Коррозия с водородной деполяризацией. Метод защиты

Коррозию металлов, при которой катодная реакция осуществляется с выделением водорода, называют коррозией металлов с водородной деполяризацией.

Коррозия металлов с водородной деполяризацией имеет место:

- при высокой активности ионов Н⁺, т.е. в растворах кислот, например, кислотное растворение железа, цинка и других металлов;

- при достаточно отрицательных значениях потенциала ионизации металла, например, коррозия магния в воде или растворах солей.

На практике с такими явлениями сталкиваются при хранении и перевозке кислот, при кислотном травлении металлов, при получении кислот на стадии абсорбции.

Термодинамически протекание коррозии с выделением водорода возможно, если

Значения равновесного потенциала водородного электрода в зависимости от для парциального давления водорода и (последнее отвечает парциальному давлению Н₂ в атмосфере) представлены в табл. 1

Равновесный потенциал водородного электрода при 25 °С в зависимости от среды

Давление водорода МПа	Ер, при среды:
	+0,186	-0,228	-0,641
0,1		-0,415	-0,828

Катодный процесс выделения водорода состоит из стадий:

- массопереноса гидратированных ионов водорода к поверхности металла;

- электрохимической стадии разряда и образования ;

- отвода от поверхности металла.

В щелочных растворах концентрация ионов крайне мала и выделение водорода происходит за счет восстановления молекул воды:

В большинстве случаев коррозия металлов происходит в растворах с высокой концентрацией и поэтому концентрационная поляризация по не наблюдается.

Главными причинами катодной поляризации является замедленная стадия электрохимического разряда или концентрационная поляризация по молекулярному водороду, связанная с отводом газообразного продукта.

Кинетика и механизм выделения являются большим и самостоятельным вопросом, в изучение и развитие которого значительный вклад внесли работы ученых научной школы академика А.Н. Фрумкина. Эти работы широко освещаются в учебниках по электрохимии. Мы приведем только краткие, основные сведения.

В широком интервале плотностей тока скорость реакции выделения описывается уравнением Тафеля. При плотностях тока меньших, чем , зависимость изменения потенциала от плотности тока является линейной.

Для многих металлов наклон в координатах равен , что отвечает механизму замедленной стадии разряда с переносом одного электрона, хотя не исключены и другие механизмы.

Константа а в уравнении Тафеля зависит от материала катода или материала инородных катодных включений в составе сплавов и численно определяется как величина перенапряжения при плотности тока, равной . Наиболее высокое перенапряжение наблюдается на свинце, ртути, кадмии, цинке.

Поляризация вследствие замедленной диффузии молекулярного водорода носит название газовой концентрационной поляризации. Она сопровождает процесс водородной деполяризации, начиная с самых низких плотностей катодного тока.

На некоторых металлах выделение сопровождается процессом наводороживания. При образовании водорода адсорбированный атом водорода Н_адс поглощается металлом и диффундирует в его объем. Атомы Н_адс скапливаются внутри плоскостей и вакансий кристаллической решетки и там рекомбинируются в молекулы . Давление внутри металла увеличивается и происходит разрыв сплошности металла. Таким образом, коррозия металлов с водородной деполяризацией характеризуется:

- большой зависимостью скорости коррозии металла от раствора;

- большой зависимостью коррозионной стойкости сплавов от их природы и содержания в них катодных примесей;

- увеличением скорости коррозии во времени, что связано с ростом посторонних примесей на поверхности металла в результате его расторения;

- возможностью появления водородной хрупкости металлов.