Коррозия металлов

Коррозия металлов

2. Химическая коррозия 3. Электрохимическая коррозия  

Классификация коррозионных процессов

 

Коррозионные процессы классифицируются по следующим основаниям:

 

1. По характеру коррозионного разрушения.

А. Макроскопические проявления коррозии

СЛАЙД 2

а) Сплошная (общая) коррозия. При этом изделие разрушается по всей поверхности своего контакта с окружающей средой (например, листы кровельного железа). Это – наиболее «безопасная» коррозия, поскольку такой вид разрушения позволяет прогнозировать свойства изделия в процессе его эксплуатации и учитывать их изменения при проектировании, вводя «коэффициент запаса».

 

б) Локальная (местная) коррозия. При этом изделие поражается на отдельных участках поверхности в виде пятен и язв. Особо опасными разновидностями локальной коррозии являются подповерхностная коррозия и питтинг.

При подповерхностной коррозии на внешней поверхности появляются только небольшие пятна, через которые выходят продукты коррозии, а под внешне неповрежденными участками развиваются значительные по объему каверны. Ситуация похожа на горение торфяников – неповрежденный слой теряет опору и легко разрушается при незначительном внешнем воздействии.

Питтинг – это такой вид коррозионного разрушения, когда точечная язва имеет большую глубину.

 

Б. Микроскопические проявления коррозии

СЛАЙД 3

а) Селективная (избирательная) коррозия. Характерна для сплавов, содержащих металлы, значительно различающиеся по активности. Например, латунь – сплав меди и цинка – подвергается коррозии за счет разрушения зерен цинка. При этом происходит обесцинкование сплава и, как следствие, разрушение изделия. Но даже если дело и не доходит до разрушения, свойства поверхности изменяются настолько, что изделие перестает выполнять свои функции. Например, поверхность запорного клапана, пораженного селективной коррозией, не может обеспечить герметичность узла.

 

б) Межкристаллитная (интеркристаллитная) коррозия. Наличие в материале изделия кристаллитов – различных по своей химической природе кристаллических зерен неправильной формы – приводит к тому, что при воздействии внешней среды меняется химический состав границы раздела кристаллитов и ослабляется связь между ними, что приводит к потере механической прочности изделия. Пример – окисление чугунов при переменном нагреве и охлаждении, когда образующиеся оксиды железа разъединяют зерна металла и карбида железа Fe₃C, входящего в состав чугуна. Характерным признаком такого вида коррозии является изменение акустических свойств материала – сталь и чугун превращаются в «деревянные», издавая при ударе по ним характерный глухой звук.

 

в) Транскристаллитная коррозия. При возникновении в массе металла зон механических напряжений микротрещины пронизывают металл в направлениях пониженной прочности вне зависимости от геометрических характеристик отдельных кристаллитов и наличия на пути трещины границ раздела фаз.

Характерным примером транскристаллитной коррозии является водородное охрупчивание, возникающее из-за проникновения в кристаллическую решетку из окружающей среды катионов водорода. Они восстанавливаются электронным газом металла до элементарного газообразного водорода, давление которого и создает в микрополостях металла зоны механических напряжений, порождающие микротрещины.

 

2. По виду коррозионной среды и условиям протекания процесса.

СЛАЙД 4

а) Газовая коррозия - это химическая коррозия металлов в газовой среде при минимальном содержании влаги (как правило не более 0,1%) или при высоких температурах. В технике – это процессы в реактивных двигателях, газовых турбинах и т.п. Такой вид коррозии часто встречается в химической и нефтехимической промышленности.

б) Атмосферная коррозия — коррозия металлов в атмосфере воздуха или любого влажного газа.

в) Подземная коррозия — коррозия металлов в почвах и грунтах.

г) Морская коррозия – коррозия металлов в морской воде.

д)Биокоррозия — коррозия, протекающая под влиянием жизнедеятельности микроорганизмов. Например, тионовые бактерии, окисляющие содержащиеся в почве сульфиды до сульфатов с образованием серной кислоты.

е) Контактная коррозия — вид коррозии, вызванный контактом металлов, имеющих разные потенциалы в данном электролите.

ж) Радиационная коррозия - коррозия, обусловленная действием радиоактивного излучения.

з) Коррозия внешним током и коррозия блуждающим током. В первом случае — это коррозия металла, возникающая под воздействием тока от внешнего источника. Во втором случае — под воздействием блуждающего тока. Такие токи характерны в районах с развитой инфраструктурой электрического транспорта – трамваи, метро, железные дороги.

и) Коррозия под напряжением — коррозия, вызванная одновременным воздействием коррозионной среды и механических напряжений. Если это растягивающие напряжения, то может произойти растрескивание металла. Это очень опасный вид коррозии, особенно для конструкций, испытывающих механические нагрузки (оси, рессоры, автоклавы, паровые котлы, турбины и т.д.). Если металлические изделия подвергаются циклическим растягивающим напряжениям, то это может вызвать коррозионную усталость. Такому виду коррозии подвержены рессоры автомобилей, канаты, валки прокатных станов.

 

3. По механизму процесса

СЛАЙД 5

Все процессы коррозии с химической точки зрения являются гетерогенными окислительно-восстановительными процессами, протекающими на границе раздела фаз металл – коррозионная среда и делятся на два класса – химическая и электрохимическая коррозия.

 

Химическая коррозия

Химическая коррозия – самопроизвольное разрушение металлов в среде окислительного газа или в жидких неэлектролитах. Сущность процессов химической… В жидкостях-неэлектролитах (нефть, бензин, керосин и т.п.) особо опасную роль… Наиболее часто химическая коррозия встречается в форме газовой коррозии.

Электрохимическая коррозия.

Электрохимическая коррозия – самый распространенный вид коррозии. Это связано с тем, что в окружающей среде практически везде присутствует жидкая… Непосредственной причиной возникновения электрохимической коррозии является… Возникновение неоднородности обусловлено тремя главными причинами:

Н/н2 = 0,0 В φ2н/н2 = - о,41 В φ0о2/20 = 1,23 В φО2/2О = 0,81 В

 

1. Металлы низкой термодинамической стабильности

(<-0,41В). К этой группе относятся щелочные и щелочно-земельные металлы, алюминий, цинк и некоторые другие. Металлы этой группы корродируют даже в нейтральных средах, не содержащих кислорода и окислителей.

2. Металлы термодинамически нестабильные

( –0,41В<<0В). К этой группе относятся кадмий, никель, олово, свинец и некоторые другие. Металлы этой группы устойчивы только в нейтральных средах при отсутствии кислорода и других окислителей.

3. Металлы промежуточной термодинамической стабильности (0В<<0,81В). К этой группе относятся медь, серебро, висмут, рений и некоторые другие. Металлы этой группы устойчивы в нейтральных и кислых средах при отсутствии кислорода и других окислителей.

4. Металлы высокой термодинамической стабильности (0,81В<<1,23В). К этой группе относятся платина, палладий, иридий и некоторые другие. Металлы этой группы устойчивы в нейтральных средах в присутствии кислорода и других окислителей.

5. Металлы практически полной термодинамической стабильности (> 1,229В). К этой группе относится золото и некоторые сплавы. Металлы этой группы устойчивы в кислых средах в присутствии кислорода и других окислителей, но при отсутствии комплексообразователей.

 

Кинетика электрохимической коррозии

Скорость коррозии выражается через потери металла в единицу времени. Массу подвергшегося коррозии металла можно рассчитать по закону Фарадея. Например,

Вычислите, сколько грамм свинцового электрокабеля разрушилось при прохождении блуждающего тока силой 0,002А за 870 часов.

Решение

Для решения задачи воспользуемся формулой, отражающей объединенный закон Фарадея:

M = Mэкв ∙ I ∙ τ / F

где M_экв – молярная масса эквивалента металла, I – cила тока, τ - время

I = 0,002 A

τ = 870ч. = 3132000c.

F = 96500 Кл/моль

M_экв(Pb) = M(Pb) / z ;

M_экв(Pb) = 207,2 / 2 = 103,6 (г/моль)

m = 103,6 · 0,002 · 3132000 / 96500 = 6,7 (г)

Ответ: 6,7 г.