Elektrohemijska korozija je najčešći oblik korozije. Elektrohemijski nastaje kada metal dođe u kontakt sa okolnim elektrolitički provodljivim medijem. U ovom slučaju, redukcija oksidirajuće komponente korozivnog medija ne ide istovremeno s ionizacijom atoma metala, a njihove brzine zavise od elektrodnog potencijala metala. izvorni razlog elektrohemijska korozija je termodinamička nestabilnost metala u njihovoj okolini. Korozija cjevovoda, presvlake dna morskog plovila, razne metalne konstrukcije u atmosferi su i još mnogo toga primjeri elektrohemijske korozije.

Elektrohemijska korozija uključuje takve vrste lokalnog razaranja kao što su pitting, intergranularna korozija, pukotina. Osim toga, procesi elektrohemijska korozija javljaju u tlu, atmosferi, moru.

Mehanizam elektrohemijske korozije može se nastaviti na dva načina:

1) Homogeni mehanizam elektrohemijske korozije:

Površinski sloj ispunjen. smatra se homogenim i homogenim;

Razlog rastvaranja metala je termodinamička mogućnost katodnog ili anodnog djelovanja;

K i A regioni migriraju preko površine u vremenu;

Brzina elektrohemijske korozije zavisi od kinetičkog faktora (vremena);

Homogena površina se može smatrati graničnim slučajem, koji se može realizovati iu tečnim metalima.

2) Heterogeni mehanizam elektrohemijske korozije:

Kod tvrdih metala površina je nehomogena, jer. različiti atomi zauzimaju različite pozicije u kristalnoj rešetki u leguri;

Heterogenost se uočava u prisustvu stranih inkluzija u leguri.

Elektrohemijska korozija ima neke karakteristike: podeljena je na dva procesa koji se istovremeno odvijaju (katodni i anodni), koji su kinetički zavisni jedan od drugog; u nekim područjima površine, elektrohemijska korozija može poprimiti lokalni karakter; raspuštanje glavnog met. nastaje na anodama.

Površina bilo kojeg metala sastoji se od mnogih mikroelektroda kratko spojenih kroz sam metal. U kontaktu sa korozivnim medijem, nastale galvanske ćelije doprinose njegovom elektrohemijskom uništenju.

Razlozi za pojavu lokalnih galvanskih ćelija mogu biti vrlo različiti:

1) heterogenost legure

Heterogenost ispunjena. faze zbog nehomogenosti legure i prisustva mikro- i makro-inkluzija;

Neravnomjernost oksidnih filmova na površini zbog prisutnosti makro- i mikropora, kao i neravnomjerno stvaranje sekundarnih produkata korozije;

Prisustvo granica kristalnog zrna na površini, pojava dislokacije na površini, anizotropija kristala.

2) nehomogenost sredine

Područje s ograničenim pristupom oksidantu bit će anoda za područje sa slobodnim pristupom, što ubrzava elektrohemijsku koroziju.

3) heterogenost fizičkih uslova

Ozračenje (ozračeno područje - anoda);

Uticaj vanjskih struja (mjesto ulaska lutajuće struje je katoda, mjesto izlaska je anoda);

Temperatura (u odnosu na hladna područja, zagrijana su anode) itd.

Tokom rada galvanske ćelije, dva elektrodna procesa se odvijaju istovremeno:

Anodna- joni metala prelaze u rastvor

Fe → Fe 2+ + 2e

Događa se reakcija oksidacije.

Katoda- višak elektrona asimiliraju molekule ili atomi elektrolita, koji se zatim reduciraju. Na katodi se odvija reakcija redukcije.

O 2 + 2H 2 O + 4e → 4OH - (depolarizacija kiseonika u neutralnom, alkalnom mediju)

O 2 + 4H + + 4e → 2H 2 O (depolarizacija kiseonika u kiseloj sredini)

2 H + + 2e → H 2 (tokom depolarizacije vodonika).

Inhibicija anodnog procesa dovodi do inhibicije i katodnog procesa.

Korozija metala odvija se na anodi.

Kada dvije električno provodljive faze dođu u kontakt (na primjer, met. - Medium), kada je jedna od njih pozitivno, a druga negativno nabijena, između njih nastaje razlika potencijala. Ovaj fenomen je povezan s pojavom dvostrukog električnog sloja (EDL). Nabijene čestice se nalaze asimetrično na granici faze.

Potencijalni skokovi u procesu elektrohemijske korozije mogu nastati iz dva razloga:

Pri dovoljno visokoj energiji hidratacije, ioni metala se mogu odvojiti i prijeći u otopinu, ostavljajući na površini ekvivalentan broj elektrona, koji određuju njen negativni naboj. Negativno nabijena površina privlači met katione na sebe. iz rješenja. Tako se na granici faza pojavljuje dvostruki električni sloj.

Kationi elektrolita se ispuštaju na površinu metala. To dovodi do činjenice da je površina met. dobiva pozitivan naboj, koji formira dvostruki električni sloj s anionima otopine.

Ponekad se javlja situacija kada površina nije napunjena i, shodno tome, nema DEL. Potencijal na kojem se ova pojava opaža naziva se potencijal nultog naboja (φ N). Svaki metal ima svoj vlastiti potencijal nultog naboja.

Veličina elektrodnih potencijala ima veoma veliki uticaj na prirodu procesa korozije.

Skok potencijala između dvije faze ne može se izmjeriti, ali je korištenjem metode kompenzacije moguće izmjeriti elektromotornu silu elementa (EMF), koja se sastoji od referentne elektrode (njen potencijal se konvencionalno uzima kao nula) i elektrode ispod studija. Kao referentna elektroda uzima se standardna vodikova elektroda. EMF galvanske ćelije (standardna vodikova elektroda i element koji se proučava) naziva se elektrodni potencijal. Referentne elektrode mogu biti i srebrni hlorid, kalomel, zasićeni bakar sulfat.

Međunarodna konvencija u Stokholmu 1953. odlučeno je da se referentna elektroda uvijek stavi na lijevu stranu prilikom snimanja. U ovom slučaju, EMF se izračunava kao razlika potencijala između desne i lijeve elektrode.

E = Vp - Vl

Ako se pozitivno naelektrisanje unutar sistema kreće s lijeva na desno - EMF elementa se smatra pozitivnim, dok

E max \u003d - (ΔG T) / mnF,

gdje je F Faradejev broj. Ako se pozitivni naboji kreću u suprotnom smjeru, tada će jednadžba izgledati ovako:

E max =+(ΔG T)/mnF.

Prilikom korozije u elektrolitima, najčešći i najznačajniji su adsorpcija (adsorpcija kationa ili anjona na granici faze) i elektrodni potencijali (prijelaz kationa iz metala u elektrolit ili obrnuto).

Potencijal elektrode pri kojem je metal u ravnoteži sa svojim ionima naziva se ravnoteža (reverzibilna). Zavisi od prirode metalne faze, rastvarača, temperature elektrolita, aktivnosti metiona.

Potencijal ravnoteže ispunjava Nernstovu jednačinu:

E=E ο + (RT/nF) Lnα Me n+

gdje je, E ο - ispunjen standardni potencijal; R je molarna plinska konstanta; n je stepen oksidacije metiona; T - temperatura; F - Faradejev broj α Me n+ - aktivnost met jona.

Pri uspostavljenom ravnotežnom potencijalu, elektrohemijska korozija se ne opaža.

Ako električna struja prođe kroz elektrodu, njeno ravnotežno stanje se poremeti. Potencijal elektrode se mijenja ovisno o smjeru i jačini struje. Promjena razlike potencijala, koja dovodi do smanjenja jačine struje, obično se naziva polarizacija. Smanjenje polarizabilnosti elektroda naziva se depolarizacija.

Brzina elektrohemijske korozije je manja, što je veća polarizacija. Polarizaciju karakteriše veličina prenapona.

Polarizacija je tri tipa:

Elektrohemijski (kod usporavanja anodnih ili katodnih procesa);

Koncentracija (opažena kada je brzina približavanja depolarizatora površini i uklanjanja produkata korozije niska);

Faza (povezana sa formiranjem nove faze na površini).

Elektrohemijska korozija se takođe primećuje kada dva različita metala dođu u kontakt. U elektrolitu formiraju galvanski par. Elektronegativniji od njih će biti anoda. Anoda će se postepeno otopiti u procesu. U tom slučaju dolazi do usporavanja ili čak potpunog prestanka elektrohemijske korozije na katodi (više elektropozitivne). Na primjer, kada duralumin i nikl dođu u kontakt s morskom vodom, to će biti duralumin koji će se intenzivno otopiti.

Predavanje 9. Korozija metala.

Plan predavanja

1. Korozija metala.

2. Hemijska i elektrohemijska korozija. mehanizam korozije. Faktori koji određuju intenzitet korozije.

3. Vrste elektrohemijske korozije.

4. Metode zaštite metala od korozije - premazi.

5. Elektrohemijske metode zaštite. inhibitori korozije.

Zadaci proučavanja teme:

U procesu savladavanja teme studenti stiču predstavu o procesu korozije, njegovom mehanizmu, faktorima koji utiču na proces korozije. Metode zaštite metala od korozije.

Učenik mora znati:

Priroda procesa korozije. Glavne metode zaštite metala od korozije, njihova klasifikacija i mehanizam djelovanja.

Osnovna i dodatna literatura

Main

1. Glinka N.L. Opća hemija: Tutorial za univerzitete / Ed. A.I. Ermakov. - ed. 28., revidirano. i dodatne - M.: Integral-Press, 2000. - S. 27-36.

2. Ahmetov N.S. Opća i neorganska hemija. M: Vyssh.shk., 2005. 743 str.

3. Ugai Ya.A. Opća i neorganska hemija. M: Vyssh.shk, 2004. 527 str.

4. Glinka N.L. Zadaci i vježbe iz opšte hemije: udžbenik za srednje škole / ur. V.A. Rabinovich i dr. M.: Integral-Press, 1997. - 240 str.

Dodatno

5. Nekrasov B.V. Osnove opšte hemije. SPb-M: Vyssh.shk, 2003, tom 1, 2.

6. Korovin N.V. Opća hemija. M: Vyssh.shk., 2005. 557 str.

7. Radionica o opštoj i neorganskoj hemiji: Vodič za studente. / IN AND. Fionov, T.M. Kurokhtina, Z.N. Dymova i drugi; Ed. N.N. Pavlova, V.I. Frolova. - 2. izd., revidirano. i dodatne - M.: Drfa, 2002. - S. 33-47.

Metodološki razvoj odjeljenja

8. Garkušin I.K., Lisov N.I., Nemkov A.V. Opća hemija za tehničke univerzitete. Tutorial. Samarsk. stanje tech. un-t, Samara. - 2003. - S. 144-166.

9. Zhilyaeva I.I., Gromakovskaya A.G. Korozija metala. Metoda. uputstva za laboratorijski rad.

1. KOROZIJA Corrodere(lat.) - korodirati.

Korozija je uništavanje metala i proizvoda usled hemijske interakcije sa okolinom.

Korozija je redoks heterogeni proces koji se javlja na granici između faza - metal/tečnost, metal/gas. Ovo je spontani proces koji dovodi do termodinamički stabilnijih jedinjenja.

Godišnji gubitak metala zbog korozije iznosi 10 - 12% svjetskih proizvodnih rezervi.

Glavne vrste korozije su podijeljene:

Mehanizam korozije:

Hemijski - odvija se u neelektrolitima - heterogena interakcija metala sa oksidantom iz okoline (gas, neelektrolit);

Elektrohemijski - odvija se u elektrolitima - interakcija metala sa oksidacionim agensom uključuje anodno otapanje metala i katodnu redukciju oksidacionog agensa (elektrolit, vlažno-atmosferski, tlo)

Po prirodi razaranja metalne površine:

Ujednačeno (ukupno) - raspoređeno više ili manje ravnomjerno po cijeloj površini metala;

Lokalno - fleke (čirevi);

Mrlje (na površini) ili rupice (na velikim dubinama);

Interkristalno - duž granica zrna (najopasnije - veze između zrna strukture legure slabe);

Podpovršina - neprimjetna (ispod površine metala);

Selektivno - otapanje jedne od komponenti legure;

Pukotine - uz istovremenu izloženost hemijskim reagensima i visokim mehaničkim naprezanjima;

Selektivno - selektivno.

Razmotrite detaljnije hemijsku i elektrohemijsku koroziju:

2. HEMIJSKA KOROZIJA

Suština hemijske korozije je oksidacija metala kao rezultat njegove hemijske interakcije sa okolinom.

Okruženje koje uzrokuje hemijsko uništavanje metala naziva se agresivnim.

Hemijska korozija se izvodi direktnim prijenosom elektrona s atoma metala na atom oksidacijskog sredstva.

Hemijska korozija se dijeli na plinsku i neelektrolitnu (tečna neelektrolitna korozija).

Tečna neelektrolitna korozija nastaje tokom rada hemijske opreme, kontakta sa naftom i njenim proizvodima, tečnim bromom, benzinom, kerozinom i drugim organskim materijama, tj. materije koje ne provode elektricitet.

Korozija u plinovima (najčešća je plinska korozija) nastaje pri povišenim temperaturama, kada je kondenzacija vlage na metalnoj površini nemoguća. Gasnoj koroziji su izloženi okovi za peći, dijelovi motora sa unutrašnjim sagorijevanjem, lopatice plinskih turbina itd. Metal koji je podvrgnut termičkoj obradi takođe podleže koroziji gasa. Kao rezultat plinske korozije, na površini metala nastaju odgovarajući spojevi: oksidi, sulfidi itd.

Kako temperatura raste, brzina korozije plina se povećava.

Poseban slučaj korozije plina je vodikova korozija (vodik veže ugljik u čeliku u nezasićene ugljikovodike - metan, itd.)

Fe 3 C (cementit) + 2H 2 3Fe + CH 4

Karbonil - Me + nCO Me(CO)n

Čisti metali u većini slučajeva teško korodiraju. Čak i takav metal kao što je željezo, u potpuno čistom obliku, ne rđa. Ali obični metali uvijek sadrže razne nečistoće, koje stvaraju povoljnim uslovima za koroziju.

Tanak sloj oksida formira se na brojnim metalima.

Kao primjer, slika prikazuje stvaranje oksida na površini metala:

Ako je film čvrsto vezan za metalnu površinu i nema mehanička oštećenja, onda štiti metal od daljnje oksidacije. Takve zaštitne folije su dostupne za aluminijum, hrom, cink, mangan, titan, vanadijum, nikl i kobalt. Da bi oksidni film zaštitio metal, mora biti neprekidan, imati visoku adheziju, biti otporan na agresivna okruženja i imati koeficijent toplinske ekspanzije blizak koeficijentu toplinskog širenja metala.

U željezu je porozan, lako se odvaja od površine i stoga nije u stanju zaštititi metal od uništenja.

Za proizvodnju opreme izložene korozivnim plinovima koriste se legure otporne na toplinu. Da bi se čeliku i lijevanom željezu dala otpornost na toplinu, u njihov sastav se uvode krom, nikal i aluminij; koriste se i legure na bazi nikla ili kobalta.

ELEKTROHEMIJSKA KOROZIJA

Elektrohemijska korozija nastaje kada dva različita metala (ili nemetalne nečistoće) dođu u kontakt u medijumu elektrolita.

Za razliku od hemijske korozije, elektroni se prenose kroz provodni medij - elektrolit. Korozija se javlja na mjestima kontakta metala s različitim elektrodnim potencijalima, koji djeluju kao elektrode.

U svim slučajevima različitih nehomogenosti, na površini metala spontano se pojavljuju lokalni mikrogalvanski elementi, galvanski parovi.

Tokom galvanske korozije, tok elektrona se usmjerava od aktivnijeg metala ka manje aktivnom metalu, a aktivniji metal se uništava. Kada se pojavi galvanski par, pojavljuje se struja veće snage, što su metali dalje u nizu napona.

Brzina elektrohemijske korozije zavisi od prirode metala, prirode elektrolita i temperature.

Brzina korozije metala također se povećava kada se u nju uključe nemetalne nečistoće, čiji je potencijal veći od potencijala osnovnog metala. Dakle, inkluzije oksida ili troske u čeliku uvelike smanjuju njegovu otpornost na koroziju.

Nečistoće iz okoline mogu se adsorbirati na metalnu površinu i također katalitički utjecati na koroziju, ubrzavajući je ili usporavajući je. Na primjer, većina legura željeza korodira mnogo brže u morskoj vodi nego u vodi bez klorida iste koncentracije kisika. To je zbog činjenice da ioni klorida, adsorbirajući se na površinu željeza, sprječavaju stvaranje zaštitnih slojeva na njoj.

Vrste elektrohemijske korozije

Najkarakterističnije vrste elektrohemijske korozije:

atmosferski- struji u vlažnom vazduhu na normalnoj temperaturi. Površina metala je prekrivena filmom vlage koji sadrži otopljeni kisik. Intenzitet korozije se povećava sa povećanjem vlažnosti vazduha, sadržaja gasovitih CO 2 i SO 2 u njemu, prašine, čađi, kao i prisustvom hrapavosti i pukotina na metalnoj površini, što olakšava kondenzaciju vlage.

Postoje: suva atmosferska korozija, koja se javlja pri relativnoj vlažnosti od 60%, pod dejstvom kiseonika, i vlažna atm. korozija - uništavanje metalnih konstrukcija pod utjecajem kiše, snijega i magle.

Zemlja- metali dolaze u kontakt sa vlagom tla koja sadrži otopljeni kiseonik. Područja s većom vlagom i manjim pristupom zraka izložena su anodnom razaranju. Posebno su korozivna tla sa visokom vlažnošću, kiselošću i električnom provodljivošću. Dakle, na brzinu korozije gasa utiču sledeće karakteristike - poroznost, pH, električna provodljivost i prisustvo rastvorenih soli.

U takvim uslovima, cjevovodi se uništavaju u roku od šest mjeseci nakon postavljanja, osim ako se ne preduzmu posebne mjere za njihovu zaštitu.

morska korozija- to je korozija u morskoj vodi, čija je agresivnost posljedica sadržaja kisika i prisustva metalnih klorida u njoj, koji sprječavaju stvaranje učinkovitih zaštitnih filmova. Najjače teče na granicama vode i atmosfere.

elektrokorozija- nastaje pod uticajem lutajućih struja koje nastaju iz stranih izvora (elektrovodi, električne pruge, razne električne instalacije koje rade na jednosmernu električnu struju) iz kojih struja može teći u zemlju kroz nedovoljnu električnu izolaciju. Zalutala struja, udarajući o metalni predmet u zemlji, na nekom mjestu odlazi u zemlju, uzrokujući uništenje izlazne tačke – koja se naziva anodni izlaz, gdje se uočava vrlo intenzivna korozija. Lutajuće struje izazivaju koroziju gasovoda, naftovoda, električnih kablova i raznih podzemnih metalnih konstrukcija.

4. METODE KONTROLE KOROZIJE

Izolacija metala od agresivnog okruženja ( PREMAZI ) :

Metalni premazi - premazivanje zaštićenog metala slojem drugog metala koji pod istim uslovima praktično ne korodira.

Prilikom premazivanja proizvoda raznim metalima, treba imati na umu da premaz i zaštićeni metal mogu formirati galvanski par. Njegov rad pod određenim uslovima može ili pojačati zaštitni efekat, ili obrnuto, pojačati koroziju zaštićenog metala.

anodni premaz. Na primjer, u slučaju lokalnog oštećenja cink prevlake u galvanskom paru cink-gvožđe, anoda će biti cink, koji će biti uništen, štiteći željezo.

katodni premaz. A u paru kalaj-gvožđe, ako je limeni premaz slomljen, gvožđe će biti uništeno, jer. u ovom paru je to anoda.

Razlike u otpornosti premaza na koroziju kod raznih agresivne sredine a svojstva krajnjih produkata korozije određuju specifične primjene ovih premaza.

Ne metalne prevlake - folije od visokopolimernih supstanci (guma, plastika), lakovi, lakovi, kompozicije od visokopolimernih i neorganskih boja.

Oblaganje gumom naziva se gumiranje, a beton mlazni beton.

90% svih metalnih proizvoda je zaštićeno na ovaj način. Jeftin, lak za nanošenje, ali nije postojan.

Hemijski premazi (pouzdaniji):

metalni oksidni filmovi (debljine 0,3 mikrona) dobiveni djelovanjem kisika ili odgovarajućih oksidacijskih sredstava (HNO 3 , K 2 Cr 2 O 7 , itd.) na površini metala. Često se takvi oksidni filmovi formiraju na površini metala jednostavnim kontaktom sa vazduhom, što čini relativno reaktivne metale (Zn, Al) praktično otpornim na koroziju;

sličnu ulogu mogu imati zaštitni nitridni filmovi nastali djelovanjem dušika ili amonijaka na površinu određenih metala;

umjetna oksidacija (debljine do 30 mikrona), nitriranje i fosfatiranje, te premazi boja nanose se na oksidirani, nitrirani i fosfatirani metal.

Tako se oksidacija željeza (lijevanog čelika) provodi u mješavini natrijevog hidroksida (800 g/l) sa nitratom (50 g/l) i nitritom (200 g/l) natrijuma na temperaturi od 140 °C.

Oksidacija gvožđa dovodi do stvaranja crnih Fe 3 O 4 ili smeđih Fe 2 O 3 filmova na njegovoj površini.

A za fosfatiranje se koriste fosfati mangana i željeza, koji dovode do stvaranja teško topljivih filmova feri željeza.

Fosfatni i oksidni filmovi često se koriste kao električni izolacijski premazi, na primjer, na pločama transformatora (napon proboja takvih filmova može doseći 600 V).

5. Elektrohemijske metode zaštite - zasnivaju se na promjeni potencijala zaštićenog metala i nisu vezani za izolaciju metala od korozivne sredine.

katodna (električna zaštita) - zaštićena struktura, smještena u okolini elektrolita (na primjer, u zemljišnoj vodi), spojena je na katodu vanjskog izvora električne energije (na negativni pol). U istom agresivnom okruženju postavlja se komad starog metala (šina ili greda), pričvršćen za anodu vanjskog izvora električne energije. U stvari, služi kao izvor elektrona koji se dovode do katode. U procesu korozije, ovaj komad starog metala je uništen.

katodna zaštita

žrtvena (anodna) - koristi se posebna anoda - protektor, koja se koristi kao metal aktivniji od metala zaštićene strukture (Zn, Mg). Zaštitnik je spojen na konstrukciju koju treba zaštititi provodnikom električna struja. U procesu korozije, zaštitnik je uništen.

Ova metoda se koristi za zaštitu od korozije turbinskih lopatica podvodnih dijelova brodova, za zaštitu rashladne opreme koja radi sa proizvodima od soli.

Uticaj na agresivno okruženje

Da bi se usporila korozija metalnih proizvoda, tvari (najčešće organske) unose se u agresivnu okolinu, nazvane inhibitori korozije, koji pasiviziraju površinu metala i sprječavaju razvoj procesa korozije. Ima veliki značaj u slučajevima kada metal mora biti zaštićen od napada kiseline. Inhibitori korozije se široko koriste u hemijskom čišćenju parnih kotlova od kamenca, za uklanjanje kamenca sa otpadnih proizvoda, kao iu skladištenju i transportu HCl u čeličnim kontejnerima. Kao organski inhibitori korozije koriste se tiourea (ugljikov sulfid diamid C (NH 2) 2 S), dietilamin, heksamin (heksametilentetramin (CH 2) 6 N 4) i drugi derivati ​​amina, a kao neorganski - silikati, nitriti, alkalni dihromati metali , itd.

Ista grupa metoda za zaštitu metala od korozije uključuje i oslobađanje vode koja se koristi za napajanje parnih kotlova od kisika otopljenog u njoj, što se postiže, na primjer, filtriranjem vode kroz sloj željezne strugotine.

Korozija je proces spontanog razaranja površine materijala zbog interakcije sa okolinom. Njegov uzrok je termodinamička nestabilnost hemijskih elemenata na određene supstance. Formalno, polimeri, drvo, keramika, guma su podložni koroziji, ali se za njih češće koristi izraz "starenje". Najveću štetu uzrokuje rđanje metala, za čiju zaštitu se razvijaju visokotehnološke protumjere. Ali o tome ćemo kasnije. Naučnici razlikuju hemijsku i elektrohemijsku koroziju metala.

Hemijska korozija

Obično se javlja kada je metalna konstrukcija izložena suhim gasovima, tečnostima ili rastvorima koji ne provode električnu struju. Suština ove vrste korozije je direktna interakcija metala s agresivnim okruženjem. Elementi hemijski korodiraju tokom termičke obrade ili kao rezultat dugotrajnog rada na dovoljno visokim temperaturama. Ovo se odnosi na lopatice gasnih turbina, armature za peći za topljenje, delove motora sa unutrašnjim sagorevanjem i tako dalje. Kao rezultat, na površini se formiraju određena jedinjenja: oksidi, nitridi, sulfidi.

To je posljedica kontakta metala sa tekućim medijem koji može provesti električnu struju. Zbog oksidacije, materijal prolazi kroz strukturne promjene koje dovode do stvaranja rđe (nerastvorljivog proizvoda), ili metalne čestice prelaze u otopinu iona.

Elektrohemijska korozija: primjeri

Dijeli se na:

• Atmosferski, koji nastaje kada na površini metala postoji tečni film, u kojem su plinovi sadržani u atmosferi (na primjer, O 2, CO 2, SO 2) u stanju da se otapaju sa formiranjem elektrolitnih sistema.
• Tečnost, koja teče u provodljivom tečnom mediju.
• Podzemne vode, koje teku pod uticajem podzemnih voda.

Uzroci

Budući da obično bilo koji metal koji se koristi za industrijske potrebe nije idealno čist i sadrži inkluzije različite prirode, do elektrohemijske korozije metala dolazi zbog stvaranja željeza na površini. veliki broj kratkospojne lokalne galvanske ćelije.

Njihov izgled se može povezati ne samo s prisustvom raznih (posebno metalnih) nečistoća (kontaktna korozija), već i s površinskom heterogenošću, defektima kristalne rešetke, mehaničkim oštećenjima i sl.

Mehanizam interakcije

Proces elektrohemijske korozije zavisi od hemijski sastav materijala i karakteristika spoljašnjeg okruženja. Ako je takozvani tehnički metal prekriven mokrim filmom, tada se u svakom od ovih galvanskih mikroelemenata, koji se formiraju na površini, odvijaju dvije nezavisne reakcije. Aktivnija komponenta korozijskog para donira elektrone (na primjer, cink u paru Zn-Fe) i prelazi u tečni medij kao hidratizirani ioni (tj. korodira) prema sljedećoj reakciji (anodni proces):

M + nH 2 O \u003d M z + * nH 2 O + ze.

Ovaj dio površine je negativni pol lokalnog mikroelementa, gdje se metal elektrokemijski rastvara.

Na manje aktivnom dijelu površine, a to je pozitivni pol mikroelementa (gvožđe u paru Zn-Fe), elektroni se vezuju usled reakcije redukcije (katodnog procesa) prema šemi:

Dakle, prisustvo oksidacionih sredstava u vodenom filmu, koji su u stanju da vežu elektrone, omogućava nastavak anodnog procesa. Prema tome, elektrohemijska korozija se može razviti samo ako se istovremeno odvijaju i anodni i katodni procesi. Zbog inhibicije jednog od njih, brzina oksidacije se smanjuje.

proces polarizacije

Oba gore navedena procesa uzrokuju polarizaciju odgovarajućih polova (elektroda) mikroelementa. Koje su karakteristike ovdje? Obično se elektrohemijska korozija metala znatno usporava polarizacijom katode. Stoga će se povećati pod utjecajem faktora koji sprječavaju ovu reakciju i praćeni su takozvanom depolarizacijom pozitivne elektrode.

U mnogim procesima korozije, katodna depolarizacija se provodi pražnjenjem vodikovih iona ili redukcijom molekula vode i odgovara formulama:

• U kiseloj sredini: 2H + + 2e \u003d H 2.
• U alkalnom: 2H 2 O + 2e \u003d H 2 + 2OH -.

Domet potencijala

Potencijal koji odgovara ovim procesima, u zavisnosti od prirode agresivnog medija, može varirati od -0,83 do 0 V. Za neutralni vodeni rastvor na temperaturama blizu standardnih iznosi približno -0,41 V. Dakle, joni vodonika, sadržan u vodi iu neutralnim vodenim sistemima, može oksidirati samo metale s potencijalom manjim od -0,41 V (locirani u naponskom nizu do kadmijuma). S obzirom na to da su neki elementi zaštićeni oksidnim filmom, broj metala koji su podložni oksidaciji u neutralnim medijima jonima vodika je neznatan.

Ako vlažni film sadrži otopljeni kisik u zraku, tada je sposoban, ovisno o prirodi medija, da veže elektrone efektom depolarizacije kisika. U ovom slučaju, shema elektrohemijske korozije je sljedeća:

• O 2 + 4e + 2H 2 O \u003d 4OH - ili
• O 2 + 4e + 4H + = 2H 2 O.

Potencijali ovih elektrodnih reakcija na temperaturama blizu standardnih variraju od 0,4 V (alkalna) do 1,23 V (kisela). U neutralnim medijima, potencijal procesa redukcije kiseonika u ovim uslovima odgovara vrednosti od 0,8 V. To znači da je rastvoreni kiseonik u stanju da oksidira metale sa potencijalom manjim od 0,8 V (locirani u nizu napona do srebra). ).

Najvažniji oksidanti

Vrste elektrohemijske korozije karakterišu oksidacioni elementi, od kojih su najvažniji joni vodika i kiseonik. Istovremeno, film koji sadrži otopljeni kisik mnogo je korozivniji od vlage, gdje nema kisika, a koji je sposoban oksidirati metale isključivo vodikovim ionima, budući da je u drugom slučaju veći broj vrsta materijala sposobnih za korodiranje. mnogo manje.

Na primjer, nečistoće ugljika prisutne su u čeliku i livenom željezu uglavnom u obliku željeznog karbida Fe 3 C. U ovom slučaju, mehanizam elektrohemijske korozije s depolarizacijom vodika za ove metale je sljedeći:

• (-) Fe - 2e + nH 2 O = Fe 2+ nH 2 O (može se formirati rđa);
• (+) 2H + + 2e \u003d H 2 (u zakiseljenom okruženju);
• (+) 2H 2 O + 2e \u003d H 2 + 2OH - (u neutralnom i alkalnom mediju).

Mehanizam korozije gvožđa, koje sadrži nečistoće bakra, u slučaju depolarizacije katode kiseonikom opisan je jednadžbama:

• (-) Fe - 2e + nH 2 O = Fe 2+ nH 2 O;
• (+) 0,5O 2 + H 2 O + 2e \u003d 2OH - (u zakiseljenom okruženju);
• (+) 0,5O 2 + 2H + + 2e \u003d H 2 O (u neutralnom i alkalnom mediju).

Elektrohemijska korozija se odvija različitim brzinama. Ovaj indikator zavisi od:

• razlika potencijala između polova galvanskog mikroelementa;
• sastav i svojstva elektrolitske sredine (pH, prisustvo inhibitora korozije i stimulansa);
• koncentracija (brzina unosa) oksidacionog agensa;
• temperatura.

Metode zaštite

Elektrohemijska zaštita metala od korozije postiže se na sledeće načine:

• Stvaranje antikorozivnih legura (legiranje).
• Povećanje čistoće pojedinačnog metala.
• Nanošenje raznih zaštitnih premaza na površinu.

Ovi premazi su, zauzvrat,:

• Nemetalni (boje, lakovi, maziva, emajli).
• Metalni (anodni i katodni premazi).
• Nastaje posebnim površinskim tretmanom (pasivacija željeza u koncentriranoj sumpornoj ili dušičnoj kiselini; željezo, nikl, kobalt, magnezij u alkalnim otopinama; stvaranje oksidnog filma, na primjer, na aluminiju).

Metalni zaštitni premaz

Najinteresantnija i najperspektivnija je elektrohemijska zaštita od korozije drugom vrstom metala. Prema prirodi zaštitnog učinka, metalizirani premazi se dijele na anodne i katodne. Hajde da se zadržimo na ovoj tački detaljnije.

Anodni premaz je premaz formiran od aktivnijeg (manje plemenitog) metala od onog koji se štiti. Odnosno, zaštita se provodi elementom koji je u nizu napona do osnovnog materijala (na primjer, premazivanje željeza cinkom ili kadmijem). Uz lokalno uništavanje zaštitnog sloja, manje plemeniti metalni premaz će korodirati. U zoni ogrebotina i pukotina formira se lokalna galvanska ćelija, katoda u kojoj je zaštićeni metal, a anoda prevlaka koja se oksidira. Integritet takvog zaštitnog filma nije bitan. Međutim, što je deblji, to će se sporije razvijati elektrohemijska korozija, a blagotvorno dejstvo će trajati duže.

Katodni premaz je prevlaka metalom visokog potencijala, koji se u nizu napona nalazi iza zaštićenog materijala (npr. prskanje niskolegiranih čelika bakrom, kalajem, niklom, srebrom). Premaz mora biti kontinuiran, jer ako se ošteti, nastaju lokalne galvanske ćelije u kojima će osnovni metal biti anoda, a zaštitni sloj katoda.

Kako zaštititi metal od oksidacije

Elektrohemijska zaštita od korozije dijeli se na dvije vrste: žrtvenu i katodnu. Zaštitni premaz je sličan anodnom premazu. Velika ploča od aktivnije legure pričvršćena je na materijal koji se štiti. Formira se galvanska ćelija u kojoj osnovni metal služi kao katoda, a zaštitnik kao anoda (korodira). Obično se za ovu vrstu zaštite koriste legure na bazi cinka, aluminija ili magnezija. Zaštitnik se postepeno otapa, pa se mora povremeno mijenjati.

Mnogo nevolja u komunalnom sektoru i industriji u cjelini uzrokuje elektrohemijska korozija cjevovoda. U borbi protiv njega najprikladnija je metoda katodne polarizacije. Za ovo metalna konstrukcija, koja je zaštićena od destruktivnih procesa oksidacije, spojena je na negativni pol nekog vanjskog izvora jednosmerna struja(tada postaje katoda, dok se brzina evolucije vodonika povećava, a brzina korozije smanjuje), a metal male vrijednosti je pričvršćen za pozitivni pol.

Metode elektrohemijske zaštite su efikasne u provodljivoj sredini ( odličan primjer- morska voda). Stoga se štitnici često koriste za zaštitu podvodnih dijelova morskih plovila.

Obrada agresivnog okruženja

Ova metoda je efikasna kada se elektrohemijska korozija gvožđa javlja u maloj zapremini provodljive tečnosti. U ovom slučaju postoje dva načina rješavanja destruktivnih procesa:

• Uklanjanje kiseonika iz tečnosti (deaeracija) kao rezultat pročišćavanja inertnim gasom.
• Unošenje inhibitora u okolinu - tzv. inhibitora korozije. Na primjer, ako je površina uništena kao rezultat oksidacije kisikom, dodaju se organske tvari, čije molekule sadrže određene aminokiseline (imino-, tio- i druge grupe). Dobro se adsorbiraju na površini metala i značajno smanjuju brzinu elektrokemijskih reakcija koje dovode do uništenja površinskog kontaktnog sloja.

Izlaz

Naravno, hemijska i elektrohemijska korozija donosi značajne štete kako u industriji tako iu svakodnevnom životu. Ako metal nije korodirao, životni vijek mnogih predmeta, dijelova, sklopova, mehanizama bi se značajno povećao. Sada znanstvenici aktivno razvijaju alternativne materijale koji mogu zamijeniti metal, koji nisu inferiorni u pogledu performansi, ali je vjerojatno nemoguće potpuno napustiti njegovu upotrebu u kratkom roku. U tom slučaju dolaze do izražaja napredne metode zaštite metalnih površina od korozije.

Materijali napravljeni od metala pod hemijskim ili elektrohemijskim uticajem okoline podležu uništavanju, što se naziva korozijom. Korozija metala nastaje, uslijed čega metali prelaze u oksidirani oblik i gube svojstva, što metalne materijale čini neupotrebljivim.

Postoje 3 karakteristike koje karakterišu korozija:

• Korozija Sa hemijske tačke gledišta, ovo je redoks proces.
• Korozija- ovo je spontani proces koji nastaje usled nestabilnosti termodinamičkog sistema metala - komponenti okoline.
• Korozija- Ovo je proces koji se razvija uglavnom na površini metala. Međutim, moguće je da korozija može prodrijeti duboko u metal.

Vrste korozije metala

Najčešći su sljedeći vrste korozije metala:

1. Ujednačeno - ravnomjerno pokriva cijelu površinu
2. Neujednačeno
3. Izborni
4. Lokalne mrlje - korodiraju određena područja površine
5. Ulcerozni (ili udubljenje)
6. tačkasta
7. Interkristalni - širi se duž granica metalnog kristala
8. pucanje
9. ispod površine

Glavne vrste korozije

Sa stanovišta mehanizma procesa korozije, mogu se razlikovati dvije glavne vrste korozije: hemijske i elektrohemijske.

Hemijska korozija metala

Hemijska korozija metala - to je rezultat pojave takvih kemijskih reakcija u kojima nakon razaranja metalne veze nastaju atomi metala i atomi koji čine oksidirajuća sredstva. Električna struja između pojedinih dijelova metalne površine u ovom slučaju ne dolazi. Ova vrsta korozije svojstvena je medijima koji nisu sposobni provoditi električnu struju - to su plinovi, tekući neelektroliti.

Hemijska korozija metala je gasna i tečna.

Gasna korozija metala - to je rezultat djelovanja agresivnog plina ili pare na metal pri visokim temperaturama, u odsustvu kondenzacije vlage na površini metala. To su, na primjer, kisik, sumpor-dioksid, vodonik sulfid, vodena para, halogeni. Takva korozija u nekim slučajevima može dovesti do potpunog uništenja metala (ako je metal aktivan), au drugim slučajevima može se stvoriti zaštitni film na njegovoj površini (na primjer, aluminij, krom, cirkonij).

Tečna korozija metala - može se pojaviti u neelektrolitima kao što su nafta, ulja za podmazivanje, kerozin itd. Ova vrsta korozije, u prisustvu čak i male količine vlage, može lako dobiti elektrohemijski karakter.

Za hemijsku koroziju brzina razaranja metala je također proporcionalna brzini kojom oksidacijsko sredstvo prodire u film metalnog oksida koji prekriva njegovu površinu. Metalni oksidni filmovi mogu, ali i ne moraju pokazivati ​​zaštitna svojstva, što je određeno kontinuitetom.

Kontinuitet takav film se procjenjuje vrijednošću Faktor Pilling-Bedwords: (α = V ok / V Me) u odnosu na zapreminu formiranog oksida ili bilo kojeg drugog spoja na zapreminu metala utrošenog za stvaranje ovog oksida

α \u003d V ok / V Me \u003d M ok ρ Me / (n A Me ρ ok),

gdje je V ok zapremina formiranog oksida

V Me je zapremina metala utrošenog za stvaranje oksida

M ok - molarna masa rezultirajućeg oksida

ρ Me - gustina metala

n je broj atoma metala

A Me je atomska masa metala

ρ ok je gustina formiranog oksida

oksidnih filmova, koji α < 1 , nisu kontinuirani a kroz njih kiseonik lako prodire do površine metala. Takvi filmovi ne štite metal od korozije. Nastaju tokom oksidacije alkalnih i zemnoalkalnih metala (isključujući berilijum) kiseonikom.

oksidnih filmova, koji 1 < α < 2,5 su kontinuirani i može zaštititi metal od korozije.

Za vrijednosti α > 2.5 uslov kontinuiteta više nije ispunjen, zbog čega takvi filmovi ne štite metal od uništenja.

Ispod su vrijednosti α za neke metalne okside

metal	oksid	α	metal	oksid	α
K	K2O	0,45	Zn	ZnO	1,55
N / A	Na2O	0,55	Ag	Ag2O	1,58
Li	Li2O	0,59	Zr	ZrO2	1.60
Ca	CaO	0,63	Ni	NiO	1,65
Sr	SrO	0,66	Budi	BeO	1,67
Ba	BaO	0,73	Cu	Cu2O	1,67
mg	MgO	0,79	Cu	CuO	1,74
Pb	PbO	1,15	Ti	Ti2O3	1,76
CD	CdO	1,21	Cr	Cr2O3	2,07
Al	Al2O2	1,28	Fe	Fe2O3	2,14
lok	SnO 2	1,33	W	WO3	3,35
Ni	NiO	1,52

Elektrohemijska korozija metala

Elektrohemijska korozija metala- ovo je proces uništavanja metala u drugom okruženju, koji je praćen pojavom električne struje unutar sistema.

Kod ove vrste korozije, atom se uklanja iz kristalne rešetke kao rezultat dva povezana procesa:

• anoda - metal u obliku jona prelazi u rastvor.
• katoda - elektroni nastali tokom anodnog procesa vezani su depolarizatorom (supstanca je oksidaciono sredstvo).

Sam proces uklanjanja elektrona sa katodnih sekcija naziva se depolarizacija, a supstance koje doprinose uklanjanju nazivaju se depolarizatori.

Najrasprostranjeniji je korozija metala depolarizacijom vodika i kiseonika.

Depolarizacija vodika izvedeno na katodi tokom elektrohemijske korozije u kiseloj sredini

2H + +2e - \u003d H 2 pražnjenje vodikovih jona

2H 3 O + + 2e - \u003d H 2 + 2H 2 O

Depolarizacija kiseonika izvedeno na katodi tokom elektrohemijske korozije u neutralnom okruženju

O 2 + 4H + + 4e - \u003d H 2 O obnavljanje otopljenog kiseonika

O 2 + 2H 2 O + 4e - \u003d 4OH -

Svi metali u njihovom odnosu prema elektrohemijska korozija, mogu se podijeliti u 4 grupe, koje su određene njihovim vrijednostima:

1. aktivni metali (visoka termodinamička nestabilnost) - to su svi metali koji se nalaze u rasponu alkalnih metala - kadmij (E 0 = -0,4 V). Njihova korozija je moguća čak i u neutralnim vodenim medijima, u kojima nema kisika ili drugih oksidacijskih sredstava.
2. Metali srednje aktivnosti (termodinamička nestabilnost) - nalazi se između kadmijuma i vodika (E 0 = 0,0 V). U neutralnim sredinama, u nedostatku kisika, ne korodiraju, ali korodiraju u kiseloj sredini.
3. Neaktivni metali (srednja termodinamička stabilnost) - nalaze se između vodika i rodija (E 0 = +0,8 V). Otporni su na koroziju u neutralnim i kiselim sredinama gdje nema kisika ili drugih oksidacijskih sredstava.
4. plemenitih metala (visoka termodinamička stabilnost) - zlato, platina, iridijum, paladijum. Mogu korodirati samo u kiseloj sredini u prisustvu jakih oksidacionih sredstava.

Elektrohemijska korozija može se odvijati u različitim okruženjima. Ovisno o prirodi medija, razlikuju se sljedeće vrste elektrohemijske korozije:

• Korozija u otopinama elektrolita- u rastvorima kiselina, baza, soli, u prirodnoj vodi.
• atmosferske korozije– u atmosferskim uslovima iu okruženju bilo kakvog vlažnog gasa. Ovo je najčešći tip korozije.

Na primjer, kada željezo stupa u interakciju s komponentama okoline, neki od njegovih dijelova služe kao anoda, gdje se željezo oksidira, dok drugi služe kao katoda, gdje se smanjuje kisik:

O: Fe - 2e - \u003d Fe 2+

K: O 2 + 4H + + 4e - \u003d 2H 2 O

Katoda je površina na kojoj dolazi do većeg dotoka kiseonika.

• korozija tla- zavisno od sastava tla, kao i njegove aeracije, korozija može teći manje ili više intenzivno. Kisela tla su najagresivnija, dok su pjeskovita tla najmanje.
• Aeracija korozije- Javlja se kada postoji neravnomjeran dovod zraka u razni dijelovi materijal.
• morska korozija- teče u morskoj vodi, zbog prisustva u njoj rastvorenih soli, gasova i organskih materija .
• Biokorozija- nastaje kao rezultat vitalne aktivnosti bakterija i drugih organizama koji proizvode plinove kao što su CO 2 , H 2 S itd., koji doprinose koroziji metala.
• elektrokorozija- nastaje pod dejstvom lutajućih struja u podzemnim objektima, kao rezultat rada električnih pruga, tramvajskih pruga i drugih jedinica.

Metode zaštite metala od korozije

Glavni način zaštite od korozije metala je stvaranje zaštitnih premaza- metalne, nemetalne ili hemijske.

Metalni premazi.

metalnom oplatom naneti na metal koji treba zaštititi od korozije slojem drugog metala otpornog na koroziju pod istim uslovima. Ako je metalni premaz izrađen od metala sa negativniji potencijal ( aktivniji ) nego zaštićen, onda se zove anodizirana. Ako je metalni premaz izrađen od metala sa pozitivniji potencijal(manje aktivan) od zaštićenog, onda se zove obložen katodom.

Na primjer, prilikom nanošenja sloja cinka na željezo, ako je narušen integritet premaza, cink djeluje kao anoda i bit će uništen, a željezo je zaštićeno dok se sav cink ne potroši. U ovom slučaju je premaz cinka anoda.

katodni zaštitni premaz od željeza može, na primjer, biti bakar ili nikl. Ako se naruši integritet takvog premaza, zaštićeni metal se uništava.

nemetalne prevlake.

Takvi premazi mogu biti neorganski ( cementni malter, staklasta masa) i organske (visoke molekularne mase, lakovi, boje, bitumen).

Hemijski premazi.

U ovom slučaju, zaštićeni metal se podvrgava hemijskoj obradi kako bi se na površini formirao film njegovog spoja otporan na koroziju. To uključuje:

oksidacija – dobijanje stabilnih oksidnih filmova (Al 2 O 3 , ZnO itd.);

fosfatiranje - dobijanje zaštitnog filma od fosfata (Fe 3 (PO 4) 2, Mn 3 (PO 4) 2);

nitriranje - površina metala (čelika) je zasićena dušikom;

blueing – metalna površina je u interakciji sa organskim materijama;

cementiranje - dobivanje na površini metala njegove veze s ugljikom.

Promjena sastava tehničkog metala Takođe poboljšava otpornost metala na koroziju. U ovom slučaju, takvi spojevi se unose u metal koji povećavaju njegovu otpornost na koroziju.

Promjena sastava korozivnog medija(uvođenje inhibitora korozije ili uklanjanje nečistoća iz okoline) je također sredstvo zaštite metala od korozije.

Elektrohemijska zaštita zasniva se na spajanju zaštićene strukture na katodu vanjskog izvora istosmjerne struje, zbog čega ona postaje katoda. Anoda je otpadni metal, koji, kada se uništi, štiti strukturu od korozije.

Zaštitna zaštita - jedna od vrsta elektrohemijske zaštite - je sledeća.

Ploče od aktivnijeg metala, tzv zaštitnik. Zaštitnik - metal sa negativnijim potencijalom - je anoda, a zaštićena struktura je katoda. Spajanje protektora i štićene konstrukcije sa strujnim provodnikom dovodi do uništenja protektora.

kategorije ,

Izraz "korozija metala" sadrži mnogo više od imena popularnog rock benda. Korozija nepovratno uništava metal, pretvarajući ga u prašinu: od sveg željeza proizvedenog u svijetu, 10% će se potpuno urušiti u istoj godini. Situacija sa ruskim metalom izgleda otprilike ovako - sav metal koji se godišnje istopi u svakoj šestoj visokoj peći u našoj zemlji postane zarđala prašina pred kraj godine.

Izraz "košta prilično peni" u odnosu na koroziju metala je više nego tačan - godišnja šteta uzrokovana korozijom iznosi najmanje 4% godišnjeg prihoda bilo koje razvijene zemlje, a u Rusiji se iznos štete računa na desetocifreni . Dakle, što uzrokuje procese korozije metala i kako se nositi s njima?

Šta je korozija metala

Uništavanje metala kao rezultat elektrohemijske (otapanje u zračnoj ili vodenoj sredini koja sadrži vlagu - elektrolit) ili kemijske (formiranje metalnih spojeva s kemijskim agensima visoke agresivnosti) interakcije s vanjskim okruženjem. Proces korozije u metalima može se razviti samo u nekim dijelovima površine (lokalna korozija), pokriti cijelu površinu (ujednačena korozija) ili uništiti metal duž granica zrna (intergranularna korozija).

Metal pod uticajem kiseonika i vode postaje rastresiti svetlosmeđi prah, poznatiji kao rđa (Fe 2 O 3 ·H 2 O).

Hemijska korozija

Ovaj proces se odvija u medijima koji nisu provodnici električne struje (suhi plinovi, organske tekućine - naftni derivati, alkoholi, itd.), a intenzitet korozije raste s povećanjem temperature - kao rezultat, na površini metala se formira oksidni film. .

Apsolutno svi metali, obojeni i obojeni, podložni su hemijskoj koroziji. Aktivni obojeni metali (na primjer, aluminij) pod utjecajem korozije prekriveni su oksidnim filmom koji sprječava duboku oksidaciju i štiti metal. A tako nisko aktivni metal kao što je bakar, pod utjecajem vlage iz zraka, dobiva zelenkasti premaz - patinu. Štoviše, oksidni film štiti metal od korozije ne u svim slučajevima - samo ako je kristalno-hemijska struktura rezultirajućeg filma u skladu sa strukturom metala, inače film neće pomoći ni na koji način.

Legure su podložne različitoj vrsti korozije: neki elementi legure ne oksidiraju, već se redukuju (na primjer, u kombinaciji visoke temperature i pritiska u čelicima, karbidi se redukuju vodonikom), dok legure potpuno gube potrebne karakteristike.

Elektrohemijska korozija

Proces elektrohemijske korozije ne zahtijeva obavezno uranjanje metala u elektrolit - dovoljan je tanak elektrolitski film na njegovoj površini (elektrolitičke otopine često impregniraju okolinu koja okružuje metal (beton, tlo, itd.)). Najčešći uzrok elektrohemijske korozije je rasprostranjena upotreba kućnih i tehničkih soli (natrijum i kalijum hlorid) za uklanjanje leda i snega na putevima u zimski period- Posebno su pogođeni automobili i podzemna komunalna preduzeća (prema statistikama, godišnji gubici u Sjedinjenim Državama od upotrebe soli u zimskom periodu iznose 2,5 milijardi dolara).

Događa se sljedeće: metali (legure) gube dio svojih atoma (prelaze u elektrolitičku otopinu u obliku iona), elektroni zamjenjujući izgubljene atome naelektrišu metal negativnim nabojem, dok elektrolit ima pozitivan naboj. Formira se galvanski par: metal se uništava, postepeno sve njegove čestice postaju dio otopine. Elektrohemijska korozija može biti uzrokovana lutajućim strujama koje nastaju kada dio struje iscuri iz električnog kola u vodene otopine ili u tlo i odatle u metalnu strukturu. Na mjestima gdje zalutale struje izlaze iz metalnih konstrukcija natrag u vodu ili u tlo, dolazi do razaranja metala. Zalutale struje se posebno često javljaju na mjestima gdje se kreću zemaljska električna vozila (na primjer, tramvaji i električne željezničke lokomotive). Za samo godinu dana, lutajuće struje snage 1A mogu otopiti željezo - 9,1 kg, cink - 10,7 kg, olovo - 33,4 kg.

Ostali uzroci korozije metala

Zračenje, otpadni proizvodi mikroorganizama i bakterija doprinose razvoju korozivnih procesa. Korozija uzrokovana morskim mikroorganizmima uzrokuje oštećenja dna morskih plovila, a korozivni procesi uzrokovani bakterijama imaju čak i svoj naziv - biokorozija.

Kombinacija izlaganja mehaničkim naprezanjima i okoline uvelike ubrzava koroziju metala - smanjuje se njihova termička stabilnost, oštećuju se površinski oksidni filmovi, a aktivira se elektrohemijska korozija na onim mjestima gdje se pojavljuju nehomogenosti i pukotine.

Mjere zaštite metala od korozije

Neizbežna posledica tehnološkog napretka je zagađenje našeg životnog okruženja, proces koji ubrzava koroziju metala, budući da spoljašnje Životna sredina pokazuje sve više agresije prema njima. Ne postoje načini da se potpuno eliminiše korozijsko uništavanje metala, sve što se može učiniti je da se ovaj proces uspori što je više moguće.

Da biste smanjili uništavanje metala, možete učiniti sljedeće: smanjiti agresivnost okoline koja okružuje metalni proizvod; povećati otpornost metala na koroziju; eliminirati interakciju između metala i tvari iz vanjskog okruženja koje ispoljavaju agresiju.

Hiljadama godina čovječanstvo je pokušavalo na mnogo načina da zaštiti metalne proizvode od hemijske korozije, neki od njih se koriste i danas: premazivanje mašću ili uljem, drugi metali koji korodiraju u manji stepen(većina drevna metoda, koji je star već više od 2 hiljade godina - kalajisanje (kalajiranje)).

Antikorozivna zaštita sa nemetalnim premazima

Nemetalni premazi - boje (alkidne, uljne i emajlirane), lakovi (sintetički, bitumenski i katran) i polimeri stvaraju zaštitni film na površini metala, isključujući (sa svojim integritetom) kontakt s vanjskim okruženjem i vlagom.

Korištenje boja i lakova ima prednost jer se ovi zaštitni premazi mogu nanositi direktno na montaži i gradilištu. Metode nanošenja boja i lakova su jednostavne i pogodne za mehanizaciju; oštećeni premazi se mogu obnoviti "na licu mjesta" - tokom rada ovi materijali imaju relativno nisku cijenu i njihova potrošnja po jedinici površine je mala. Međutim, njihova učinkovitost ovisi o ispunjavanju nekoliko uvjeta: usklađenosti s klimatskim uvjetima u kojima će metalna konstrukcija raditi; potreba za korištenjem isključivo visokokvalitetnih boja i lakova; strogo pridržavanje tehnologije nanošenja na metalne površine. Boje i lakovi se najbolje nanose u nekoliko slojeva - njihova količina će pružiti najbolju zaštitu od atmosferskog djelovanja na metalnu površinu.

Polimeri mogu djelovati kao zaštitni premazi protiv korozije - epoksidne smole i polistiren, polivinil hlorid i polietilen. IN građevinski radovi ugrađeni dijelovi od armiranog betona obloženi su premazima od mješavine cementa i perklovinila, cementa i polistirena.

Zaštita gvožđa od korozije premazima od drugih metala

Postoje dvije vrste metalnih inhibitorskih premaza - zaštitni (cink, aluminij i kadmijum) i otporni na koroziju (srebro, bakar, nikl, hrom i olovni premazi). Primjenjuju se inhibitori hemijskim putem: prva grupa metala ima veliku elektronegativnost u odnosu na gvožđe, druga - veliku elektropozitivnost. U našem svakodnevnom životu najrasprostranjenije su metalne prevlake gvožđa sa kalajem (beli lim, od njega se prave limene limenke) i cinkom (pocinkovano gvožđe - pokrivanje krovova) koji se dobija provlačenjem limova gvožđa kroz rastop jednog od ovih metala.

Često su fitingi od lijevanog željeza i čelika, kao i vodovodne cijevi podvrgnuti pocinčavanju - ova operacija značajno povećava njihovu otpornost na koroziju, ali samo u hladnom vodom(kada je ožičen vruća voda pocinčane cijevi se brže troše od nepocinkovanih). Unatoč djelotvornosti pocinčavanja, on ne pruža savršenu zaštitu - cink premaz često sadrži pukotine, koje zahtijevaju prethodno niklovanje metalnih površina (niklovanje) da bi se uklonile. Cinkovi premazi ne dozvoljavaju nanošenje boja i lakova na njih - nema stabilnog premaza.

Najbolje rješenje za zaštitu od korozije je aluminijski premaz. Ovaj metal ima manje specifična gravitacija, što znači manju potrošnju, aluminizirane površine se mogu farbati i slojeviti farbanjeće biti stabilan. Osim toga, aluminijski premaz, u odnosu na pocinčani premaz, otporniji je na agresivna okruženja. Aluminiziranje nije vrlo uobičajeno zbog teškoće nanošenja ovog premaza na metalni lim - aluminij u rastopljenom stanju pokazuje visoku agresiju prema drugim metalima (iz tog razloga, talina aluminija ne može se držati u čeličnoj kadi). Možda će ovaj problem biti u potpunosti riješen u vrlo bliskoj budućnosti - originalan način Ruski naučnici su otkrili izvođenje aluminizacije. Suština razvoja nije potapanje čeličnog lima u aluminijsku talinu, već podizanje tekućeg aluminija do čeličnog lima.

Poboljšanje otpornosti na koroziju dodavanjem aditiva za legiranje čeličnim legurama

Uvođenje hroma, titana, mangana, nikla i bakra u čeličnu leguru omogućava dobijanje legiranog čelika sa visokim antikorozivnim svojstvima. Visok udio hroma daje posebnu otpornost leguri čelika, zbog čega se na površini konstrukcija formira oksidni film velike gustoće. Uvođenje bakra (od 0,2% do 0,5%) u sastav niskolegiranih i ugljičnih čelika omogućava povećanje njihove otpornosti na koroziju za 1,5-2 puta. Aditivi za legiranje se unose u sastav čelika u skladu sa Tammanovim pravilom: visoka otpornost na koroziju postiže se kada postoji jedan atom legiranog metala na osam atoma željeza.

Mjere za suzbijanje elektrohemijske korozije

Da bi se to smanjilo, potrebno je smanjiti korozivnu aktivnost medija uvođenjem nemetalnih inhibitora i smanjiti broj komponenti sposobnih za pokretanje elektrohemijske reakcije. Na taj način će doći do smanjenja kiselosti tla i vodenih otopina u kontaktu s metalima. Da bi se smanjila korozija željeza (njegovih legura), kao i mesinga, bakra, olova i cinka, ugljični dioksid i kisik moraju se ukloniti iz vodenih otopina. U elektroprivredi se iz vode uklanjaju hloridi koji mogu uticati na lokalizovanu koroziju. Vapnenje tla može smanjiti njegovu kiselost.

Zaštita od lutajuće struje

Moguće je smanjiti električnu koroziju podzemnih vodova i ukopanih metalnih konstrukcija uz nekoliko pravila:

• dio konstrukcije koji služi kao izvor lutajuće struje mora biti spojen metalni provodnik sa tramvajskom prugom;
• trase toplinske mreže treba da budu smještene na maksimalnoj udaljenosti od željezničkih pruga kojima se kreće električni transport, kako bi se broj njihovih raskrsnica sveo na najmanju moguću mjeru;
• korištenje električnih izolacijskih nosača cijevi za povećanje prolaznog otpora između tla i cjevovoda;
• na ulazima u objekte (potencijalni izvori lutajućih struja) potrebno je ugraditi izolacijske prirubnice;
• ugraditi provodljive uzdužne kratkospojnike na prirubničke armature i kompenzatore za punjenje - za povećanje uzdužne električne provodljivosti na zaštićenom dijelu cjevovoda;
• da bi se izjednačili potencijali paralelnih cjevovoda, potrebno je u susjedne dionice postaviti poprečne električne skakače.

Zaštita metalnih objekata sa izolacijom, kao i čeličnih konstrukcija mala velicina izvodi se pomoću protektora koji djeluje kao anoda. Materijal za zaštitu je jedan od aktivnih metala (cink, magnezijum, aluminijum i njihove legure) - preuzima većinu elektrohemijske korozije, urušava se i čuva glavnu strukturu. Jedna magnezijumska anoda, na primjer, pruža zaštitu za 8 km cjevovoda.

Abdyuzhanov Rustam, posebno za rmnt.ru