Приклади протікання електрохімічної корозії

1. Корозія заліза у вологому повітрі:

–A: Fe – 2e → Fe²⁺ 2

+K: O₂ + 2H₂O + 4e → 4OH^– 1

2Fe + O₂ +2H₂O → 2Fe(OH)₂

4Fe(OH)₂ + O₂ + 2H₂O → 4Fe(OH)₃

2. Електрохімічна корозія металів, які контактують у кислому та нейтральному середовищі:

Fe Zn

При контакті двох металів анодом буде метал з меншим стандартним електродним потенціалом – цинк, катодом – метал з більшим значенням потенціалу – залізо. На аноді протікає процесс окиснення металу (цинку), а на катоді (залізо) відбувається процес відновлення іонів гідрогену (кисле середовище) або молекул кисню (нейтральне середовище).

кисле середовище нейтральне середовище

–A: Zn – 2e→ Zn²⁺ –A: Zn – 2e–→ Zn²⁺

+K: 2H⁺ + 2e→ H₂ +K: O₂ + 2H₂O + 4e → 4OH^–

Zn + 2H⁺→ Zn²⁺ + H₂ 2Zn + O₂ + 2H₂O → 2Zn(OH)₂

Анодний і катодний процеси, які розглянуто, умовно називають первинними процесами, а продукти їх взаємодії первинними продуктами корозії.

У процесі протікання електрохімічної корозії можуть відбуватися вторинні процеси: взаємодія первинних продуктів корозії між собою і електролітом, а також з газами, які розчинені в електроліті. При цьому можуть утворюватися вторинні продукти корозії (гідроксиди, фосфати, силікати металів), які є малорозчинними у водних середовищах. У загальному вигляді вторинні продукти гальмують швидкість протікання електрохімічної корозії.

Утворення вторинних продуктів притаманне електрохімічній корозії, яка протікає в нейтральних або лужних середовищах.

Наприклад, розглянемо корозію алюмінію, що перебуває в контакті з міддю у вологому повітрі. Анодом є алюміній, катодом – мідь, на катоді відбувається розрядження іонів Гідрогену:

Al Cu

–A: Al – 3e → Al³⁺ 2

+K: 2H⁺ + 2e– = H₂ 3

2Al + 6H⁺→ 2 Al³⁺ + 3H₂

Якщо кисень не надходить до катода, то він швидко поляризується, тобто його потенціал стає негативним за рахунок наявності адсорбованого водню.

Поляризація може привести до зниження ЕРС гальванічного елемента до нуля і як наслідок – до припинення корозії.

Чисті метали стійкіші проти зовнішніх впливів, ніж сплави. Якщо метал містить домішки, то корозія його в розчинах електролітів виникає як результат дії невеликих місцевих (локальних) гальванічних елементів (гальванопар). У цьому випадку, як і в звичайному гальванічному елементі, водень накопичується на поверхні пасивних домішок, які ведуть себе як катод гальванічного елемента.

Анодом гальванічного елемента стає активніший метал, який руйнується.

Наприклад, корозія оцинкованого і лудженого (покритого оловом) заліза в місцях тріщин, дефектів відбувається по-різному у вологому повітрі. При корозії оцинкованого заліза анодом буде цинк як більш активний метал. Він буде руйнуватися. На поверхні заліза (катоді) відновлюється кисень:

–A: Zn – 2e→ Zn²⁺ 2

+K: O₂ + 2H₂O + 4e → 4OH^– 1

2Zn + O₂ + 2H₂O → 2Zn(OH)₂

У лудженому залізі більш активним металом є залізо. Залізо стає анодом і починає руйнуватися. Тобто достатньо маленької подряпини на поверхні лудженого заліза, щоб залізо почало кородувати, на відміну від оцинкованного заліза.

–A: Fe – 2e → Fe²⁺ 2

+K: O₂ + 2H₂O + 4e → 4OH^– 1

2Fe + O₂ +2H₂O → 2Fe(OH)₂

4Fe(OH)₂ + O₂ + 2H₂O → 4Fe(OH)₃

Можна зазначити, що покриття з цинку виявляє як механічний, так й електрохімічний захист від корозії, а покриття з олова – тільки механічний.

Для захисту від корозії використовуються різноманітні методи:

– використання корозійностійких сплавів – легування металів;

– зміна властивостей середовища (використання інгібіторів корозії);

– нанесення захисних покриттів (фарби, лаки, інші метали);

– створення штучних захисних плівок (анодування).

Найбільш надійним методом боротьби з корозією є виготовлення обладнання, машин та будівельних конструкцій з корозійностійких матеріалів.

Деякі метали є або стійкими до корозії (золото, платина), або на їхній поверхні утворюються стійкі плівки як в сухому, так і вологому повітрі (хром, нікель, титан, алюміній). Метали останньої групи в концентрованих розчинах окисників руйнуються значно менше, ніж у розведених розчинах. У такому випадку говорять про пасивацію металів. Зниження швидкості корозії відбувається в результаті утворення на поверхні металу плівок, які гальмують анодний процес. Такі метали пасивуються значно легше, ніж залізо, тому при їх введенні (легуванні) до залізо-карбонових сплавів утворюються сплави, стійкість яких до корозії є близькою до стійкості легуючого елемента. Загальна назва таких сплавів – нержавіючі сталі.

Метал або сплав, що знаходиться в пасивованому стані, може знов стати активним. Процес переходу металу з пасивного стану до активного називається активацією. Активацію можуть викликати відновники (Na₂SO₃, Na₂S₂O₃), або деякі іони (Н⁺, Cl^-, Br^-, I^-, SO₄^2-).

З іншого боку, існують такі речовини, які гальмують процес корозії. Вони звуться інгібіторами корозії. Інгібітори адсорбуються на поверхні металу і гальмують протікання катодного або анодного процесів. До анодних інгібіторів відносяться хромати, нітрити, фосфати і силікати лужних металів. Наприклад, в системах опалення будинків до гарячої води додають силікат натрію. До найбільш поширених інгібіторів органічного походження відносять уротропін (сухий спирт). Його додають до розчину для зняття накипу з поверхні залізних сплавів (парових котлів, труб, чайників).

Досить ефективними методами захисту від корозії є протекторний захист.

Протекторний захист – це захист основного металу від корозії шляхом його контакту з більш активним металом. При цьому утворюється гальванопара, у якій протектор виступає в якості анода (руйнується), а основний метал – у якості катода. Основний метал почне кородувати тільки після того, як протектор повністю окисниться. За допомогою протекторів захищають корпуси морських судів, труби, що знаходяться під землею. В якості протекторів використовують сплави магнію, цинку або алюмінію. Метали більш активні, ніж магній інтенсивно реагують з киснем та вологою, тому їх використовувати в якості протекторів не можна.

Останнім часом найбільше застосовується електрохімічний захист.

Розрізняють два види електрохімічного захисту: катодний та анодний захист.

Катодний захист найбільш поширений вид електрохімічного захисту. Його використовують для боротьби з корозією сталі, міді, латуні та алюмінію в умовах слабко-агресивних середовищ. Катодну поляризацію металу здійснюють шляхом його приєднання до негативного полюсу джерела електричного струму (катоду).

Позитивний полюс джерела електричного струму приєднують до допоміжного електроду, який буде виступати в якості аноду.

Метали, які здатні добре пасивуватися, можна захищати за допомогою анодного захисту: метал, який треба захистити приєднують до позитивного полюсу джерела струму. У деякому інтервалі потенціалів метал пасивується і корозійний процес гальмується.

Захисні покриття

Найбільш поширеним засобом захисту металів від корозії є покриття поверхні металів лаками, фарбами, емалями. Більшість лаків та фарб мають у своєму складі леткий органічний розчинник, який робить процес виробництва фарб та фарбування пожежонебезпечним.

Існують і металеві покриття, які наносять на поверхню метала різними методами: електрохімічними осадженням, напилюванням, термомеханічним методом. За характером захисної дії металеві покриття ділять на катодні та анодні.

Катодне – це покриття металом, який має більш позитивний електродний потенціал, ніж потенціал того металу, який захищають від корозії. Наприклад, залізо, покрите оловом (луджене залізо) чи міддю.

Анодним називають покриття металом, який має більш негативний електродний потенціал у порівнянні з потенціалом металу, який захищають від корозії. Наприклад, покриття заліза цинком (оцинковане залізо).

Хід роботи