Корозія

Відео: Навчальний фільм «Корозія металів, способи захисту від неї»

корозія металів - процес хімічного руйнування металів і сплавів при їх взаємодії з зовнішнім середовищем: повітрям, водою, розчинами електролітів і ін. Розрізняють два види корозії: хімічну і електрохімічну.
Хімічна корозія відбувається в середовищах, які не проводять електричного струму. Вона обумовлюється дією на метали неелектролітів (спирту, бензину, мінеральних масел і ін.) І сухих газів (кисню, оксидів азоту, хлору, хлороводню, сірководню та ін.) При високій температурі (так звана газова корозія).
В результаті взаємодії металів з зовнішнім середовищем їх поверхня покривається тонким шаром (плівкою) різних хімічних сполук (продуктів корозії): оксидів, хлоридів, сульфідів і т. Д. Іноді цей шар такий щільний, що крізь нього не може проникати агресивне середовище. У таких випадках з часом швидкість корозії зменшується, а то і зовсім припиняється. Наприклад, алюміній в атмосфері повітря кородує значно повільніше заліза, хоча за своїми хімічними властивостями він активний від заліза. Це пояснюється тим, що поверхня алюмінію покривається суцільною, досить щільної і міцної оксидної плівкою, яка ізолює метал від доступу кисню, а оксидна плівка заліза, навпаки, є крихкою і ламкою, містить багато пор і тріщин, через що кисень повітря крізь неї легко проникає до поверхні заліза, і тим обмовляється безперервне його руйнування.
електрохімічна корозія більш поширена і завдає значно більшої шкоди, ніж хімічна. Вона виникає при контакті двох металів в середовищі водних розчинів електролітів. На відміну від хімічної електрохімічна корозія супроводжується переміщенням валентних електронів з однієї ділянки металу на іншу, тобто виникненням місцевих електричних струмів внаслідок утворення на кородуючої поверхні так званих гальванічних пар.
Для кращого розуміння механізму електрохімічної корозії розглянемо докладніше процес розчинення в розчині електроліту з виділенням водню, наприклад розчинення цинкової пластинки в розведеної сірчаної кислоти без контакту і в контакті з мідною пластинкою.
Подвійний електричний шар на межі метал-електроліт При зануренні цинкової пластинки в кислоту атоми цинку з її поверхні поступово переходять в розчин у вигляді іонів Zn 2 +, а їх валентні електрони залишаються на поверхні металу. Внаслідок цього на кордоні метал-електроліт утворюється подвійний електричний шар. Внутрішню обкладку цього шару утворюють негативні заряди надлишкових електронів (позначених знаком -), а зовнішню обкладку - позитивні заряди іонів цинку (позначених знаком +). Внаслідок взаємного тяжіння між протилежними зарядами іони цинку, що переходять в розчин, що містяться поблизу поверхні металу. Подальший процес розчинення цинку стає можливим тільки завдяки тому, що іони водню підходять до поверхні цинку і приєднують надлишкові електрони. При цьому іони цинку перестають утримуватися в подвійному електричному шарі негативними зарядами і вільно дифундують в глиб розчину, а на їх місце з поверхні металу переходять нові іони цинку і т. Д. Таким чином, приєднання надлишкових електронів з поверхні металу іонами водню електроліту забезпечує безперервний перехід іонів цинку в розчин, тобто його розчинення, (кородування).
З цього випливає, що процес розчинення цинку в кислоті складається з двох паралельних процесів: з віддачі атомами цинку валентних електронів (окислення цинку) і переходу іонів-цинку в розчин:
і по приєднанню надлишкових електронів іонами водню (відновлення іонів водню) і виділення вільного водню:
Обидва ці процеси відбуваються на поверхні того ж металу - на цинковій пластинці. Але за певних умов їх можна просторово роз`єднати. Так, коли поруч з цинкової платівкою занурити в розчин мідну і обидві пластинки з`єднати металевим провідником, то перший процес (розчинення цинку) відбуватиметься на цинковій пластинці, а другий (відновлення іонів водню) - на мідній.
Мідь, як відомо, з розбавленою сірчаною кислотою не взаємодіє. Тому іони міді не переходять в розчин і на її поверхні не буде надлишків електронів. Але коли обидві пластинки з`єднати мідним дротом, то концентрація надлишкових електронів, (цинкової пластинки) почне вирівнюватися на обох платівках і електрони з цинкової пластинки почнуть переміщатися на мідну. Якщо в систему включений гальванометр, то він покаже наявність електричного струму. Однак концентрація електронів, на обох платівках не може бути однаковою. Це пояснюється тим, що іони водню легше розряджаються (приєднують електрони) на поверхні міді, ніж на поверхні цинку. Тому процес відновлення іонів водню і виділення вільного водню буде відбуватися практично тільки на мідній пластинці, а на цінковой- майже повністю припиниться. Але швидкість розчинення цинку при цьому значно збільшиться, оскільки надлишкові електрони з поверхні цинку будуть швидко переміщатися на мідну пластинку і там приєднуватися іонами водню.
Приклад розчинення цинку, що знаходиться в контакті з міддю в розчині сірчаної кислоти є прикладом освіти і роботи гальванічних пар, які лежать в основі електрохімічної корозії. Гальванічні пари можна утворювати з будь-яких двох металів, що контактують між собою і занурені в розчин електроліту. При цьому швидкість кородування активного металу значно збільшується, а менш активний метал зовсім кородує. На ньому відбувається тільки відновлення іонів водню тими електронами, які прибувають з поверхні активного металу.


Електрохімічна корозія металів виникає не тільки в присутності сильних, але і слабких електролітів і навіть тонкого шару вологи, якої покриваються металеві балки (конструкції) в атмосфері повітря. Будучи дуже слабким електролітом, вода теж розпадається, утворюючи іони Н + і ОН -, хоча і в незначній кількості. Але при розчиненні в ній різних солей, що містяться в повітрі у вигляді пилу, і газів - CO 2, SO 2 та ін., Концентрація різних іонів, в тому числі і іонів водню, збільшується і стає достатньою для виникнення і перебігу електрохімічної корозії.
Схема корозії заліза в контакті з міддю Як приклад електрохімічної корозії в присутності вологи, повітря розглянемо процес кородування залізної конструкції з мідними заклепками. Коли така конструкція покривається шаром вологи (розчином електроліту), то залізні і мідні ділянки її поверхні утворюють гальванічні пари. При цьому атоми заліза як більш активного металу переходять в розчин у вигляді двовалентних іонів Fe 2 +, а втрачені ними валентні електрони переміщаються на мідь і там приєднуються катіонами водню, відновлюючи їх до вільного водню. Процес кородування заліза в контакті з міддю схематично можна зобразити таким рівнянням:

дисоціація води:
втрата атомами заліза валентних електронів і перехід іонів в розчин: (Метал) другого Fe 2 + (Розчин)
відновлення катіонів водню (на поверхні міді) і виділення вільного водню: 2Н + + 2е -gt; 2Н ° -gt; Н 2? -
освіти дігідроксіду заліза: Fe 2 + + 2OH - -gt; Fe (OH) 2
окислення двовалентного заліза до тривалентного розчиненим киснем повітря: 4Fe (OH) 2 + O 2 + 2H 2 O -gt; 4Fe (OH) 3
часткова втрата води трігідроксідом заліза і перетворення його в гідроксид-оксид заліза:



В результаті цих реакцій залізо покривається шаром іржі, що складається головним чином з FeO (OH), а також з гідроксидів заліза Fe (OH) 2 і Fe (OH) 3.
Гальванічні пари на кородуючої поверхні можуть утворюватися не тільки при контакті двох металів з великими поверхнями, але і при контакті основного металу з нерозчинними в ньому домішками інших металів, які завжди містяться в технічних металах. У таких випадках на кородуючої поверхні металу утворюється безліч невеликих за розмірами так званих мікро-гальванічних пар, роботою яких обумовлюється електрохімічне кородування основного металу. Як при контакті двох різних металів (освіті макрогаль-ванічніх пар), так і при наявності в основному металі нерозчинних домішок інших металів (освіті мікрогальваніческіх пар) потік електронів (електричного струму) спрямований від більш активного металу до менш активного. Більш активний метал кородує (руйнується), а менш активний не кородує. На ньому тільки поновлюються іони водню тими електронами, які прибувають від атомів активного металу. Швидкість електрохімічної корозії тим більше, чим більше утворюється на кородуючої поверхні гальванічних пар, тобто чим більше контактів основного металу з іншими менш активними металами або чим більше він забруднений домішками менш активних металів. Чим чистіше метал, тим менше він схильний до корозії, а дуже чисті метали майже не піддаються корозії.
Швидкість електрохімічної корозії залежить від різниці активності металів, що утворюють гальванічні пари. Чим більш віддалені ці метали один від одного в електрохімічному ряді напруг, тим більше швидкість корозії. На швидкість корозії впливає також електроліт і температура. Чим сильніше електроліт, тобто чим більше міститься в ньому іонів, зокрема іонів водню, і чим вище температура, тим більше швидкість електрохімічної корозії. Боротьба з корозією. Корозія металів завдає величезної шкоди народному господарству. Внаслідок корозійного руйнування втрачається близько 10% щорічного видобутку металів. Тому заходам боротьби з корозією приділяється значна увага. Способів боротьби з корозією багато і вони різноманітні.
біокоррозіі - корозія металів, що викликаються мікроорганізмами або продуктами їх життєдіяльності.
Одним з найбільш поширених способів боротьби з корозією є покриття металу (головним чином заліза) олійними фарбами. Захисна дія фарби заснована на тому, що оліфа, піддаючись полімеризації, утворює на поверхні металу суцільну еластичну плівку, яка ізолює метал від впливу атмосферних хімічних агентів. Іноді для захисту металу від корозії (наприклад, алюмінію і деяких сталевих виробів) штучно створюють оксидну плівку обробкою їх поверхні сильними окислювачами.
Схема корозії оцинкованого заліза Значного поширення набув також спосіб покриття одного металу іншим. Наприклад, дахове залізо покривають тонким шаром цинку. З цією метою залізні листи занурюють на короткий час в розплавлений цинк. Сам по собі цинк в атмосфері повітря не піддається корозії, оскільки на його поверхні утворюється досить стійка захисна оксидна плівка ZnO. При пошкодженні цинкового шару (тріщини, подряпини і т.д.) цинк з залізом в присутності вологи повітря утворює гальванічну пару. При цьому електрохімічному корозійному руйнуванню піддається цинк як активний метал, а залізо не руйнується, поки не буде зруйнований весь захисний шар цинку.
На цьому ж принципі грунтується і так званий протекторний спосіб захисту металів від корозії. Суть цього способу полягає в тому, що металеву конструкцію з`єднують металевим провідником з активним металом, який піддається корозійному руйнуванню. Наприклад, в парові котли іноді вводять листи цинку, які з`єднують залізними стрижнями з стінками котла. При цьому утворюється в середовищі води гальванічна пара, в результаті чого цинк, як активний метал руйнується, а залізні стінки котла не піддаються корозії. Так само можна захищати і підземні трубопроводи.
Схема корозії лудженого заліза Іноді металеві вироби покривають захисним шаром менш активного металу. Прикладом цього може служити біла жерсть, з якої виробляють консервні банки. її отримують зануренням на короткий час залізних листів в розплавлене олово. Олово дуже добре захищає залізо тих пір, поки його шар суцільної. Але коли захисний шар пошкоджується і залізо приходить в зіткнення з агресивним середовищем, воно з оловом утворює гальванічну пару і залізо як активний метал піддається корозійного руйнування. При цьому залізо кородує значно швидше, ніж в тому випадку, коли воно не вкрите шаром олова.
Досить поширеним є гальванічний спосіб покриття одного металу іншим (шляхом електролізу). Цим способом покривають нікелем (нікелювання), хромом (хромування), міддю (міднення), сріблом (сріблення), золотом (золочення) і іншими металами. Гальванічним способом можна наносити дуже тонкий і рівномірний шар захищає металу. Гальванічні покриття не тільки захищають металеві вироби від корозії, а й надають їм красивого зовнішнього вигляду.
Для боротьби з корозією в середовищі рідин застосовують спеціальні добавки, так звані інгібітори, тобто сповільнювачі корозії. Інгібіторами можуть бути різні речовини: хромат натрію, Дихромат калію, фосфат натрію і ін., А також желатин, клей і інші органічні речовини. Інгібітори сприяють утворенню на кородуючої поверхні металу міцної захисної плівки, в результаті чого швидкість корозії може зменшуватися в десятки і сотні разів. Особливо важливу роль відіграють інгібітори при взаємодії металів з кислотами. Так, наприклад, якщо додати Деякі інгібітори до соляної кислоти, то її можна зберігати в сталевий тарі, хоча хлоридная кислота із залізом взагалі реагує досить енергійно. Крім того, останнім часом стали широко застосовувати сплави з високими антикорозійними властивостями. Такі сплави отримують шляхом добавок до основного металу інших металів - нікелю, кобальту, хрому та ін. Прикладом антикорозійних сплавів може служити сталь з вмістом 15-20% Со. Така сталь цілком стійка до впливу кислот. З неї виготовляють різну хімічну апаратуру.

Увага, тільки СЬОГОДНІ!