодом.

Если взять другой пример – луженое железо, то это железо, покрытое оловом.
Рассмотрим положение в ряду напряжений железа и олова. В этом случае анодом будет железо, т.к. располагается в ряду напряжений левее, а значит, химически активнее. На катоде будет олово.
Наряду с процессом поляризации протекает и процесс деполяризации. Это процесс повышения потенциала катода.

Наиболее распространенные деполяризаторы:
• растворенный в воде кислород
• молекулы воды
• катионы водорода
О том, какой деполяризатор будет определять протекание катодного процесса, можно судить по соотношению их концентраций. Нужно знать реакцию среды (кислая, щелочная, нейтральная) и на основании этого выбирать нужное уравнение для катода.


Механизм электрохимической коррозии металлов

Первопричиной коррозии металлов, в том числе и электрохимической коррозии, является их термодинамическая неустойчивость. При взаимодействии с электролитами металлы самопроизвольно растворяются, переходя в более устойчивое окисленное (ионное) состояние. Большой теоретический и практический интерес представляет механизм этого саморастворения металлов, т.е. механизм коррозионного процесса, его основные закономерности, скорость протекания процесса и характер коррозионного разрушения.

Глава 1. Химический и электрохимический механизмы растворения металлов в электролитах

Самопроизвольный переход металлов в окисленное (ионное) состояние при взаимодействии с другими веществами может протекать по двум различным механизмам: 1) химическому, 2) электрохимическому.

Химический механизм в виде проходящей на одном и том же участке поверхности в одну стадию и независящей от потенциала металла химической реакции без участия свободных электронов, когда металл, отдавая окислителю валентные электроны, вступает с ним в химическое соединение или образует ионы, может иметь место и в электролитах:

разложение амальгам щелочных металлов растворами с высоким pH (В.Н. Коршунов и 3.А. Иофа)

травление кремния в концентрированной щелочи (С.У. Изидинов, Т.И. Борисова, В.И. Веселовский)

растворение железа, хрома и их сплавов в 0,1-н. H2SO4 (Я.М. Колотыркин и Г.М. Флорианович)

растворение алюминия в 50%-ной СН3СООН (Н.А. Михайлова, Н.П. Жук, И.А. Бартеньева и А.В. Турковская)

Электрохимический механизм в виде протекающей с участием свободных электронов электрохимической реакции, при которой ионизация атомов металла [см. уравнение (271)] и восстановление окислительного компонента коррозионной среды [см. уравнение (326)] проходят не в одном акте и их скорости зависят от величины электродного потенциала металла, имеет место в подавляющем большинстве случаев коррозии металлов в электролитах и является, таким образом, преобладающим.

Возможность подразделения процесса растворения металлов в электролитах на два сопряженных процесса – анодный и катодный – облегчает в большинстве случаев его протекание по сравнению с химическим взаимодействием. При электрохимическом взаимодействии окислитель играет лишь роль деполяризатора, отнимающего валентные электроны металла и обеспечивающего переход металла в ионное состояние, но не вступает с ним при этом в химическое соединение [вторичные процессы и продукты коррозии при электрохимическом механизме коррозии металлов могут иметь место (см. с. 212), но они не обязательны].

1.1. Термодинамическая возможность электрохимической коррозии металлов

Принципиальная возможность или невозможность самопроизвольного протекания процесса электрохимической коррозии металла, так же как и химической коррозии, определяется знаком изменения свободной энергии процесса. Возможно самопроизвольное протекание только коррозионных процессов, которое сопровождается убылью изобарно-изотермического потенциала, т.е. ΔGТ 0, a ΔGТ + H2О + e = H + H2О = ½ H2 + H2О

2) нейтральными молекулами:

Таблица 28 – Стандартные окислительно-восстановительные потенциалы катодных деполяризующих реакций в водных растворах при 25 °С (по Н.Д. Томашову и Н.Е. Хомутову)

где R – радикал или органическая молекула.

Обратимые окислительно-восстановительные потенциалы катодных реакций (Vк) oбр = (Vо-в)oбр характеризующие возможность протекания последних, выражаются уравнением

где (Vк) oбр = (Vок-в) oбр – стандартный окислительно-восстановительный (обратимый окислительно-восстановительный потенциал при ), см. таблицу 28,

aок и aв – активность окислителя и восстановителя соответственно,

р и q – стехиометрические коэффициенты окислителя и восстановителя соответственно в окислительно-восстановительной реакции.

Наибольшее значение в большинстве конкретных случаев электрохимической коррозии металлов имеют катодные реакции: (342) – кислородная деполяризация и (332) – водородная деполяризация (деполяризация водородными ионами).

1.3. Гомогенный и гетерогенный пути протекания электрохимической коррозии металлов

Современная теория электрохимической коррозии металлов [1] сноска исходит из возможности протекания процесса как гомогенно-электрохимическим, так и гетерогенно-электрохимическим путем (локальные элементы), из которых второй (гетерогенно-электрохимический) в практических случаях коррозии преобладает.

В теории необратимых электродных потенциалов металлов А.Н. Фрумкина (см. с. 176), в которой сформулирован электрохимический механизм саморастворения (коррозии) металлов в электролитах, рассматривалось растворение металла с однородной (гомогенной) поверхностью, т. е. предполагалось, что скорость протекающих на поверхности электрохимических реакций одинакова на всех участках и что все точки поверхности обладают одним и тем же значением потенциала [2] сноска (т.е. что поверхность является строго эквипотенциальной). Автор этой теории считает, что такое допущение вполне законно для жидкого металла, например для поверхности ртути или амальгамного электрода, которая может служить образцом однородной поверхности. Относительно твердого металла это допущение может служить лишь известным приближением. Даже если твердый металл химически вполне однороден, разные участки его поверхности не являются вполне однородными физически. Разные точки поверхности, различающиеся своим положением в решетке отдельных кристаллитов, обладают различной энергией и различными свойствами, что отражается на кинетике электрохимических реакций, протекающих в этих точках. Особенно резкое отклонение от принятой упрощенной картины получается в том случае, когда металл содержит в себе инородные включения и когда вследствие этого на его поверхности имеются разделенные участки с различными физическими и химическими свойствами [2] сноска .

А. Н. Фрумкиным и В. Г. Левичем [3] сноска было теоретически доказано, что поверхность корродирующего металла остается приблизительно эквипотенциальной и при наличии неоднородностей, если только размеры включений малы, а электропроводность электролита достаточно велика, что подтверждено измерениями Г. В. Акимова и А. И. Голубева (рис. 129).

Как видно из рисунка 129, наблюдаются заметные изменения потенциала при переходе от одной составляющей сплава (анод-цинк, катод-FeZn7) к другой, но абсолютная величина их невелика. В тех случаях, когда нас интересует только общая величина коррозии, а не распределение ее по поверхности (например, при определении величины саморазряда электрода источника тока), это позволяет трактовать заведомо неоднородную поверхность как однородную. Необходимо иметь, однако, в виду, что в случае металла с неоднородной поверхностью значение общей, скорости коррозионного процесса, как правило, еще совершенно не определяет величины и степени опасности коррозионных разрушений. Как видно из рисунка 129, скорость анодного процесса резко возрастает с приближением к краю катодного включения. Разрушение металла происходит, следовательно, неравномерно, в данном случае оно концентрируется главным образом вблизи включения [2] сноска .

Таким образом, гомогенная трактовка протекания электрохимического коррозионного процесса, являющаяся вполне законной для жидкого металла, при переходе к твердому металлу может служить только известным приближением являющимся упрощенной картиной при наличии в металле инородных включений и пригодным только для металлов повышенной частоты или для количественной оценки случаев более или менее равномерного характера разрушения поверхности корродирующего металла, т.е. когда общая величина коррозии представляет интерес.

По этой теории, в стационарных условиях суммарные скорости анодного iа и катодного iк процессов саморастворения (коррозии) металла равны, т.е.

что значительно упрощает расчеты, но дает очень грубое приближение или вовсе не пригодно для оценки и расчета неравномерных и местных коррозионных разрушений металлов.

Согласно более ранней, имеющей почти полуторавековую историю, гетерогенной трактовке процессов электрохимической коррозии металлов (теории локальных элементов), участки анодной и катодной реакций пространственно разделены и для протекания коррозии необходим переток электронов в металле и ионов в электролите. Такое пространственное разделение анодной и катодной реакций энергетически более выгодно, так как они локализуются на тех участках, где их прохождение облегчено (энергия активации реакции меньше).

В большинстве практических случаев протекание электрохимической коррозии обычно характеризуется локализацией анодного и катодного процессов на различных (более или менее постоянных) участках корродирующей поверхности металла, что приводит к неравномерному или местному характеру (см. с. 15) коррозионного разрушения. Эти отличающиеся по своим физическим и химическим свойствам участки корродирующей поверхности металла, на которых происходят анодный или катодный процессы, являются в зависимости от их размеров короткозамкнутыми макрогальваническими (имеющими размеры, хорошо различимые невооруженным глазом) или микрогальваническими (обнаруживаемыми лишь при помощи микроскопа) элементами (рис. 130).

Таким образом, электрохимическая коррозия металлов напоминает работу гальванического элемента, в котором отрицательный электрод (например, цинк) растворяется, когда он соединен проводником со вторым электродом, на котором восстанавливаются ионы водорода или другие вещества [4] сноска и поэтому ее можно рассматривать как результат работы большого числа коррозионных гальванических элементов на корродирующей поверхности металла, соприкасающейся с электролитом.

Основателем теории микрогальванических (локальных) элементов принято считать де для Рива (1830 г.), хотя еще в 1813 г. аналогичная теория была сформулирована Ф.И. Гизе. Теория микрогальванических элементов получила признание и свое дальнейшее развитие в XX в. благодаря трудам многих ученых и прежде всего Н.А. Изгарышева, Г. В. Акимова и его школы. А.И. Голубевым и Г.В.Акимовым были исследованы реальные микроэлементы.

Эта теория в ее современном виде объясняет не только общую величину коррозии, но и влияние гетерогенности поверхности корродирующих металлов (включая и структурную гетерогенность) на характер и скорость (увеличение и уменьшение ее, равно как и отсутствие влияния в ряде случаев) коррозионного разрушения. Она была широко использована для объяснения коррозионного поведения конструкционных металлов и сплавов в различных условиях [5] сноска .

По этой теории, в стационарных условиях суммарные скорости анодного iа и катодного iк процессов при саморастворении (коррозии) металлов не равны, так как площади анодных и катодных участков, как правило, не равны, т.е. Sа ≠ Sк, поэтому

При этом скоростью собственно коррозии является только первая величина, т.е. анодная плотность тока iа.

Современная теория электрохимической коррозии металлов не противопоставляет два пути (гомогенный и гетерогенный) протекания процесса, полагая, что соответствующие теоретические положения, основанные в обоих случаях на использовании электрохимической термодинамики и кинетики, дополняют друг друга, так как каждое из них имеет свои границы применения. В связи с этим попытки необъективной критики одной из этих теорий [6] сноска являются ненужными.

1.4. Коррозионные гальванические элементы и причины их возникновения

Поверхность корродирующего металла представляет собой обычно многоэлектродный, т.е. состоящий из нескольких (более двух) отличающихся друг от друга электродов, гальванический элемент (рис. 131). В первом приближении эту поверхность можно рассматривать как двухэлектродную систему, т.е. состоящую из участков двух видов — анодных (одного сорта) и катодных (тоже одного сорта).

Причины возникновения электрохимической гетерогенности (неоднородности) поверхности раздела металл — электролит при электрохимической коррозии металлов приведены в таблице 29.

Таким образом, электрохимическая гетерогенность поверхности корродирующего металла приводит к дифференциации последней на анодные (с более отрицательным электродным потенциалом Va) и катодные (с более положительным электродным потенциалом Vк) участки. Степень гетерогенности этой поверхности характеризуется разностью электродных потенциалов анодных и катодных участков, т.е. (Vк) oбр – (Vа) обр (см. рис. 129).

1.5. Схема и особенности электрохимического коррозионного процесса

Электрохимическое растворение металла — сложный процесс, состоящий из трех основных процессов (рис. 133):

1) анодного процесса — образования гидратированных ионов металла в электролите и некомпенсированных электронов на анодных участках по реакции

2) процесса перетекания электронов по металлу от анодных участков к катодным и соответствующего перемещения катионов и анионов в растворе,

Таблица 29 – Причины возникновения электрохимической гетерогенности поверхности металл-электролит (типы коррозионных гальванических элементов) по Н. Д. Ромашову


Виды коррозии, защита и хранение металлических изделий

Виды коррозии, защита и хранение металлических изделий

Несоблюдение правил хранения может привести к порче продукции. Гарантия производителя на изделия из оцинкованной стали предоставляется только в том случае, если соблюдены все условия транспортировки, хранения и монтажа изделий.

Основой оцинкованных изделий служит стальной лист, на котором под внешним воздействием атмосферы возможно возникновение коррозии. Чтобы этого избежать тонколистый стальной прокат обработан несколькими защитными слоями: цинковым и несколькими полимерными покрытиями, которые препятствуют прямому контакту стали с внешней средой.

Если оцинкованная сталь подвергается воздействию влаги (дождь, роса, конденсат) в среде, где не хватает кислорода, то вода быстро реагирует с цинком и постепенно разъедает покрытие. Наиболее распространённые условия, в которых появляется белая ржавчина, — изделия хранятся в заводской упаковке и/или плотно прижатыми друг к другу. 

Физико-химические процессы разрушения металла

Коррозия — это самопроизвольно протекающий процесс разрушения металла, вследствие химического или электрохимического взаимодействия металла с окружающей средой. 

Различают химическую и электрохимическую коррозию. 

Химическая коррозия — коррозия металла в газовой и жидкостной среде, не проводящей ток. Коррозия этого вида состоит в окислении металла в результате непосредственного его химического взаимодействия с окружающей средой. В таких средах, как воздух, продукты сгорания каменного угля и других видов топлива (нефть, бензин, керосин, смазочные масла) обычно развивается химическая коррозия.

Но наличие даже небольших количеств влаги в указанных веществах может в большей или меньшей степени сообщить коррозии электрохимический характер. Химическая коррозия в чистом виде — достаточно специфическое явление, преобладающее в средах, достаточно закрытых для окружающего природного воздействия. Большое практическое значение имеет электрохимическая коррозия.


  
Электрохимическая коррозия

Электрохимическая коррозия имеет характер анодного окисления металла, которое может протекать по двум различным механизмам:  

– гальванокоррозия — окисление металла, являющегося анодом самопроизвольно возникающей гальванической цепи; 

– электрокоррозия — окисление металла, являющегося анодом своеобразной электролизной системы, самопроизвольно возникающей под влиянием тока от внешнего источника.

Гальванокоррозия

При гальванокоррозии основная масса металла обычно играет роль анода. В качестве материала катода могут служить самые разнообразные вещества, но обязательно являющиеся электронными проводниками. Сюда относятся более электронофильные металлы, чем анод. Например, по отношению к железному аноду такими металлами являются Sn, Pb, Cu, Hg, Ag и т.п. Роль катодов может выполнять и ряд электропроводящих неметаллических материалов, среди которых назовём ржавчину, зёрна графита, угля, цементита (карбида железа Fe3C), шлаковые включения в металл и т.д. 

Процессы, протекающие при гальванокоррозии, рассмотрим на двух примерах, представляющих практический интерес: коррозию железа в контакте: а) с цинком и б) с оловом во влажном воздухе. 

а) Коррозионный процесс в гальванопаре Zn/Fe. Цинк, как сравнительно более химически активный металл, подвергается анодному окислению и переходит в состояние ионов. 

Реакция на аноде**: 2Zn – 4e- → 2Zn** (окисление).
Реакция на катоде: 2h3O + O2 + 4e- → 4OH’ (восстановление).
Вторичная реакция: 2Zn** + 4OH’ → 2Zn(OH)2.

В процессе работы коррозионной гальванопары Zn/Fe окисляется, разрушается цинк. За счёт электронов последнего железо предохраняется от коррозии.  

б) Коррозионный процесс в гальванопаре Sn/Fe. В данном случае железо более химически активный металл, чем олово. Катодом гальванопары будет олово, а анодом — железо. 

Реакция на аноде**: 2Fe – 4e- → 2Fe** (окисление).
Реакция на катоде: 2h3O + O2 + 4e- → 4OH’ (восстановление).  

Они приводят к образованию бурой ржавчины. 

Таким образом, в процессе работы рассматриваемой гальванопары окисляется и разрушается железо, а олово остается без изменения.

На практике подобные явления встречаются при коррозии оцинкованного и луженого железа. В случае нанесения на железо менее химически активного металла (Sn, Cu, Ni, Cr, Ag, Au), для придания поверхности декоративных и других полезных свойств, защита железа происходит путем его изоляции от внешней среды. При повреждении внешнего защитного слоя начинают протекать описанные реакции и железо ржавеет. 

Коррозионные элементы могут возникать во всех случаях, когда в присутствии электролита соприкасаются металлы, различающиеся между собой электродными потенциалами. 

Особо нужно отметить влияние температуры. Повышение температуры ускоряет физические и химические процессы. В водной среде это особенно заметно при температуре около 60°С. При температуре около 70°С в гальванопаре Zn/Fe может произойти изменение потенциала цинка, в результате чего цинковое покрытие становится катодам, а железо анодом. Отмечают, что изменению полярности цинка способствуют низкое содержание в воде кислорода и высокое бикарбонатов. В таких условиях коррозировать будет железо.

Электрокоррозия

К электрокоррозии относятся случаи электрохимической коррозии металлов, протекающие под влиянием электрического тока от внешнего источника. Здесь в основе явления, как уже отмечалось, лежит самопроизвольно возникающий процесс электролиза. В качестве примера рассмотрим электрокоррозию под влиянием так называемых блуждающих токов. 

Металлические листы с полимерным покрытием, сложенные в пачку, представляют собой электрический конденсатор, где металлическая основа листа представляет собой обкладки конденсатора, а полимерное покрытие — диэлектрический слой между обкладками. В следствие неравномерности нагрева листов, воздействия внешних источников энергии и других факторов окружающей среды между различными листами пачки могут возникать разности электрического потенциала. 

В воде любого типа в большем или меньшем количестве содержатся растворенные соли, коллоидные и взвешенные вещества, живые микроорганизмы, в воду попадают частицы пыли и дыма. Поэтому при изучении поведения цинка и цинковых покрытий в водных средах воду следует рассматривать как коррозионный электролит. Если торцевую часть листов с разностью электрических потенциалов поместить в раствор соли, которым могут являться атмосферные осадки и конденсат, то возникает естественный процесс электролиза. На одном из листов, на его торцевой части, будет происходить анодное окисление металла, т.е. его коррозия. 

Состав электролита, в особенности величина его рН, существенно влияет на скорость коррозии. Так, повышение концентрации Н’-ионов (кислая среда), как правило, резко убыстряет разрушение металла. 

Повышение концентрации ОН’-ионов (щелочная среда) в электролите замедляет коррозию таких металлов, как Fe, Mg в следствии образования гидроокисных защитных плёнок. 

У металлов Al, Zn, Pb повышение щелочности среды на разрушение этих металлов действует убыстряющим образом т.к. гидроокиси этих металлов растворимы в щелочах. Описанная особенность этих металлов является причиной такого явления как белая ржавчина. 

Белая ржавчина на цинковом покрытии

Цинк — сравнительно реактивный металл, он активно реагирует с кислотами и щелочами. Лучше всего он проявляет свои антикоррозионные свойства в рН нейтральной среде. Долговечность цинкового покрытия зависит от формирования оксидно-карбонатной пленки. После окончательного формирования оксидно-карбонатной пленки уровень коррозии цинковых покрытий становится очень низким — не более двух микрон в год в нейтральной среде.
Химические реакции, требуемые для формирования этой плёнки, занимают некоторое время (от нескольких недель до нескольких месяцев): 

1. Фаза окисления 2Zn + O2 = 2ZnO
2. Фаза гидратации 2Zn = 2h3O + O2 = 2Zn(OH)2
3. Карбонизации 5Zn(OH)2 = 2CO2 + 2ZnCO3.3Zn(OH)2 + 2h3O

На последнем этапе окончательно формируется трудно растворимый основной карбонат цинка, который обеспечивает надежную антикоррозионную защиту цинковому слою при негативном воздействии влаги. В условиях относительно сухой среды протекают все три реакции, и на поверхности оцинкованного изделия формируется оксидно-карбонатная плёнка, будучи почти непроницаемой для кислорода и влаги, резко ограничивает дальнейший процесс взаимодействия цинка с кислородом.  

Иное происходит, если изделие свежеоцинкованное или на нём присутствуют места без сформированного плёночного покрытия (в частности, срезы профилированной продукции) хранится в условиях, когда на него воздействует дождь, роса, конденсат, а подвод углекислого газа и кислорода, способствующего образованию плотной оксидно-карбонатной пленки затруднен. В этом случает происходят только фазы окисления и гидратации. В результате получаются гидроксид и оксид цинка — вещества в виде белого порошка, обладающие низкой адгезионной способностью к поверхности, легко пропускающие кислород к цинку, допускающие его последующее окисление и развитие процессов образования белой ржавчины.

Еще одним случаем, представляющим опасность образования белой ржавчины, являются участки соприкасающихся между собой поверхностей оцинкованных изделий с уже окончательно сформировавшейся оксидно-карбонатной плёнкой. В этих местах задерживается дождевая влага (или конденсируется влага из воздуха при нахождении изделий на воздухе при температуре ниже точки росы), а испаряется она в последнюю очередь. Во всех природных водах присутствует углекислота, которая может находиться в воде в виде растворенного газа СО2 и недиссоциированных молекул Н2СО3 или ионов НСО3- и СО3в2-. Углекислота и присутствующие в воде нитраты, сульфаты, хлориды без доступа кислорода разрушают образующуюся на поверхности цинка оксидно-карбонатную пленку и тем самым усиливают коррозию, приводящую к образованию белой ржавчины. 

При очень длительном хранении (от полугода) оцинкованных изделий с полимерным покрытием в неблагоприятных условиях,  оксид  и гидроксид цинка — вещества в виде белого порошка может выделяться и на поверхности полимерного покрытия (в особенности на обратной стороне листа, который как правило покрыт только грунтовым полимерным слоем).
В благоприятных (для белой ржавчины) условиях разъедание цинка может происходить при уровнях коррозии в 20–50 раз больших, чем обычно предполагается. 

Условия хранения и эксплуатации

Из всего вышеизложенного можно сделать следующие выводы. 

Цинковое покрытие стальных изделий хорошо работает как защитный слой в нейтральной сухой или влажной воздушной среде и при кратковременном воздействии воды со свободным доступом кислорода. При таких условиях работает эффект гальванопары Zn/Fe — эффект оксидно-карбонатной пленки. Такие условия соответствуют нормальным условиям эксплуатации изделий. 

В случае долговременного нахождения стальных оцинкованных изделий, сложенных в пачку, в водной среде при ограниченном доступе кислорода и повышенной температуре (более 70°С), начинают протекать реакции, при которых защитные эффекты перестают работать. Происходит активное разрушение защитного слоя. Как правило, такие негативные условия складываются при неправильном хранении изделий. При нарушении условий хранения риск поражения коррозией значительно выше, чем при неправильной эксплуатации или монтаже.

Правила хранения оцинкованных изделий:

• Изделия хранятся в заводской упаковке НЕ более 1 (одной) недели с даты поставки. Пачки в заводской упаковке укладываются на ровное место на бруски с шагом 0,5 м. 

При необходимости хранения профилированной продукции более 1 (одной) недели ее размещают под навесами или в крытых неотапливаемых, сухих помещениях без прямого воздействия солнечных лучей и осадков (в соответствии с ГОСТ 7566).

Изделия следует распаковать (снять заводскую упаковку), расположить на ровной поверхности и переложить каждый лист одинаковыми рейками (штабель высотой до 70 см)

• Хранение на открытом воздухе допускается только на период монтажных работ. Изделия должны быть расположены под небольшим наклоном в 3° так, чтобы между ними обеспечивались свободная циркуляция воздуха и слив воды. 

• Максимальный срок хранения во всех вышеперечисленных условиях не должен превышать 2 (двух) месяцев с даты поставки.




Используемая литература:
  1. «Общая химия» учебники и учебные пособия для высших сельскохозяйственных учебных заведений. А.Г. Кульман. Издательство «Колос» 1968.
  2. «Курс общей химии» учебник для студентов вузов. Коровин Н.В., Масленникова Г.Н., Гуськова Л.Г. и др. под ред. Коровина Н.В. Высш. школа 1981.
  3. «Защита от коррозии, старения и биоповреждений машин, оборудовани и сооружений» Справочник в 2т. Т1. Под ред. Герасименко А.А. М. Машиностроение. 1987.
  4. «Основы учения о коррозии и защите металлов» Дж. Скалли. Перевод с английского проф. А.В. Шрейдера. Издательство «Мир», Москва 1978.
  5. СТБ 1527-2005 «Профили металлические холодногнутые для наружной облицовки фасадов зданий и комплектующие изделия к ним».
  6. СТБ 1382-2003 «Профили металлические холодногнутые для кровель и комплектующие изделия к ним».
  7. ГОСТ 7566-2018 «Металлопродукция. Правила приемки, маркировка, упаковка, транспортирование и хранение».

Коррозия и виды коррозии - Металл

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 в виду 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).

Коррозионный процесс является самопроизвольным, следовательно G=G-G (G и G относятся к начальному и конечному состоянию соответственно). Если G>G то G<0, т.е. коррозионный процесс возможен; G>0 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. 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).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.
  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:
    1. коррозия язвами — коррозионные разрушения в виде отдельных средних и больших пятен (коррозия латуни в морской воде)
    2. межкристаллическая коррозия при ней процесс коррозии распространяется по границе металл-сплав (алюминий сплавляется с хромоникелем) и другие виды коррозии.
  3. По условиям протекания процесса.
    1. Газовая коррозия — это коррозия в газовой среде при высоких температурах. (жидкий металл, при горячей прокатке, штамповке и др.)
    2. Атмосферная коррозия — это коррозия металла в естественной атмосфере или атмосфере цеха (ржавление кровли, коррозия обшивки самолета).
    3. Жидкостная коррозия — это коррозия в жидких средах: как в растворах электролитов, так и в растворах не электролитов.
    4. Подземная коррозия — это коррозия металла в почве
    5. Структурная коррозия — коррозия из-за структурной неоднородности металла.
    6. Микробиологическая коррозия — результат действия бактерий
    7. Коррозия внешним током — воздействие внешнего источника тока (анодное или катодное заземление)
    8. Коррозия блуждающими токами — прохождение тока по непредусмотренным путям по проекту.
    9. Контактная коррозия — сопряжение разнородных электрохимических металлов в электропроводящей среде.
    10. 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:
    1. отрицательный показатель изменения массы
    2. положительный показатель изменения массы
  2. Объемный показатель коррозииПрименительно 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.Глубина коррозионного разрушения 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.

  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.

    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

    В коррозионной практике в качестве окислителей-деполяризаторов, осуществляющих коррозию, выступают ионы водорода и молекулы растворенного в электролите кислорода.

    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. 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.

  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.

  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.

  5. 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:

    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. Деполяризация.

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.

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:

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.

 

Список используемой литературы

1. Исаев «Коррозия металлов»

2. Жук «Курс коррозии и защиты металлов»

16.8: Электрохимическая коррозия - Chemistry LibreTexts

Цели обучения

Убедитесь, что вы полностью понимаете следующие важные идеи. Особенно важно, чтобы вы знали точное значение всех выделенных терминов в контексте этой темы.

  • Электрохимическая коррозия металлов происходит, когда электроны от атомов на поверхности металла переносятся на подходящий акцептор электронов или деполяризатор . Должна присутствовать вода, чтобы служить средой для переноса ионов.
  • Наиболее распространенными деполяризаторами являются кислород, кислоты и катионы менее активных металлов.
  • Поскольку электроны проходят через сам металлический объект, анодная и катодная области (две половины электрохимической ячейки) могут находиться на значительном расстоянии друг от друга.
  • Анодные области имеют тенденцию развиваться в местах, где металл подвергается напряжению или защищен от кислорода.
  • Контакт с другим металлом, прямой или косвенный, может привести к коррозии более активного металла.
  • Коррозию стали можно предотвратить путем цинкования , то есть путем покрытия ее цинком, более активным металлом, растворение которого оставляет на металле отрицательный заряд, который препятствует дальнейшему растворению Fe 2+ .
  • Катодная защита с использованием внешнего источника напряжения широко используется для защиты подземных сооружений, таких как резервуары, трубопроводы и опоры. Источником может быть расходуемый анод из цинка или алюминия, либо сетевой или фотоэлектрический источник питания.

Коррозию можно определить как разрушение материалов химическими процессами. Из них наиболее важной на сегодняшний день является электрохимическая коррозия металлов, в которой процесс окисления M → M + + e - облегчается наличием подходящего акцептора электронов, иногда называемого в коррозионной науке как . деполяризатор.

В некотором смысле коррозию можно рассматривать как самопроизвольное возвращение металлов в свои руды; огромное количество энергии, потребляемой при добыче, рафинировании и производстве металлов в полезные объекты, рассеивается множеством различных маршрутов.Экономические аспекты коррозии намного важнее, чем думает большинство людей; ориентировочная стоимость коррозии только в США составила 276 миллиардов долларов в год. Из этой суммы около 121 миллиарда долларов было потрачено на борьбу с коррозией, а разница в 155 миллиардов долларов осталась чистой убытком для экономики. Коммунальные предприятия, особенно системы питьевого водоснабжения и канализации, несут наибольший экономический ущерб, за которыми следуют автомобили и транспорт.

Ячейки коррозии и реакции

Особенностью большинства процессов коррозии является то, что стадии окисления и восстановления происходят в разных местах металла.Это возможно, потому что металлы являются проводящими, поэтому электроны могут течь через металл из анодной области в катодную (рис. \ (\ PageIndex {1} \)). Присутствие воды необходимо для переноса ионов к металлу и от него, но может быть достаточно тонкой пленки адсорбированной влаги.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Коррозия - это двухэтапный процесс. Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Электрохимическая коррозия железа. Коррозия часто начинается в месте (1), где металл находится под напряжением (на изгибе или сварке) или изолирован от воздуха (где два куска металла соединены или находятся под неплотно приставшей пленкой краски.) Ионы металлов растворяются в пленке влаги, а электроны мигрируют в другое место (2), где они захватываются деполяризатором . {-}} \ label {1.{-}} \ rightarrow \ ce {M (s)} \ label {1.7.2c} \]

где \ (\ ce {M} \) - металл.

Какие части металла служат анодами и катодами, может зависеть от многих факторов, как видно из обычно наблюдаемых нерегулярных структур коррозии. Атомы в областях, которые подверглись напряжению, которое может быть получено при формовании или механической обработке, часто имеют более высокую свободную энергию и, следовательно, имеют тенденцию становиться анодными.

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): Принципиальная схема ячеек коррозии железа.(CC BY-NSA-NC; анонимно по запросу)

Если одна часть металлического объекта защищена от атмосферы так, что \ (\ ce {O2} \) недостаточно для создания или поддержания оксидной пленки, это "защищает «регион часто будет местом, где коррозия наиболее активна. Тот факт, что такие участки обычно скрыты от глаз, во многом объясняет сложность обнаружения и контроля коррозии.

Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): Точечная коррозия Большинство металлов покрыто тонкой оксидной пленкой, которая препятствует анодному растворению.Когда происходит коррозия, иногда в металле образовывается узкое отверстие или ямка. Дно этих ям, как правило, лишено кислорода, что способствует дальнейшему врастанию ямы в металл. (CC BY 3.0 Unported; Стивен Лоуэр)

В отличие от анодных участков, которые, как правило, локализуются в определенных областях поверхности, катодная часть процесса может происходить практически где угодно. Поскольку оксиды металлов обычно являются полупроводниками, большинство оксидных покрытий не препятствуют потоку электронов к поверхности, поэтому почти любая область, которая подвергается воздействию \ (\ ce {O2} \) или какого-либо другого акцептора электронов, может действовать как катод.Склонность участков, лишенных кислорода, становиться анодными, является причиной многих часто наблюдаемых видов коррозии.

Ржавые пятна от автомобилей и ванных комнат

Любой, кто владел старым автомобилем, видел коррозию на стыках между частями кузова и под пленкой краски. Вы также заметили, что как только начинается коррозия, она начинает питаться сама собой. Одна из причин этого заключается в том, что одним из продуктов реакции восстановления O 2 является ион гидроксида. Высокий pH, образующийся в этих катодных областях, имеет тенденцию разрушать защитную оксидную пленку и может даже смягчать или ослаблять пленки краски, так что эти участки могут стать анодными.Большее количество электронов способствует более интенсивному катодному действию, которое порождает еще больше анодных участков и т. Д.

Рисунок \ (\ PageIndex {4} \): Ржавый автомобиль. Сильно проржавевшие половицы Chrysler New Yorker 1990 года выпуска. Автомобиль был поврежден до такой степени, что управлять им стало небезопасно. Под ржавым участком между двумя отверстиями были две тормозные магистрали (Public Domain; Bige1977 через Википедию).

Очень распространенной причиной коррозии является контакт двух разнородных металлов, что может произойти около крепежа или в сварном шве.Влага собирается в точке соединения, действуя как электролит и образуя ячейку, в которой два металла служат электродами. {-}}.\]

Метод защиты 1: Жертвенные покрытия

Один из способов снабжения этого отрицательного заряда - нанесение покрытия из более активного металла. Таким образом, очень распространенный способ защиты стали от коррозии - покрытие ее тонким слоем цинка; Этот процесс известен как цинкование. Цинковое покрытие, которое менее благородно, чем железо, имеет тенденцию к избирательной коррозии. Растворение этого жертвенного покрытия оставляет после себя электроны, которые концентрируются в железе, делая его катодным и тем самым препятствуя его растворению.

Рисунок \ (\ PageIndex {5} \): Жертвенные покрытия (CC BY 3.0 Unported; Стивен Лоуэр)

Эффект покрытия железа менее активным металлом обеспечивает интересный контраст. Обычная луженая банка (справа) - хороший тому пример. Пока оловянное покрытие остается неповрежденным, все в порядке, но воздействие влажной атмосферы даже на крошечную часть лежащего под ним железа вызывает коррозию. Электроны, высвобождаемые из железа, перетекают в олово, делая его более анодным, поэтому теперь олово активно способствует коррозии железа! Вы, наверное, наблюдали, как жестяные банки очень быстро разрушаются, когда их оставляют на открытом воздухе.

Метод защиты 2: катодная защита

Более сложная стратегия состоит в поддержании постоянного отрицательного электрического заряда на металле, чтобы предотвратить его растворение в виде положительных ионов. Поскольку вся поверхность приводится в катодное состояние, этот метод известен как катодная защита . Источником электронов может быть внешний источник постоянного тока (обычно используемый для защиты нефтепроводов и других подземных сооружений), или это может быть коррозия другого, более активного металла, такого как кусок цинка или алюминия, закопанный в землю поблизости. , как показано на иллюстрации подземного резервуара для хранения пропана ниже.

Рисунок \ (\ PageIndex {6} \): катодная защита (CC BY 3.0 без портирования; Стивен Лоуэр)

Электрохимическая коррозия - обзор

4.4 Экспериментальные кривые поляризации

Экспериментальные исследования электрохимической коррозии для определения скорости и поведения коррозии часто используют потенциостатическую схему, которая включает в себя поляризационную ячейку, как схематически показано на рисунке 4.12. Рабочий электрод (WE) представляет собой образец коррозии (т. Е. Оцениваемый материал).Вспомогательный электрод (AE) или противоэлектрод в идеале изготовлен из материала, который будет поддерживать реакции электрохимического окисления или восстановления с реагентами в электролите, но сам по себе не будет подвергаться коррозии и тем самым загрязнять электролит. АЭ обычно изготавливают из платины или графита высокой плотности. Электрод сравнения (RE) поддерживает постоянный потенциал, относительно которого измеряется потенциал WE с помощью электрометра, вольтметра с высоким импедансом (> 10 14 Ом), который ограничивает ток, проходящий через электрометр, до чрезвычайно малых значений, которые пренебрежимо малы. влияют на потенциал RE или WE.Потенциостат - это быстродействующий источник постоянного тока (DC), который будет поддерживать потенциал WE относительно RE на постоянном (заданном или заданном) значении, даже если ток внешней цепи, I ex , может изменяться. на несколько порядков. Когда потенциостат отключен от образца коррозии (WE), существует состояние разомкнутой цепи или разомкнутой ячейки, WE свободно корродирует, измеренный потенциал представляет собой потенциал коррозии разомкнутой цепи, E corr и, конечно, , Я из = 0.

Рисунок 4.12. Потенциостатическая схема.

Потенциостат может быть настроен на поляризацию WE либо анодно, и в этом случае итоговая реакция на поверхности WE является окислением (электроны удаляются из WE), либо катодно, и в этом случае итоговая реакция на поверхности WE является восстановлением ( электроны, потребляемые на ВЭ). Что касается потенциостатической цепи на рисунке 4.12, определение поляризационной кривой обычно начинается с первого измерения потенциала коррозии холостого хода, E corr , до достижения установившегося значения (например.g., изменение менее 1,0 мВ за пятиминутный период). Затем потенциостат настраивается на управление при E или и подключается к поляризационной ячейке. Затем уставка потенциала сбрасывается непрерывно или ступенчато для управления историей потенциала-времени WE, пока измеряется I ex . Если заданный потенциал постоянно увеличивается (выше E или ), создается кривая анодной поляризации. И наоборот, если потенциал непрерывно снижается (ниже E или ), создается кривая катодной поляризации.

Интерпретация экспериментально определенной поляризационной кривой, включая понимание информации, получаемой из нее, основана на форме поляризационной кривой, которая получается из поляризационных кривых для отдельных реакций анодной и катодной полуэлементов, происходящих на поверхности металла. . Эти отдельные поляризационные кривые, предполагающие тафелевское поведение во всех случаях, показаны на рисунке 4.13 (пунктирные кривые) с обозначениями E corr и I corr .Предполагается, что в рассматриваемом потенциальном диапазоне вклады I ox, X и I red, M в чистые анодные и катодные кривые незначительны. Следовательно, I a = I ox, M и I c = I красный, X . При любом потенциале WE, установленном потенциостатом, экспериментально измеренный внешний ток, I ex , представляет собой разность между I ox, M и I красный, X . Эта разница в терминах тафелевских выражений для отдельных реакций составляет

Рисунок 4.13. Схематические экспериментальные поляризационные кривые (сплошные кривые), предполагающие тафелевское поведение для индивидуального окисления, и поляризационные кривые восстановления катодного реагента (штриховые кривые).

(4.83) Iex = Iox, M − Ired, X = Io, Me2.3 (E − E′M) βoX, M − Io, Xe2.3 (E − E′x) βred, x

Это Очевидно, что I ex изменяется с положительного на отрицательный, когда I красный, X становится больше, чем I ox, M . Это изменение знака происходит, когда I ex проходит через I ex = 0, в этой точке E = E corr и I ox, M = I красный, X = I corr .Таким образом, можно выделить два диапазона тока: I ex > 0 (в котором преобладает анодная реакция или реакция окисления) и I ex <0 (в котором преобладает катодная реакция или реакция восстановления). Свойства этих двух диапазонов суммированы ниже.

В диапазоне токов, I ex > 0, потенциал WE, установленный потенциостатом, больше, чем E corr . Электроны, произведенные в единицу времени реакцией M → M m + + me, превышают количество электронов, потребляемых в единицу времени реакцией X x + + xe → X, и чистое окисление происходит в WE.Положительный ток соответствует условию знака, при котором току внешней цепи присваивается положительное значение, когда чистое окисление происходит в WE. Для I ex > 0 график зависимости E от log I ex принимает форму верхней сплошной кривой на рис. 4.13, анодной ветви экспериментальной поляризационной кривой. Когда E достаточно увеличивается выше E corr , чтобы вызвать I красный, X становится незначительным по сравнению с I ox, M (обычно 50–100 мВ),

(4.84) Iex = Iox, M

и I ex становится прямой мерой скорости окисления I ox, M металла в этом диапазоне потенциалов. Этот линейный участок экспериментальной кривой показывает тафелевскую кривую анодной реакции металла, а экстраполяция тафелевской кривой на E'M дает оценку из эксперимента плотности тока обмена металла, I o, M / A a , где A a - площадь ЗЕ.

В диапазоне токов, I ex <0, потенциал WE, установленный потенциостатом, меньше E corr .На поверхности металла количество электронов, потребляемых в единицу времени реакцией X x + + xe → X, превышает количество электронов, произведенных в единицу времени реакцией M → M m + + me. Происходит чистое восстановление, и электроны должны поступать в WE по внешней цепи; ток внешней цепи (I ex ) будет отрицательным. График зависимости E от log | I ex | принимает форму нижней сплошной кривой на рис. 4.13. Когда E уменьшается до уровня ниже E corr , чтобы вызвать I ox, M становится незначительным (обычно 50–100 мВ),

(4.85) Iex = −Ired, X

или

(4.86) | Iex | = Ired, X

и I ex становится прямой мерой скорости катодной реакции, I красный, X , на металл. Этот линейный участок экспериментальной кривой показывает тафелевскую кривую катодной реакции, а экстраполяция тафелевской кривой на E'X дает оценку экспериментальной плотности тока обмена катодной реакции, I o, X / A c , где A c - площадь ЗЕ.

Подчеркивается, что в более общем смысле I ex - это экспериментально измеренный ток, представляющий чистую разницу между суммой всех токов реакции окисления и суммой всех токов реакции восстановления на границе раздела:

(4.87 ) Iex = ΣIox − ΣIred.

Для двух рассматриваемых реакций полуэлементов

(4.88) Iex = (Iox, M + Iox, X) - (Ired, X + Ired, M).

При условии, что I ox, X и I красный, M незначительны,

(4.89) Iex = Iox, M - Ired, X.

Приведенное выше соотношение в равной степени применимо, если кривая скорости окисления металла или кривая скорости восстановления катодного реагента не подчиняется поведению Тафеля. Чтобы проиллюстрировать эту точку зрения, исследуются три дополнительные схематические пары индивидуальных анодных и катодных поляризационных кривых. На рис. 4.14 металл подвергается активному-пассивному окислению, а E corr находится в пассивной области. На рисунке 4.15, где кривая общей скорости восстановления включает восстановление как растворенного кислорода (O 2 + 4H + + 4e → 2H 2 O), так и ионов водорода (2H + + 2e → H 2). ) и их соответствующие предельные токи диффузии, показанный металл проявляет активно-пассивное окислительное поведение, а E corr находится в пассивной области.Для примера на рисунке 4.15 следует отметить, что если бы растворенный кислород был удален из электролита, E corr был бы в активной области, I corr был бы значительно больше, а экспериментальные поляризационные кривые выглядели бы как на рисунке 4.16.

Рисунок 4.14. Схематические экспериментальные поляризационные кривые.

Рисунок 4.15. Схематические экспериментальные поляризационные кривые.

Рисунок 4.16. Схематические экспериментальные поляризационные кривые.

Коррозия | Безграничная химия

Коррозия

Коррозия возникает при разрушении металлов в результате химических процессов.

Цели обучения

Обсудить общие причины коррозии металлической поверхности

Основные выводы

Ключевые моменты
  • Коррозия - это двухэтапный процесс, для которого требуются три вещи: металлическая поверхность, электролит и кислород.
  • В процессе коррозии поверхностные атомы металла растворяются в водном растворе, оставляя металл с избытком отрицательного заряда. Образующиеся ионы удаляются подходящим акцептором электронов.
  • Коррозия - это металлы, которые самопроизвольно возвращаются в форму своей руды в процессе окисления.
  • Электропроводящие свойства металла позволяют окислению и восстановлению происходить на отдельных участках поверхности металла.
Ключевые термины
  • коррозия : Химическая эрозия, особенно окисление.

Когда материалы портятся в результате химических процессов, они подвергаются коррозии.Коррозия обычно обсуждается применительно к металлам, которые корродируют электрохимически. Этот вид коррозии представляет собой двухэтапный процесс, для которого требуются три вещи: металлическая поверхность, электролит и кислород. В процессе коррозии атом металла на поверхности растворяется в водном растворе, оставляя металл с избыточными отрицательно заряженными ионами. Эти образующиеся ионы удаляются подходящим акцептором электронов. Коррозию можно рассматривать как самопроизвольное возвращение металлов в свои руды в процессе окисления.- \ rightarrow \ text {M} (\ text {s}) [/ latex]

На этой катодной ступени M - металл.

Насколько подвержен коррозии тот или иной металл, можно определить по его восстановительному потенциалу. Чем выше восстановительный потенциал металла, тем меньше вероятность его окисления.

Коррозия - обычная неприятность с реальными ударами. Мы видим его последствия в ржавых каркасах автомобилей, прорыве водопровода и разрушении мостов.

Предотвращение коррозии

Предотвращение коррозии снижает как экономический, так и связанный с безопасностью ущерб, связанный с технологическим процессом.

Цели обучения

Обсудите общие профилактические меры, которые можно предпринять против коррозии металлической поверхности

Основные выводы

Ключевые моменты
    • Для возникновения коррозии необходимы три фактора: электролит, открытая металлическая поверхность и акцептор электронов.
    • Коррозию можно предотвратить, сняв одно из этих условий.
    • Покрытие металлической поверхности краской или эмалью создает барьер между металлом и влагой окружающей среды.
    • Процесс покрытия металлической поверхности другим металлом, который с большей вероятностью окисляется, называется жертвенным покрытием.

Ключевые термины
  • электролит : Вещество, которое в растворе или в расплавленном состоянии ионизирует и проводит электричество.
  • жертвенное покрытие : металлическое покрытие, которое подвержено окислению с большей вероятностью, чем металл, который оно защищает.
  • гальваника : для электрохимического покрытия тонким слоем металла; к гальванике.

Проверка коррозии

Мы узнали, что для анодной и катодной стадий коррозии необходимы три вещи: электролит, открытая металлическая поверхность и акцептор электронов. Отсюда следует, что мы можем предотвратить коррозию, удалив одно из этих важных условий. Самое простое условие для удаления - это оголенная металлическая поверхность.

Создание физического барьера

Покрытие металлической поверхности краской или эмалью создает барьер между металлом и влагой в окружающей среде, тем самым устраняя возможность контакта кислорода и влаги с металлом.

Жертвенные покрытия

Процесс покрытия металлической поверхности другим металлом, который с большей вероятностью окисляется, называется жертвенным покрытием. Сталь из сплава железа, подверженная коррозии, обычно покрывается цинком, более активным металлом, в процессе, известном как цинкование. Коррозия жертвенного цинка приводит к его окислению; железо восстанавливается, что делает его катодным и препятствует его коррозии.

Оцинкованная поверхность : Защита сплавов железа покрытием из более активного металла посредством процесса цинкования предотвращает коррозию сплавов.

Контраст с предыдущим сценарием можно увидеть, когда железо или железный сплав покрывают менее активным металлом, например оловом. Пока оловянное покрытие остается неповрежденным, коррозия невозможна. Однако, если оловянное покрытие ухудшится, обнажая лежащий под ним металл, произойдет коррозия. Это связано с тем, что открытое железо подвергается окислению и становится анодным. Олово принимает электроны от окисленного железа, и соблюдаются три критерия коррозии.

Катодная защита

Еще один способ защиты от коррозии - создание постоянного отрицательного электрического заряда на металле.Этот метод называется катодной защитой. Катодная защита воспроизводит эффект жертвенного покрытия, но с более активным металлом. Источником отрицательного заряда обычно является внешний источник постоянного тока. Катодная защита используется, в частности, для защиты подземных топливных баков и трубопроводов.

Пассивация

Пассивация - это процесс, при котором на металлической поверхности образуется тонкая пленка продуктов коррозии, служащая барьером против окисления.На формирование пассивирующего слоя влияют pH окружающей среды, температура и химические условия. Статуя Свободы, например, покрыта сине-зеленой патиной, вызванной несколькими химическими реакциями, которая защищает металлическую медь под ней.

Анодирование

Анодирование - это еще одна обработка поверхности, защищающая от коррозии. Защищаемый металл покрывается специальным веществом, а электрохимические условия регулируются таким образом, чтобы в оксидной пленке металла появлялись однородные поры шириной несколько нанометров.Эти поры позволяют образовываться оксидной пленке, более толстой, чем пассивирующий слой. Полученный защитный слой очень твердый и очень эластичный.

Жертвенная защита анода

По тому же принципу, что и временное пленочное покрытие, расходуемый анод, сделанный из металла, более активного, чем металл, который вы хотите защитить, можно использовать для предотвращения коррозии металлических конструкций, находящихся под водой или под землей. Жертвенный анод подвергнется коррозии раньше, чем металл, который он защищает. Однако, как только расходуемый анод подвергнется коррозии, его необходимо заменить; в противном случае металл, который она защищает, тоже начнет разъедать.

Катодная защита предотвращает коррозию : Гальванический расходный анод, прикрепленный к корпусу корабля; Здесь протекторный анод показывает коррозию, а металл, к которому он прикреплен, - нет. Анод, кусок более электрохимически «активного» металла, прикреплен к уязвимой поверхности металла, где он подвергается воздействию электролита; потенциал уязвимой поверхности поляризован, чтобы быть более отрицательным, пока поверхность не будет иметь однородный потенциал. На этом этапе устраняется движущая сила реакции коррозии с защищаемой поверхностью.Гальванический анод продолжает корродировать, расходуя материал анода, пока в конечном итоге его не нужно будет заменить, но катодный материал защищен.

Коррозия представляет реальную угрозу целостности личного имущества, а также мостов, дорог и другой общественной инфраструктуры. Понимание и реализация стратегий предотвращения коррозии уменьшит как экономический ущерб, так и ущерб, связанный с безопасностью, связанный с процессом.

Chem1 Электрохимическая коррозия

Вероятно, нет электрохимического процесса, который был бы более широко распространенным, приводил бы к большим экономическим потерям и был бы более скрыт от глаз, чем коррозия металлов.И все же на вводных курсах химии об этом редко упоминается больше, чем вкратце. Этот урок пытается помочь преодолеть этот недостаток.

Коррозию можно определить как разрушение материалов химическими процессами. Из них наиболее важной на сегодняшний день является электрохимическая коррозия металлов, в которой процесс окисления M → M n + + n e n - облегчается наличием подходящего акцептора электронов, в коррозионной науке иногда называют деполяризатором .

В некотором смысле коррозию можно рассматривать как самопроизвольное возвращение металлов в свои руды; огромное количество энергии, потребляемой при добыче, рафинировании и производстве металлов в полезные объекты, рассеивается множеством различных маршрутов.

Хороший справочник по этой теме - Corosion and Corrosion Control: An Introduction to Corrosion Science and Engineering (4 Ed), R.W. Revie and H.H. Uhlig. Ограниченные ее части можно увидеть на этом сайте Google Книг.

Экономические аспекты коррозии намного важнее, чем думает большинство людей; Согласно отчету 2001 года, стоимость коррозии только в США составила 276 миллиардов долларов в год. Из этой суммы около 121 миллиарда долларов было потрачено на борьбу с коррозией, а разница в 155 миллиардов долларов осталась чистой убытком для экономики. Коммунальные предприятия, особенно системы питьевого водоснабжения и канализации, несут наибольший экономический ущерб. на втором месте - автомобили и транспорт.

На этом изображении показана внутренняя часть торгового центра Algo Center в Эллиот-Лейк, Онтарио после того, как в июне 2012 года часть парковочной площадки на крыше обрушилась на первый этаж, в результате чего погибли два человека.Основной причиной обрушения этого и очень большого количества других парковочных сооружений в холодном климате было попадание дорожной соли в настил, что привело к электрохимической коррозии стальных арматурных стержней, встроенных в бетон. Однако, настоящая причина была человеческая неудача ; Проблемы с утечкой через настил крыши возникали почти с момента постройки конструкции в 1970-х годах, но стоимость надлежащей обработки этих утечек (например, нанесение защитного покрытия на палубу) удерживала владельцев торговых центров от таких инвестиций.(Подробнее здесь)

1 Ячейки коррозии и реакции

Особенностью большинства процессов коррозии является то, что стадии окисления и восстановления происходят в разных местах металла. Это возможно, потому что металлы являются проводящими, поэтому электроны могут течь через металл от анодных к катодным областям. Присутствие воды необходимо для переноса ионов к металлу и от него, но может быть достаточно тонкой пленки адсорбированной влаги.

Коррозионная система может рассматриваться как короткозамкнутый электрохимический элемент, в котором анодный процесс представляет собой что-то вроде

Fe (т.) → Fe 2+ (водн.) + 2 e -

, а катодные ступени могут быть любыми из

.

O 2 + 2 H 2 O + 4 e - → 4 OH -

H + + e - → ½ H 2 (г)

M 2+ + 2 e - → M (с)

где М - металл.

Коррозия часто начинается в месте ( 1 ), где металл находится под напряжением (на изгибе или сварном шве) или изолирован от воздуха (где два куска металла соединены или находятся под неплотно приставшей пленкой краски). ионы металлов растворяются в пленке влаги, а электроны мигрируют в другое место ( 2 ), где они захватываются деполяризатором . Кислород - самый распространенный деполяризатор; образующиеся гидроксид-ионы реагируют с Fe 2+ с образованием смеси водных оксидов железа, известной как ржавчина .

Какие части металла служат анодами и катодами, может зависеть от многих факторов, как видно из обычно наблюдаемых нерегулярных структур коррозии. Атомы в областях, которые подверглись напряжению, которое может быть получено при формовании или механической обработке, часто имеют более высокую свободную энергию и, следовательно, имеют тенденцию становиться анодными.

[ссылка]

Если одна часть металлического объекта защищена от атмосферы так, что O 2 недостаточно для создания или поддержания оксидной пленки, эта «защищенная» область часто будет местом, на котором коррозия наиболее активна.Тот факт, что такие участки обычно скрыты от глаз, во многом объясняет сложность обнаружения и контроля коррозии.

Большинство металлов покрыто тонкой оксидной пленкой, препятствующей анодному растворению. Когда происходит коррозия, иногда в металле появляется узкое отверстие или углубление или . Дно этих ям, как правило, лишено кислорода, что способствует дальнейшему врастанию ямы в металл.

Тенденция к анодированию мест, лишенных кислорода, является причиной многих часто наблюдаемых структур коррозии

В отличие от анодных участков, которые обычно локализуются в определенных областях поверхности, катодная часть процесса может происходить практически где угодно.Поскольку оксиды металлов обычно являются полупроводниками, большинство оксидных покрытий не препятствуют потоку электронов к поверхности, поэтому почти любая область, которая подвергается воздействию O 2 или какого-либо другого акцептора электронов, может действовать как катод.

Ржавые пятна от автомобилей и ванных комнат

Любой, кто владел старым автомобилем, видел коррозию на стыках между частями кузова и под пленкой краски. Вы также заметили, что как только начинается коррозия, она начинает питаться сама собой.Одна из причин этого заключается в том, что одним из продуктов реакции восстановления O 2 является ион гидроксида. Высокий pH, образующийся в этих катодных областях, имеет тенденцию разрушать защитную оксидную пленку и может даже смягчать или ослаблять пленки краски, так что эти участки могут стать анодными. Большее количество электронов способствует более интенсивному катодному действию, которое порождает еще больше анодных участков и т. Д.

Очень распространенной причиной коррозии является контакт двух разнородных металлов, что может произойти рядом с крепежным элементом или в сварном шве.Влага собирается в точке соединения, действуя как электролит и образуя ячейку, в которой два металла служат электродами. Влага и проводящие соли на внешних поверхностях обеспечивают внешний токопроводящий путь, эффективно замыкая элемент накоротко и вызывая очень быструю коррозию; Вот почему автомобили так быстро ржавеют в местах, где на дорогах кладут соль для растапливания льда.

Коррозия разнородных металлов может произойти, даже если два металла изначально не находятся в прямом контакте.Например, в домах, где для водопровода используются медные трубы, в воде всегда присутствует небольшое количество растворенного Cu 2+ . Когда эта вода попадает в стальные трубы или сливную трубку для раковины, покрытую хромом e-, благородная медь more- откладывается на другом металле, образуя новую коррозионную ячейку, контактирующую с металлами. В случае хромированной фурнитуры для раковины это приводит к образованию солей Cr 3+ , которые выпадают в осадок в виде зеленоватых пятен.

2 Контроль коррозии

Поскольку для возникновения коррозии должны иметь место как катодный, так и анодный этапы, предотвращение любого из них остановит коррозию. Наиболее очевидная стратегия - остановить оба процесса, нанеся на объект краску или другое защитное покрытие. Даже если это будет сделано, вероятно, останутся места, где покрытие сломано или не проникает, особенно если есть отверстия или резьба.

Более сложный подход состоит в том, чтобы приложить к металлу небольшой отрицательный заряд, тем самым затрудняя протекание реакции M → M 2+ + 2 e - .

Как защитные покрытия контролируют коррозию

Один из способов снабжения этого отрицательного заряда - нанесение покрытия из более активного металла. Таким образом, очень распространенный способ защиты стали от коррозии - покрытие ее тонким слоем цинка; этот процесс известен как цинкование.Цинковое покрытие, менее благородное, чем железо, склонно к избирательной коррозии. Растворение этого жертвенного покрытия оставляет после себя электроны, которые концентрируются в железе, делая его катодным и тем самым препятствуя его растворению.

видео по электрохимической коррозии:

Химия ржавчины и коррозии (Джейсон Гуди, 12½ м)

Инфраструктурная коррозия и разложение (Геоканал, 43 м)

Эффект покрытия железа менее активным металлом обеспечивает интересный контраст.Обычная луженая банка (справа) - хороший тому пример. Пока оловянное покрытие остается неповрежденным, все в порядке, но воздействие влажной атмосферы даже на крошечную часть лежащего под ним железа вызывает коррозию. Электроны, высвобождаемые из железа, перетекают в олово, делая его более анодным, поэтому теперь олово активно способствует коррозии железа! Вы, наверное, наблюдали, как жестяные банки очень быстро разрушаются, когда их оставляют на открытом воздухе.

Катодная защита для контроля коррозии

Более изощренная стратегия - поддерживать постоянное отрицательное электрический заряд на металле, так что его растворение в виде положительных ионов заблокирован.Поскольку вся поверхность вдавливается в катодный Состояние этот метод известен как катодная защита . Источником электронов может быть внешний источник постоянного тока. (обычно используется для защиты нефтепроводов и других подземных сооружений), или это может быть коррозия другого, просто кусок более активного металла, такого как цинк или алюминий, закопанный в земле поблизости.

3 Галерея ужасов коррозии

Коррозия гвоздя

Ногти погружают в агар, который образует влажный твердый гель.Агар также содержит фенолфталеин и гексацианоирон (III). Fe (CN6) - образует темно-синий цвет («берлинскую лазурь») в присутствии Fe2 +. Синие цвета явно связаны с теми частями ногтя, которые подверглись нагрузке, что способствует анодному высвобождению Fe2 + из металла. Розовым цветом показаны катодные области, которые стали щелочными в результате реакции. O2 + 2 h3O + 4e– → 4 OH– Это ясно показывает разделение анодного и катодного процессов при коррозии.

Внутренняя часть водопровода 4>

Если вы живете в старой части города, где возрасту 50-100 лет, вода, которую вы пьете, вполне могла пройти через трубу в таком состоянии! Подобная сильная коррозия чаще встречается в регионах с кислой водой. Такая вода поступает из горных снеготаяний и сточных вод и обычно приобретает кислотность за счет растворенного в атмосфере углекислого газа.

Воды из рек, озер и особенно подземные воды из колодцев обычно достаточно долго находились в контакте с карбонатсодержащими отложениями, чтобы их можно было нейтрализовать.Администраторы гидротехнических сооружений любят делать воду слегка щелочной и слегка перенасыщенной карбонатом кальция, чтобы поддерживать тонкий слой твердого карбоната на внутренней части трубы, который защищает ее от коррозии.

Стальные арматурные стержни в бетоне

Все большие бетонные конструкции содержат стальные арматурные стержни («арматуру»), которые помогают обеспечить структурную целостность при различных условиях нагрузки и особенно во время землетрясений.Попадание воды, даже в виде тумана или тумана, может привести к серьезным коррозионным повреждениям, как видно на этом снимке этой колонны, которая поддерживает путепровод на шоссе. \\

Коррозия металлических стыков

На рисунке показаны два стальных конструктивных элемента, соединенных чугунными фланцами, скрепленными вместе болтами. По какой-то причине одна из частей стала более анодной, чем другая, что привело к сильной коррозии верхней части.

Коррозия, вызванная почвенными бактериями

Эта газовая труба была похоронена в красной почве, содержащей железный колчедан (FeS). Бактерия thiobacillus ferrooxidans получает энергию, окисляя Fe2 + до более растворимого Fe3 +, передавая электроны O2. Он также окисляет серу, образуя серную кислоту. Образовавшийся химический коктейль прорезал трубу.

Эти оцинкованные болты использовались для соединения деревянных балок.Последующее перемещение балок из-за различных условий нагрузки привело к истиранию цинкового покрытия. Недостаток кислорода около центров болтов также, вероятно, способствовал коррозии, предотвращая образование защитной оксидной пленки.

Коррозия из-за недостатка кислорода

Эти оцинкованные болты использовались для соединения деревянных балок. Последующее перемещение балок из-за различных условий нагрузки привело к истиранию цинкового покрытия. Недостаток кислорода около центров болтов также, вероятно, способствовал коррозии, предотвращая образование защитной оксидной пленки.

Точечная коррозия поверхности

Точечная коррозия имеет тенденцию к образованию узких, но глубоких отверстий («ямок») на поверхности, которые трудно обнаружить, особенно когда они покрыты продуктами коррозии. Как только яма образуется, она имеет тенденцию копать глубже из-за более медленной диффузии кислорода в узкое дно ямы.

Нержавеющая сталь не полностью защищена от коррозии

Стальные сплавы, содержащие 13–26 мас.% Хрома, образуют тонкий, хорошо прилипающий поверхностный слой Cr 2 O 3 при контакте с воздухом, тем самым становясь пассивированным и устойчивым к коррозии.Но для того, чтобы сохранить это сопротивление, кислород должен оставаться доступным для поверхности.

Если это условие не соблюдается, пассивирующая пленка может разрушиться, как это произошло с этим фланцем, который подвергся сильной точечной коррозии. Хлорид-ионы также могут нарушить защитную пленку, хотя существуют специальные сорта нержавеющей стали, доступные для использования в морских условиях, которые более устойчивы к этому эффекту.

Следует проявлять особую осторожность при соединении нержавеющих сталей с другими конструкциями.Излишнее затягивание гаек на этом кронштейне могло повредить пленку Cr 2 O 3 ; использование крепежных винтов и гаек не из нержавеющей стали гарантирует обычную гальваническую коррозию.

Что вы должны уметь

Убедитесь, что вы полностью понимаете следующие основные концепции, представленные выше.

  • Электрохимическая коррозия металлов происходит, когда электроны от атомов на поверхности металла переносятся на подходящий акцептор электронов или деполяризатор .Должна присутствовать вода, чтобы служить средой для переноса ионов.
  • Наиболее распространенными деполяризаторами являются кислород, кислоты и катионы менее активных металлов.
  • Поскольку электроны проходят через сам металлический объект, анодная и катодная области (две половины электрохимической ячейки) могут находиться на значительном расстоянии друг от друга.
  • Анодные области имеют тенденцию развиваться в местах, где металл подвергается напряжению или защищен от кислорода.
  • Контакт с другим металлом, прямой или косвенный, может привести к коррозии более активного металла.
  • Коррозию стали можно предотвратить путем цинкования , то есть путем покрытия ее цинком, более активным металлом, растворение которого оставляет на металле отрицательный заряд, который препятствует дальнейшему растворению Fe 2+ .
  • Катодная защита с использованием внешнего источника напряжения широко используется для защиты подземных сооружений, таких как резервуары, трубопроводы и опоры.Источником может быть расходуемый анод из цинка или алюминия, либо сетевой или фотоэлектрический источник питания.

Список литературы

Отличное иллюстрированное руководство по коррозии и катодной защите

Хорошие схематические иллюстрации различных причин коррозии

Обзор различных форм коррозии (с фотографиями)

Проблемы, связанные с коррозией железобетона

Почему нержавеющая сталь нержавеющая?

Концептуальная карта

Гальваническая коррозия | Американская ассоциация гальванизаторов

Дом " Коррозия » Процесс коррозии » Гальваническая коррозия

Существует два основных типа гальванических элементов, вызывающих коррозию: биметаллическая пара и концентрационная ячейка.Биметаллическая пара похожа на батарею, состоящую из двух разнородных металлов, погруженных в раствор электролита. Электрический ток (поток электронов) генерируется, когда два электрода соединены внешним проводящим путем.

Концентрационная ячейка состоит из анода и катода из одного и того же металла или сплава и пути обратного тока. Электродвижущая сила обеспечивается разницей в концентрации поверхностей на внешнем пути.

Для возникновения коррозии в гальваническом элементе необходимы четыре элемента:

  • Анод - Электрод, в котором гальваническая реакция (-ы) генерирует электроны - отрицательные ионы разряжаются и образуются положительные ионы.На аноде возникает коррозия.
  • Катод - Электрод, который принимает электроны - положительные ионы разряжаются, отрицательные ионы образуются. Катод защищен от коррозии.
  • Электролит Проводник, по которому проходит ток. Электролиты включают водные растворы или другие жидкости.
  • Путь обратного тока - Металлический путь, соединяющий анод с катодом. Часто это нижележащая металлическая подложка.

Все четыре элемента (анод, катод, электриолит и обратный ток) необходимы для возникновения коррозии. Удаление любого из этих элементов остановит прохождение тока и не произойдет гальванической коррозии. Замена анода или катода на другой металл может привести к изменению направления тока на противоположное, что приведет к переключению на электрод, подверженный коррозии.

Гальваническая серия металлов (справа) перечисляет металлы и сплавы в порядке убывания их электрической активности.Металлы, расположенные ближе к вершине таблицы, являются менее благородными металлами и имеют большую тенденцию к потере электронов, чем более благородные металлы, находящиеся ниже в списке.

Что такое коррозия?

Консервационная инфраструктура

Способность электрохимических процессов расщеплять соединения на элементы или создавать новые соединения может быть как разрушительной, так и продуктивной.Коррозия - это очень распространенный результат электрохимических реакций между материалами и веществами в окружающей их среде.

Коррозия - одно из самых разрушительных и дорогостоящих природных явлений, наблюдаемых сегодня.

Что такое коррозия?

Коррозия - опасная и очень дорогостоящая проблема. Из-за этого могут рушиться здания и мосты, ломаться нефтепроводы, протекать химические заводы и затопляться ванные комнаты. Корродированные электрические контакты могут вызвать возгорание и другие проблемы, корродированные медицинские имплантаты могут привести к заражению крови, а загрязнение воздуха вызвало коррозию произведений искусства по всему миру.Коррозия угрожает безопасному удалению радиоактивных отходов, которые должны храниться в контейнерах в течение десятков тысяч лет.

Наиболее распространенные виды коррозии возникают в результате электрохимических реакций. Общая коррозия возникает, когда большинство или все атомы на одной и той же металлической поверхности окисляются, повреждая всю поверхность. Большинство металлов легко окисляются: они склонны терять электроны из-за кислорода (и других веществ) в воздухе или в воде. Когда кислород восстанавливается (приобретает электроны), он образует оксид с металлом.

Процесс восстановления и окисления различных металлов, контактирующих друг с другом, называется гальванической коррозией. При электролитической коррозии, которая чаще всего возникает в электронном оборудовании, вода или другая влага попадает в ловушку между двумя электрическими контактами, между которыми прикладывается электрическое напряжение. Результат - непредусмотренная электролитическая ячейка.

Возьмите металлическую конструкцию, такую ​​как Статуя Свободы. Выглядит прочно и прочно.Однако, как почти все металлические предметы, он может стать нестабильным, поскольку вступает в реакцию с веществами в окружающей среде и портится. Иногда эта коррозия безвредна или даже полезна: зеленоватая патина, покрывающая медную кожу статуи, защищает находящийся под ней металл от погодных повреждений. Однако внутри статуи коррозия за эти годы нанесла серьезный ущерб. Его железный каркас и медная обшивка действовали как электроды огромного гальванического элемента, так что почти половина каркаса заржавела к 1986 году, к столетнему юбилею статуи.

Естественная защита

Некоторые металлы приобретают естественную пассивность или устойчивость к коррозии. Это происходит, когда металл вступает в реакцию с кислородом воздуха или разъедает его. В результате получается тонкая оксидная пленка, которая блокирует склонность металла к дальнейшим реакциям. Примерами этого являются патина, образующаяся на меди, и выветривание некоторых скульптурных материалов. Защита не работает, если тонкая пленка повреждена или разрушена структурным напряжением - например, мостом - или царапинами или царапинами.В таких случаях материал может повторно пассивироваться, но если это невозможно, только части объекта подвергаются коррозии. Тогда ущерб часто еще больше, потому что он сосредоточен в этих местах.

Вредную коррозию можно предотвратить множеством способов. Электрические токи могут образовывать пассивные пленки на металлах, которые обычно не имеют их. Некоторые металлы более стабильны в определенных средах, чем другие, и ученые изобрели сплавы, такие как нержавеющая сталь, для улучшения характеристик в определенных условиях.Некоторые металлы можно обрабатывать лазером, чтобы придать им некристаллическую структуру, устойчивую к коррозии. При гальванике железо или сталь покрывают более активным цинком; это образует гальванический элемент, в котором коррозирует цинк, а не железо. Другие металлы защищены гальваническим покрытием инертным или пассивирующим металлом. Неметаллические покрытия - пластмассы, краски и масла - также могут предотвратить коррозию.

Восемь форм коррозии Фонтаны

Восемь форм коррозии

Автор: Fontana & Greene, 1967

Идея описания различных способов, которыми коррозия может повредить металлы своим внешним видом, использовалась многими до того, как Фонтана и Грин стали соавторами своей знаменитой книги в 1967 году.Маккей и Уортингтон уже обсуждали различные формы коррозии в своей книге о коррозии 1936 года. вслед за Аланом Поллиттом в его собственной книге, опубликованной на тринадцать лет раньше, то есть в 1923 году. Однако следующая классификация, похоже, получила самое широкое признание с небольшими различиями между авторами.

Коррозию удобно классифицировать по формам ее проявления, основанием для этой классификации является внешний вид корродированного металла. Каждую форму можно идентифицировать простым визуальным наблюдением.В большинстве случаев достаточно невооруженного глаза, но иногда полезно или требуется увеличение. Ценную информацию для решения проблемы коррозии часто можно получить, внимательно наблюдая за корродированными образцами для испытаний или неисправным оборудованием. Осмотр перед чисткой особенно желателен. Некоторые из восьми форм коррозии уникальны, но все они более или менее взаимосвязаны. К восьми формам относятся: (1) равномерное или общее воздействие, (2) гальваническая коррозия или коррозия двух металлов, (3) щелевая коррозия, (4) точечная коррозия, (5) межкристаллитная коррозия, (6) избирательное выщелачивание или расслоение. , (7) стресс-коррозия.Этот список произвольный, но охватывает практически все повреждения и проблемы, связанные с коррозией. Формы не перечислены в каком-либо определенном порядке важности. Ниже рассматриваются восемь форм коррозии с точки зрения их характеристик, механизмов и профилактических мер. Повреждение водородом, хотя и не является формой коррозии, часто происходит косвенно в результате коррозионного воздействия, и поэтому включено в это обсуждение. ссылка

Униформа Атака

Равномерное разрушение - наиболее распространенная форма коррозии.Обычно он характеризуется химической или электрохимической реакцией, которая равномерно протекает по всей открытой поверхности или на большой площади. Металл становится тоньше и со временем выходит из строя. Например, кусок стали или цинка, погруженный в разбавленную серную кислоту, обычно растворяется с одинаковой скоростью по всей своей поверхности. Крыша из листового железа будет иметь одинаковую степень ржавчины по всей внешней поверхности.

Равномерное разрушение или общая общая коррозия представляет собой наибольшее разрушение металла на тоннажной основе.Однако эта форма коррозии не вызывает особого беспокойства с технической точки зрения, поскольку срок службы оборудования можно точно оценить на основе сравнительно простых испытаний. Часто достаточно просто погрузить образцы в жидкость. Равномерную атаку можно предотвратить или уменьшить с помощью (1) подходящих материалов, включая покрытия, (2) ингибиторов или (3) катодной защиты.

Гальваническая или двухкомпонентная коррозия

Обычно существует разность потенциалов между двумя разнородными металлами, когда они погружены в коррозионный или проводящий раствор.Если эти металлы находятся в контакте (или иначе электрически связаны), эта разность потенциалов создает поток электронов между ними. Коррозия менее стойкого к коррозии металла обычно увеличивается, а воздействие более стойкого материала снижается по сравнению с поведением этих металлов, когда они не контактируют. Менее стойкий металл становится анодным, а более стойкий - катодным. Обычно катод или катодный металл очень мало или совсем не корродируют в парах этого типа.Из-за наличия электрического тока и наличия разнородных металлов эта форма коррозии называется гальванической, или двухметаллической, коррозией. Это электрохимическая коррозия, но для ясности мы ограничим термин «гальваническая» воздействием разнородных металлов.

Щелевая коррозия

Интенсивная локальная коррозия часто возникает в щелях и других экранированных областях на металлических поверхностях, подверженных коррозионным воздействиям. Этот тип атаки обычно связан с небольшими объемами застойного раствора, вызванными отверстиями, поверхностями прокладок, соединениями внахлест, поверхностными отложениями и щелями под головками болтов и заклепок.В результате эту форму коррозии называют щелевой коррозией или, иногда, коррозией отложений или прокладок.

Питтинг

Точечная коррозия - это форма чрезвычайно локализованной атаки, в результате которой в металле образуются дыры. Эти отверстия могут быть маленькими или большими в диаметре, но в большинстве случаев они относительно малы. Ямы иногда изолированы или расположены так близко друг к другу, что выглядят как шероховатая поверхность. Обычно яму можно описать как полость или отверстие с диаметром поверхности, примерно равным глубине или меньшим ее.

Точечная коррозия - одна из самых разрушительных и коварных форм коррозии. Это приводит к отказу оборудования из-за перфорации с незначительной потерей веса всей конструкции. Язвы часто бывает трудно обнаружить из-за их небольшого размера и из-за того, что ямы часто покрыты продуктами коррозии. Кроме того, трудно количественно измерить и сравнить степень ямок из-за разной глубины и количества ямок, которые могут возникнуть в одинаковых условиях.Язвенную коррозию также трудно предсказать с помощью лабораторных тестов. Иногда карьерам требуется много времени - несколько месяцев или год - для того, чтобы они появились в реальной эксплуатации. Точечная коррозия является особенно опасной, потому что это локализованная и интенсивная форма коррозии, а отказы часто происходят очень внезапно.

Межкристаллитная коррозия

Эффекты границ зерен практически не имеют значения для большинства применений или применений металлов. Если металл корродирует, это приводит к равномерному разрушению, поскольку границы зерен обычно лишь немного более реактивны, чем матрица.Однако при определенных условиях границы раздела зерен очень реактивны и приводят к межкристаллитной коррозии. Локальное повреждение на границах зерен и рядом с ними при относительно небольшой коррозии зерен - это межкристаллитная коррозия. Сплав распадается (выпадают зерна) и / или теряет прочность.

Межкристаллитная коррозия может быть вызвана примесями на границах зерен, обогащением одного из легирующих элементов или истощением одного из этих элементов в зонах границ зерен.Было показано, что небольшие количества железа в алюминии, в котором растворимость железа низкая, сегрегируют на границах зерен и вызывают межкристаллитную коррозию. Было показано, что, исходя из соображений поверхностного натяжения, содержание цинка в латуни выше на границах зерен. Истощение хрома в областях границ зерен приводит к межкристаллитной коррозии нержавеющих сталей.

Селективное выщелачивание

Селективное выщелачивание - это удаление одного элемента из твердого сплава в результате коррозионных процессов.Наиболее распространенный пример - выборочное удаление цинка из латунных сплавов (децинковка). Подобные процессы происходят в других системах сплавов, в которых алюминий; железо, кобальт, хром и другие элементы удаляются. Селективное выщелачивание - это общий термин для описания этих процессов, и его использование исключает создание таких терминов, как деалюмификация, декобальтификация и т. Д. Разделение - это металлургический термин, который иногда применяется, но выборочное выщелачивание является предпочтительным.

Эрозия Коррозия

Эрозионная коррозия - это ускорение или увеличение скорости разрушения или воздействия на металл из-за относительного движения между агрессивной жидкостью и поверхностью металла.Как правило, это движение довольно быстрое и связано с механическим износом или истиранием. Металл удаляется с поверхности в виде растворенных ионов или образует твердые продукты коррозии, которые механически смываются с поверхности металла. Иногда движение окружающей среды уменьшает коррозию, особенно когда локальное повреждение происходит в застойных условиях, но это не эрозионная коррозия, поскольку износ не увеличивается.

Эрозионная коррозия проявляется в виде бороздок, оврагов, волн, закругленных отверстий и впадин и обычно имеет направленный характер.Во многих случаях отказы из-за эрозионной коррозии происходят за относительно короткое время, и они являются неожиданными в основном потому, что оценочные испытания на коррозию проводились в статических условиях или потому, что эффекты эрозии не учитывались.

Растрескивание от коррозии

Под коррозионным растрескиванием под напряжением понимается растрескивание, вызванное одновременным наличием растягивающего напряжения и определенной коррозионной среды. Многие исследователи классифицируют все отказы от растрескивания, происходящие в коррозионных средах, как коррозионное растрескивание под напряжением, включая отказы из-за водородного охрупчивания.Однако эти два типа отказов от взлома по-разному реагируют на переменные среды. Чтобы проиллюстрировать, катодная защита является эффективным методом предотвращения коррозионного растрескивания под напряжением, в то время как она быстро ускоряет эффекты водородного охрупчивания. Следовательно, важность рассмотрения коррозионного растрескивания под напряжением и водородной хрупкости как отдельных явлений очевидна. По этой причине два явления растрескивания обсуждаются отдельно в этой главе.

Во время коррозионного растрескивания металл или сплав практически не подвергаются атакам на большей части своей поверхности, в то время как мелкие трещины проходят через него.Это явление растрескивания имеет серьезные последствия, поскольку оно может возникать при напряжениях в диапазоне типичных расчетных напряжений. Показано, что воздействие кипящего MgCl2 при 310 ° F (154 ° C) снижает прочностные характеристики примерно до значения, доступного при 1200 ° F.

Два классических случая коррозионного растрескивания - это «сезонное растрескивание» латуни и «каустическое охрупчивание» стали. Оба этих устаревших термина описывают существующие условия окружающей среды, которые привели к коррозионному растрескиванию под напряжением.Сезонное растрескивание относится к разрушению латунных гильз картриджей вследствие коррозионного растрескивания под напряжением. В периоды сильных дождей, особенно в тропиках, в латунных гильзах наблюдались трещины в месте опрессовки гильзы на пулю. Позже было обнаружено, что важным экологическим компонентом сезонного крекинга является аммиак, образующийся в результате разложения органических веществ.

В первых паровозах произошло много взрывов клепаных котлов. Исследование этих отказов показало трещины или хрупкие разрушения в отверстиях под заклепки.Эти области были подвергнуты холодной обработке во время клепок, и анализ белесых отложений, обнаруженных на этих участках, показал, что основным компонентом является едкий натр или гидроксид натрия. Следовательно, хрупкое разрушение в присутствии каустика привело к термину каустическое охрупчивание.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *