КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ И МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ ОТ КОРРОЗИИ
Коррозия – это самопроизвольно протекающий процесс разрушения металлов в результате химического или электрохимического взаимодействия их с окружающей средой.
По механизму протекания различают химическую и электрохимическую коррозию.
Химической коррозией называется разрушение металла в результате его окисления в окружающей среде без возникновения электрического тока в системе. В этом случае происходит взаимодействие металла, например, с газами (газовая коррозия) или с неэлектролитами (жидкостная коррозия).
Наибольшие материальные потери (прямые и косвенные) приносит электрохимическая коррозия. Электрохимическая коррозия возникает в средах, обладающих ионной проводимостью. В этом случае процесс коррозии заключается в анодном растворении металла под влиянием параллельно протекающего катодного восстановления окислителя (с переносом электронов от анодного участка к катодному ).
При электрохимической коррозии на поверхности металла могут появляться анодные и катодные участки, возникает короткозамкнутый гальванический элемент. На анодных участках протекает окисление металла по реакции: Ме → Меn+ + ne.
На катодных участках происходит процесс восстановления окислителя. В зависимости от рН среды на катоде могут восстанавливаться ионы водорода или поглощаться кислород:
при рН < 7 протекает восстановление ионов водорода: 2Н++2ē→Н2;
при рН ≥ 7 протекает восстановление молекулярного кислорода:
О2 +2Н2О + 4ē → ОН–.
Ионы или молекулы, которые восстанавливаются на катоде, называются деполяризаторами. Коррозия, протекающая с выделением водорода, называется коррозией с водородной деполяризацией. В кислой среде деполяризатором является водород. Коррозия, протекающая с поглощением кислорода, называется коррозией с кислородной деполяризацией.
Рассмотрим условия, при которых возможна коррозия с кислородной и водородной деполяризацией. Коррозия как самопроизвольный процесс протекает, если ∆G < 0. Так как энергия Гиббса непосредственно связана с ЭДС коррозионного элемента Eэ = – (∆G/nF), то возможность протекания коррозии может быть установлена по знаку ЭДС коррозионного элемента. Если ЭДС элемента имеет положительное значение (Еэ > 0), то коррозия возможна. Так как ЭДС коррозионного элемента равна разности потенциалов окислителя и восстановителя Еэ = Еок – Евосст, то коррозия возможна при условии, что потенциал окислителя положительнее потенциала металла:
Еок > 
.
Потенциал кислородного электрода при 298 К описывается уравнением:
= 1,23 – 0,059×рН.
Потенциал водородного электрода описывается уравнением:
= –0,059×рН.
Определить возможность протекания коррозии различных металлов можно по соотношениям:
Если 
< 
< 
коррозия возможна как с поглощением кислорода, так и с выделением водорода;
Если 
< 
< коррозия возможна только с поглощением кислорода и невозможна с выделением водорода;
< 
< 
коррозия металла невозможна.
Гальванокоррозия вызывается многими причинами.
1. Основная причина возникновения гальванокоррозии – тесный контакт двух металлов с различными потенциалами, находящихся в среде электролита. Металлы, находящиеся в тесном контакте, образуют короткозамкнутый гальванический элемент. Например, при контакте алюминия с медью, по соотношению электродных потенциалов алюминий является анодом, медь – катодом.
Для рассмотренной гальванопары в кислой среде идут реакции:
Таким образом, будет растворяться (разрушаться) анод, в данном случае алюминий.
2. Второй причиной возникновения гальванокоррозии является неоднородность металлов. Больше всего это относится к техническому железу – чугунам и сталям. Техническое железо состоит в основном из кристаллов железа и участков цементита (Fe3C). Кристаллы железа играют роль микроанодов, участки цементита – микрокатодов.
В этом случае в условиях контакта с воздухом, содержащим влагу (О2+2Н2О) идут реакции: (–): Fe0 – 2ē → Fe+2,
(+): O2 + H2O + 4ē → 4OH–.
3. Следующей распространенной причиной возникновения гальванокоррозии является аэрация – неравномерный доступ кислорода (или воздуха) к разным участкам одного и того же металла. Например, вбитый во влажное дерево гвоздь. Та часть гвоздя, к которой доступ кислорода свободен, будет являться катодом. Часть гвоздя, находящаяся в дереве, будет анодом, в результате пойдут реакции:
(–): Fe0 – 2ē → Fe+2,
(+): O2 + H2O + 4ē → 4OH-.
Защита металлов от коррозии
Существует много способов борьбы с коррозией. основными способами защиты являются:
· электронная защита (протекторная защита и электрозащита);
· использование защитных покрытий (металлических, неметаллических и др.);
· легирование металлов.
К электрозащите относятся способы, при которых к защищаемому изделию направляется поток электронов, как, например, при катодной защите или протекторной защите.
катодная защита заключается в следующем: к катоду, отрицательному полюсу внешнего источника питания постоянного тока, присоединяют защищаемый металл, к аноду – лом (отходы металла). Пока поступает ток от внешнего источника питания, анод разрушается, а катод остается целым. Недостатком этого метода является расход электроэнергии.
Суть протекторной защиты: два металла – защищаемый и протектор – приводятся в тесный контакт посредством склеивания или приклепывания. Металл протектора подбирается так, чтобы он являлся анодом (имел меньший электродный потенциал) по отношению к защищаемому изделию. В первую очередь разрушается анод, защищаемое изделие сохраняется. Данный вид защиты относится к электрозащите, так как в системе возникает направленный поток электронов. Электрозащита применяется в тех случаях, когда объем окружающей агрессивной среды очень велик. Электрозащита применяется на морских судах (подводные части), для защиты всех подводных и подземных сооружений.
В качестве первых защитных металлических покрытий использовались цинк и олово. Покрытие цинком называют цинкованием. Покрытие оловом – лужением. По соотношению потенциалов защищаемого металла и покрытия все защитные покрытия делятся:
· на катодные покрытия – потенциал металла покрытия больше потенциала основного металла;
· анодные покрытия – потенциал металла покрытия меньше потенциала основного металла.
К защитным неметаллическим покрытиям относятся краски, лаки, эмали, полимеры, а также фосфотирование и оксидирование (воронение) стали.
Легирование – также эффективный метод повышения стойкости металлов. При легировании в состав сплава вводят компоненты, вызывающие пассивность металла. В качестве таких компонентов применяют хром, никель, вольфрам и др.
