При эксплуатации изделий из металлов и их сплавов приходится сталкиваться с явлением разрушения их под действием внешней среды. Разрушение металлов и сплавов вследствие взаимодействия их с окружающей средой называется коррозией. Коррозия металлов наносит большой экономический ущерб. В результате коррозии выходят из строя оборудование, машины, механизмы, разрушаются металлические конструкции.Особенно сильно подвергается коррозии оборудование, которое контактирует с агрессивными средами, например, растворами кислот, солей.
Коррозийное разрушение может затрагивать всю поверхность металла сплошная общая коррозия, или отдельные участки местная локальная коррозия. В зависимости от механизма процесса различают химическую и электрохимическую коррозию. Химическая коррозия разрушение металла из-за окисления его окислителями, находящимися в коррозийной среде.Химическая коррозия протекает без возникновения электрического тока в системе. Такой вид коррозии возникает при контакте металлов с неэлектролитами или в газовай среде при высоких температурах газовая коррозия . Газовая коррозия встречается довольно часто.
С ней мы сталкиваемся при коррозии металлов в печах, выхлопных трубах и т.п. Наиболее опасным для металлов компонентами газовой среды являются кислород О2 , пары воды Н2О, оксид углерода IV СО2 , оксид серы IV SO2 . Коррозийное разрушение железа и его сплавов на воздухе обусловлено окислением его кислородом 4Fe 3O2 2Fe2O3 C повышением температуры скорость газовой коррозии возрастает. Наибольший вред приносит электрохимическая коррозия.
Электрохимической коррозией называется разрушение металла при контакте с электролитами с возникновением в системе электрического тока. В этом случае наряду с химическими процессами отдача электронов протекают и электрический перенос электронов от одного участка к другому . При этом в результате взаимодействия металла с молекулами воды из коррозийной среды на нем протекают два процесса окисление металла Me анодный процесс Me 2e Me2 и восстановление окислителей компонентов среды катодный процесс . Как правило в качестве окислителей выступают ионы водорода Н коррозия с водородной деполяризацией или растворенный в воде кислород О2 коррозия с кислородной деполяризацией . В первом случае при катодном процессе выделяется водород 2Н 2e H2 а во втором образуются гидроксид-ионы O2 2H2O 4e 4OH- Участки поверхности металла , на которых протекают процессы окисления и восстановления, называют соответственно , анодными и катодными.
Рассмотрим в качестве примера электрохимической коррозии реакции при электрохимической коррозии железа.
Если коррозия протекает в растворе кислоты, то происходят следующие реакции Fe 2e Fe2 1 2H 2e H2 1 Fe 2H Fe2 H2 Коррозия железа в нейтральной или щелочной среде характеризуется следующими реакциями Fe 2e Fe2 2 O2 2H2O 4e 4OH- 1 2Fe O2 2H2O 2Fe OH 2 Образующийся гидроксид железа III легко окисляется кислородом воздуха 2Fe O2 2H2O 2Fe OH 3 Продукт коррозии железа бурая ржавчина представляет собой смесь гидроксида железа II и железа III , продуктов их разложения и взаимодействия с углекислым газом и другими веществами из окружающей среды.
Электрохимическая коррозия может быть усилена, если металл содержит примеси других веществ или металлические включения.Например, железо загрязнено примесями меди. При этом возникают гальванические микроэлементы пары .Металл с более отрицательным потенциалом разрушается ионы его ходят к менее активному металлу, на котором происходит восстановление ионов водорода водородная деполяризация или восстановление растворенного в воде кислорода кислородная деполяризация . Таким образом, при электрохимической коррозии как в случае контакта разнородных металлов, так и в случае образования микрогальванических элементов на поверхности одного металла поток электронов направлен от более активного метла к менее активному проводнику , и более активный металл корродирует.
Скорость коррозии тем больше, чем дальше расположены друг от друга в ряду стандартных электродных потенциалов те металлы, из которых образовался гальванический элемент гальваническая пара . На скорость коррозии влияет и характер раствора электролита.
Чем выше его кислотность т.е. меньше рН , а также чем больше содержание в нем окислителей, тем быстрее проходит коррозия. Значительно возрастает коррозия с ростом температуры.Некоторые металлы при соприкосновении с кислородом воздуха или в агрессивной среде переходят в пассивное состояние, при котором резко замедляется коррозия.
Например, концентрированная азотная кислота легко делает пассивным железо, и оно практически не реагирует с концентрированной азотной кислотой. В таких случаях на поверхности металла образуется плотная защитная пленка, которая препятствует контакту металла со средой.Защитная пленка всегда имеется на поверхности алюминия. Подобные пленки в сухом воздухе образуются также на Be, Cr, Zn, Ta, Ni, Cu и других металлах.
Кислород является наиболее распространенным пассиватором. Литература Г.П.Хомченко Пособие по химии для поступающих в вузы.