Електрохімічна корозія металів і сплавів

Короткі теоретичні відомості

Корозія, тобто процес руйнування поверхні металевих виробів у результаті самодовільної фізичної та хімічної взаємодії з навколишнім середовищем, дуже часто має електрохімічний характер.

Якщо два різні метали перебувають у контакті (покриття, клепка, сплав, тощо), то виконуються всі три умови для виникнення та роботи гальванічного елемента: дві різні електрохімічні системи, замкнутість зовнішнього та внутрішнього кіл. Однак утворений гальванічний елемент суттєво відрізняється від звичайного як схемою, так і електродними процесами. Замість двох спеціально підібраних електролітів (розчини солей відповідних металів) наявний лише один – електроліт корозійного середовища, тобто електроліт середовища експлуатації виробу. Це може бути вологе повітря, яке містить кислі гази - СО₂, SO₂, H₂S - або не містіть їх, а також кислі чи нейтральні водні розчини, які не містять кисню.

Первинний процес на аноді у таких елементах не відрізняється від процесу в звичайному гальванічному елементі – відбувається окиснення металу з меншим значенням електродного потенціалу, тобто його корозія.

Наприклад, у випадку оцинкованого заліза при механічному порушенні цілісності покриття починає кородувати цинк (анодне покриття) як метал з меншим значенням електродного потенціалу:

А(-): Zn⁰ - 2 e = Zn²⁺.

На катоді (у нашому випадку це залізо) із електроліту корозійного середовища має відновлюватись речовина з найбільшим потенціалом. Це може бути кисень повітря, іони Гідрогену кислот або води. При цьому потрібно пам’ятати що:

= - 0,059рН

= 1,23 - 0,059рН.

Потенціали цих окисників для різних за кислотністю середовищ такі:

 

рН
, В		-0,41	-0,82
, В	1,23	+0,82	+0,41

 

Для наведеного прикладу катодні процеси можуть бути:

К(+): O₂ + 4 e + 2H₂O = 4OH^- - у вологому середовищі,

К(+): O₂ + 4 e + 4Н⁺ = 2Н₂О - у кислому середовищі, яке містить повітря,

К(+): 2Н⁺ + 2 е = H₂ - у кислому середовищі без кисню або без повітря,

К(+): 2H₂O + 2 е = H₂ + 2OH^- - у нейтральному середовищі без кисню або без повітря.

Загальна схема корозійного гальванічного елемента (т.з. корозійної пари):

Ме _анод | електроліт | Ме _катод.

Схема корозійної пари для оцинкованого заліза у кислому середовищі, яке містить повітря:

Zn | H₂O, O₂, H⁺ | Fe.

 

Задачі

В усіх наведених нижче задачах з електрохімічної корозії металів у відповідях обов’язково треба навести схеми корозійних пар і електронні рівняння анодного та катодного процесів.

1. Як відбувається атмосферна корозія лудженого (покритого оловом) і оцинкованого заліза при порушенні цілісності покриття?

2. У чому полягає сутність протекторного захисту металів від корозії? Наведіть приклад захисту нікелю в електроліті, що містить розчинений кисень.

Яке металеве покриття називається анодним і яке – катодним? Наведіть приклади металів, що можуть виступати в якості анодних і катодних покриттів для вказаного нижче металу, що знаходиться: а) у вологому повітрі; б) у сильнокислому знекисненому середовищі. Наведіть по одному прикладу повних характеристик корозійних пар різних типів.

3. Al.

4. Ni.

5. Fe.

6. Cr.

7. Со.

8. Чому хімічно чисте залізо більш стійке до корозії, ніж технічне залізо? Наведіть повні характеристики корозійних пар, які працюють при наявності корозії технічного заліза: а) у вологому ґрунті, що містить повітря; б) у вологому повітрі.

9. Чому руйнацію металу, що відбувається у природних умовах – на повітрі, у вологому ґрунті та воді, - називають електрохімічною корозією? Опишіть процес електрохімічної корозії залізного виробу, покритого тонким шаром хрому при порушенні цілісності покриття, який знаходиться: а) у кислому електроліті, що не містить повітря; б) у нейтральному електроліті (рН = 7), що містить повітря.

10. Чому руйнацію металу, що відбувається у природних умовах – на повітрі, у вологому ґрунті та воді, називають електрохімічною корозією? Опишіть процес електрохімічної корозії залізного виробу, покритого тонким шаром нікелю при порушенні цілісності покриття, який знаходиться: а) в умовах морського клімату; б) у нейтральному електроліті (рН = 7), що не містить повітря.

11. Алюміній склепано з міддю. Який з металів буде руйнуватися, якщо ці метали знаходяться: а) у вологому повітрі; б) у кисневмісному електроліті з рН < 7? Наведіть повні характеристики утворених корозійних пар.

12. Залізо склепано з міддю. Який з металів буде руйнуватися, якщо ці метали знаходяться: а) у вологому повітрі, яке містить кислі гази - СО₂, SO₂, б) у кисневмісному електроліті з рН = 7? Наведіть повні характеристики утворених корозійних пар.

Сплави металів часто являють собою так звані механічні суміші, коли мікрозерна одного металу знаходяться у тісному контакті з мікрозернами іншого металу. Наведіть повні характеристики мікрогальванічних пар, утворених на поверхні наведених нижче сплавів у вказаних струмопровідних електролітах.

13. Монель-метал (70 мас. % Cu, 30 мас. % Ni), кисневмісний електроліт;

а) рН < 7;

б) рН = 7.

14. Магналій (20 мас. % Mg, 80 мас. % Al);

а) вологе повітря;

б) слабокислі аеровані ґрунти.

15. Монетний сплав (Cu i 38-45 мас. % Zn);

а) кислий (рН < 7) безповітряний електроліт;

б) нейтральний (рН = 7) безповітряний електроліт.

16. Дюралюміній (93-95 мас. % Al, 3,5-5,5 мас. % Cu, домішки Mn, Mg);

а) вологе повітря, що містить SO₂, CO₂, H₂S;

б) нейтральний (рН = 7) безповітряний електроліт.

17. Бронза (90 мас. % Cu, 10 мас. % Sn);

а) вологе повітря;

б) аерований ґрунт (рН = 5).

18. Константан (60 мас. % Cu, 40 мас. % Ni);

а) H₂O, HCl, O₂;

б) H₂O, O₂.

19. Ніхром (60 мас. % Ni, 40 мас. % Cr);

а) кислий (рН < 7) безповітряний електроліт;

б) вологе повітря.

20. Електрон (80 мас. % Mg, 20 мас. % Zn);

а) кисневмісний електроліт (рН = 7);

б) електроліт (рН = 7), що не містить кисню.

21. Антифрикційний сплав для заливки підшипників (99 мас. % Pb, 1 мас. % Ca);

а) вологе повітря;

б) безповітряне струмопровідне середовище.

22. Латунь (сплав міді з цинком);

а) кислі аеровані ґрунти;

б) вологе повітря.

23. Нержавіюча сталь являє собою сплав заліза з 8 мас. % нікелю та 18 мас. хрому. Опишіть процеси електрохімічної корозії, що відбуваються на поверхні виробу з нержавіючої сталі в атмосферному повітрі промислового району (вологе повітря містить SO₂, CO₂, H₂S тощо).

24. Опишіть процес електрохімічної корозії сталевого виробу у вологому повітрі та в аерованому кислому ґрунті. При цьому треба врахувати, що на поверхні заліза є ділянки, заповнені карбідом заліза Fe₃C (цементитом), які виконують роль катода у мікрокорозійних порах.

25. Дві залізні пластини, одна з яких частково покрита оловом, а інша – міддю, знаходяться у вологому повітрі. На якій пластині швидше з’явиться ржа і чому? Наведіть повні характеристики утворених корозійних пар.

 

ЕЛЕКТРОЛІЗ