Определение и классификация

КОРРОЗИОННЫХ ПРОЦЕССОВ

Коррозия – это разрушение металла в результате его физико-химического взаимодействия с окружающей средой. При этом металлы окисляются и образуются продукты, состав которых зависит от условий коррозии. Коррозия металлов самопроизвольный процесс, химическая энергия реакции коррозионного разрушения металла выделяется в виде теплоты и рассеивается в окружающем пространстве.

По механизму протекания коррозионного процесса различают химическую и электрохимическую коррозию.

Химическая коррозия характерна для сред, не проводящих электрический ток. При химической коррозии происходит прямое гетерогенное взаимодействие металла с окислителем окружающей среды.

Электрохимическая коррозия характерна для сред, имеющих электрическую проводимость. При электрохимической коррозии процесс взаимодействия металла с окислителем включает анодное растворение металла и катодное восстановление окислителя.

Анодное растворение металла:

М - ne^- ® Мⁿ⁺

Катодное восстановление окислителя:

Ox + ne^- ® Red

Окислителями при коррозии служат молекулы кислорода O₂, хлора Cl₂, ионы H⁺, Fe³⁺, NO₃^- и др. Наиболее часто при коррозии наблюдается восстановление кислорода.

Коррозия с участием кислорода называется коррозией с кислородной деполяризацией:

- в нейтральной или щелочной среде (рН > или = 7)

O₂ + 2 H₂O + 4 e^- ® 4 OH^-; j⁰ = 0,816 В.

- в кислой среде (рН < 7)

O₂ + 4 H⁺ + 4 e^- ® 2 H₂O; j⁰ = 1,23 В.

равновесный потенциал кислородного электрода рассчитывается по уравнению: при рН > или = 7

j = j⁰ + lg p_O² - 0,059pH,

где p_O² - парциальное давление кислорода, учитывая, что p_O² = 1, получаем

j = 0,816 - 0,059pH

равновесный потенциал кислородного электрода при рН < 7 рассчитывается по уравнению:

j = 1,23 - 0,059pH

Коррозия с выделением водорода называется коррозией с водородной деполяризацией:

- в нейтральной или щелочной среде (рН > или = 7)

2 H₂O + 2 e^- ® H₂ + 2 OH^-; j⁰ = - 0,413 В.

- в кислой среде (рН < 7)

2 Н⁺ + 2 e^- ® H₂ ; j⁰ = 0 В.

равновесный потенциал водородного электрода рассчитывается по уравнению: при рН > или = 7

j = j⁰ + lg p_H² - 0,059pH, где p_H² - парциальное давление водорода, учитывая, что p_H² = 1, получаем

j = -0,413 - 0,059pH

равновесный потенциал водородного электрода при рН < 7 рассчитывается по уравнению:

j = - 0,059pH

Если в качестве окислителя одновременно выступают O₂ и Н⁺, то такая коррозия называется коррозией со смешанной деполяризацией.

Кроме анодных и катодных реакций при электрохимической коррозии происходит движение электронов в металле и ионов в электролите. Электролитами могут быть растворы солей, кислот и оснований, морская вода, почвенная вода, вода атмосферы, содержащая CO₂, SO₂, O₂ и другие газы. Кроме электрохимических реакций при коррозии обычно протекают вторичные химические реакции, например, взаимодействие ионов металла с гидроксид-ионами, концентрация которых повышается в результате катодных реакций

Мⁿ⁺ + n OH^- ® М(ОН)_n.

Процессы электрохимической коррозии подобны процессам, протекающим в гальванических элементах. Основным отличием процессов электрохимической коррозии от процессов в гальваническом элементе является отсутствие внешней цепи. Электроны в процессе коррозии не выходят из корродирующего металла, а двигаются внутри металла.

Коррозии подвергаются металлы, электродный потенциал которых меньше, а так как абсолютно чистых металлов в природе практически не существует, то причинами коррозии могут быть неоднородность сплава по химическому и физическому составам, наличие примесей в металле, пленок на его поверхности и др. На поверхности металла могут быть участки, на которых катодные реакции протекают быстрее, чем на других участках. Поэтому катодный процесс будет в основном протекать на участках, которые называются катодными. На других участках будет протекать в основном растворение металла, и эти участки называются анодными. Катодные и анодные участки чередуются и имеют очень малые размеры, т.е. речь идет о микроанодах и микрокатодах и соответственно о коррозионных микроэлементах. Таким образом, при наличии энергетической неоднородности поверхности металла коррозионный процесс заключается в работе огромного числа коррозионных микроэлементов.

Коррозионный микроэлемент в отличие от гальванического является короткозамкнутым микроэлементом.