Почему металл корродирует?
Жизнь современного человека нельзя представить без металлов. Они окружают нас везде — это и бытовая техника в наших домах, и транспортные средства, на которых мы добираемся до дома или работы, и смартфоны, без которых многие из нас не представляют жизнь. Почти всё, что нас окружает состоит из металлов, но, к сожалению, как и всё в этом мире, они не вечны и под действием внешней среды разрушаются — корродируют.
Почему коррозия «выгодна» для металлов? Дело в том, что большинство из них существуют в природе в химически связанном состоянии, например, в виде оксидов (корунд) или сульфидов (пирит). В чистом виде почти все металлы неустойчивы и чтобы выделить их из соединений приходится затрачивать немалую энергию. Обратный же процесс, когда металлы переходят в связанное состояние, всегда термодинамически более выгоден. Поэтому он происходит самопроизвольно, а металлы при любой возможности стремятся вступить в реакцию со своим окружением и перейти в более устойчивую форму. Иллюстрация этого представлена на рисунке 1.
Рисунок 1 – Схема восстановления металла из руд с последующей коррозией (окислением). Э – условный уровень энергии. Коррозия приводит к огромным экономическим затратам, а её следствием становятся глобальные экологические катастрофы. Потеря металлофонда от коррозии составляет порядка 12% в год.
Помимо прямых потерь существуют и косвенные потери, вызываемые коррозией:
- из-за простоя оборудования вызванных авариями;
- из-за снижения мощностей оборудования;
- из-за снижения качества продукции;
- на ликвидацию последствий аварии;
- на ремонт оборудования;
- на дальнейшую защиту от коррозии.
Условия
Коррозия – результат взаимодействия металла с веществами-окислителями, к которым относятся кислород, водород, кислоты, щёлочи. Основной характеристикой коррозии является окислительно-восстановительная реакция. Металл при коррозии окисляется, восстанавливая окислительный компонент среды.
Условиями для образования коррозии являются:
- наличие металла – простого или сложного вещества (сплава);
- наличие коррозионной среды – активных веществ, находящихся вокруг металла и воздействующих на его поверхность;
- продолжительный период времени.
Ржавчина – оксид или гидроксид железа (III) – образуется на железосодержащих изделиях и имеет рыжий цвет. Предметы из меди при коррозии приобретают зеленоватый оттенок. Это многослойная патина, верхний слой которой состоит из карбоната меди (II).
Коррозия классифицируется по нескольким признакам. Классификация приведена в таблице.
Признак
Вид
Описание
Захватывает всю металлическую поверхность
Охватывает часть поверхности
Глубоко поражает отдельные участки
Протекает под действием химических веществ в отсутствии электролитов. Может происходить на воздухе (газовая коррозия) и в водной среде (жидкостная коррозия). Под действием коррозионной среды металл окисляется, на поверхности образуются сульфидные, оксидные и другие плёнки, а коррозионные вещества восстанавливаются. Выделяют кислородную химическую коррозию и водородную деполяризацию
Протекает в присутствии электролита – проводящего ток вещества в растворах или в расплавах. Может происходить в грунте, море, атмосфере. Состоит из анодного и катодного процессов, взаимосвязанных между собой и протекающих одновременно. При анодном процессе металл окисляется, при катодном происходит восстановление окислителя, находящегося в растворе (расплаве)
Тип агрессивной среды
Происходит во влажной атмосфере
Протекает в отсутствии влаги
Происходит в кислых и щелочных почвах
Протекает в жидкой среде
Воздействие радиоактивных веществ
Соприкосновение двух металлов во влажной среде
Влияние живых организмов. Продукты жизнедеятельности бактерий окисляют и разрушают металл
Если в металле находятся примеси (соли, неметаллы, модификации углерода), то наблюдается ускоренная коррозия. Проверить это можно дома, опустив в соляной раствор (NaCl + H2O) металлическую деталь. Уже через сутки появится ржавчина.
Способы защиты от коррозии
Разработки в сфере коррозионной протекции
Рассмотрев, какие виды коррозии существуют, стоит описать, бывают ли орудия против них. Исследования в области защиты от коррозионных процессов проводятся на постоянной основе. На сегодняшний день самыми популярными методами борьбы против разрушителя металлической поверхности являются:
- Защитное покрытие.
- Воздействие на коррозионную среду с понижением активности среды (лишение коррозионной среды кислорода, использование ингибиторов процесса).
- Протекция электрохимического направления.
- Инновационная разработка и внедрение в производство новейших структурных материалов с повышенной устойчивостью к процессу разрушения. Суть метода заключается в вычленении из металлических сплавов добавок, которые катализируют разрушительный процесс (например, удаление из сплавов алюминия примеси железа, из сплавов железа – серы), либо прямопротивоположном процессе – внедрении в существующий сплав дополнительных элементов, передающих свою коррозионную устойчивость всему сплаву(к примеру, добавление хрома или никеля в сплав железа, усиление магниевых сплавов марганцем и т.п.).
- Использование в строительстве неметаллических компонентов, где это представляется возможным (высокополимерного пластика, стекла и керамики).
- Минимизация воздействия неблагоприятных условий на металл (отделение металлических конструкций от внешней среды, скорейший ремонт на участках скопления воды, удаление прощелин в цельных конструкциях).
Защитная пленка как преграда разрушению
Коррозия металлов не может проникнуть внутрь металлического изделия без внешних повреждений. На конструкции наносят покрытия – это и служит как специфическая защита. Ряд металлов известны нам по своей ценности в сфере ювелирного дела, так подобные пленки выполняют не только защитную функцию, но и эстетическую.
Металлические покрытия в свою очередь делятся на анодные и катодные. Анодные пленки выполняются из металла активнее, нежели внутренний защищаемый сплав. Катодные же, наоборот, выполнены из металла менее активного, и не направлены на протекцию нижнего слоя металл в случае видимых повреждений.
Неметаллические пленки так же разделены на 2 подвида: неорганические (эмали) и органические (лаки, краски, резина, битум).
Коротко о главном
Коррозия металлов или ржавление в химии — это явление, которое возникает из-за взаимодействия металлической пластинки с веществами окружающей среды (кислородом воздуха или кислотами, с которыми может реагировать металлическое изделие).
Обычно окисляются металлы, включая железо, которые находятся левее водорода в ряду напряжений.
Чаще всего встречаются химическая и электрохимическая коррозии. Чтобы понять, чем они отличаются друг от друга, давайте сравним их по нескольким критериям в таблице ниже.
Таблица 1. Сравнение химической и электрохимической коррозии металлов | ||
|---|---|---|
Признаки сравнения | Химическая коррозия | Электрохимическая коррозия |
Определение | Разрушение металлов в из-за взаимодействия с газами или растворами, которые не проводят электрический ток | Разрушение металла, при котором возникает электрический ток в воде или среде другого электролита |
Агрессивные реагенты | O2, пары H2O, CO2, SO2, Cl2 | Растворы электролитов |
Примеры | 3Fe + 2O2 → Fe3O4 | 4Fe + 3O2 + 6H2O = 4 Fe(OH)3 При контакте железа с цинком коррозии подвергается цинк: А (+) на цинке: Zn – 2e- = Zn2+. К (–) на железе: 2H+ + 2e- = H2. |
Защитить металл от коррозии можно по-разному: покрытием защитными материалами, электрохимическими методами, шлифованием и т. д. Далее — подробно обо всем этом.
Практикующий детский психолог Екатерина Мурашова
Бесплатный курс для современных мам и пап от Екатерины Мурашовой. Запишитесь и участвуйте в розыгрыше 8 уроков
Получить
Электрохимическая коррозия металлов
Электрохимическая коррозия металлов – это процесс разрушения металлов в среде различных электролитов, который сопровождается возникновением внутри системы электрического тока.
При таком типе коррозии атом удаляется из кристаллической решетки результате двух сопряженных процессов:
- Анодного – металл в виде ионов переходит в раствор.
- Катодного – образовавшиеся при анодном процессе электроны, связываются деполяризатором (вещество — окислитель).
Сам процесс отвода электронов с катодных участков называется деполяризацией, а вещества способствующие отводу – деполяризаторами.
Наибольшее распространение имеет коррозия металлов с водородной и кислородной деполяризацией.
Водородная деполяризация осуществляется на катоде при электрохимической коррозии в кислой среде
2H + +2e — = H2разряд водородных ионов
Кислородная деполяризация осуществляется на катоде при электрохимической коррозии в нейтральной среде
O2 + 4H + +4e — = H2O восстановление растворенного кислорода
Все металлы, по их отношению к электрохимической коррозии, можно разбить на 4 группы, которые определяются величинами их стандартных электродных потенциалов:
- Активные металлы (высокая термодинамическая нестабильность) – это все металлы, находящиеся в интервале щелочные металлы — кадмий (Е 0 = -0,4 В). Их коррозия возможна даже в нейтральных водных средах, в которых отсутствуют кислород или другие окислители.
- Металлы средней активности (термодинамическая нестабильность) – располагаются между кадмием и водородом (Е 0 = 0,0 В). В нейтральных средах, в отсутствии кислорода, не корродируют, но подвергаются коррозии в кислых средах.
- Малоактивные металлы (промежуточная термодинамическая стабильность) – находятся между водородом и родием (Е 0 = +0,8 В). Они устойчивы к коррозии в нейтральных и кислых средах, в которых отсутствует кислород или другие окислители.
- Благородные металлы (высокая термодинамическая стабильность) – золото, платина, иридий, палладий. Могут подвергаться коррозии лишь в кислых средах при наличии в них сильных окислителей.
Электрохимическая коррозия может протекать в различных средах. В зависимости от характера среды выделяют следующие виды электрохимической коррозии:
- Коррозия в растворах электролитов — в растворах кислот, оснований, солей, в природной воде.
- Атмосферная коррозия – в атмосферных условиях и в среде любого влажного газа. Это самый распространенный вид коррозии.
Например, при взаимодействии железа с компонентами окружающей среды, некоторые его участки служат анодом, где происходит окисление железа, а другие – катодом, где происходит восстановление кислорода:
А: Fe – 2e — = Fe 2+
Катодом является та поверхность, где больше приток кислорода.
- Почвенная коррозия – в зависимости от состава почв, а также ее аэрации, коррозия может протекать более или менее интенсивно. Кислые почвы наиболее агрессивны, а песчаные – наименее.
- Аэрационная коррозия — возникает при неравномерном доступе воздуха к различным частям материала.
- Морская коррозия – протекает в морской воде, в связи с наличием в ней растворенных солей, газов и органических веществ.
- Биокоррозия – возникает в результате жизнедеятельности бактерий и других организмов, вырабатывающих такие газы как CO2, H2S и др., способствующие коррозии металла.
- Электрокоррозия – происходит под действием блуждающих токов на подземных сооружениях, в результате работ электрических железных дорог, трамвайных линий и других агрегатов.
Определение коррозии
Коррозия – это постепенное разрушение объектов, обычно металлов, вызванное активной окружающей средой-электролитом и химической реакцией окисления.
Суть коррозионного процесса – наличие постоянно действующей анодной реакции. Она вызывается за счёт растворения металла, который генерирует электроны. Часть энергии активации дополнительно расходуется на другой процесс, называемый катодной реакцией. Эти два процесса уравновешивают произведенные заряды. Зоны, вызывающие эти процессы, могут быть расположены близко или далеко друг от друга, в зависимости от ситуации.
Электроны, генерируемые в процессе, должны потребляться посредством катодной реакции. Ионы водорода и электроны вступают в реакцию с образованием атомарного, а затем и газообразного водорода. Однако водород является сильнейшим восстановителем, поэтому дальнейшую коррозию можно предотвратить, создав на поверхности металла тонкую газовую плёнку. Она служит поляризатором, уменьшающим контакт металла с водой и уменьшающим коррозию. Таким образом, всё, что разрушает барьерную плёнку, увеличивает скорость коррозии.
Основными факторами, определяющими интенсивность процесса, являются:
Скорость;
Температура;
Уровень возникающих механических и термических напряжений;
Характер протекающих химических реакций.
Коррозия сдерживает внедрение в производство новых металлических материалов и причиняет значительный ущерб экономике.
Коррозия металлов. Способы борьбы с коррозией
Как организовать дистанционное обучение во время карантина?
Помогает проект «Инфоурок»
Описание презентации по отдельным слайдам:
Определение: Коррозией (от латинского corrodere – разъедать) называют самопроизвольное разрушение металлов и сплавов под влиянием окружающей среды.
Коррозия вызывает серьезные экологические последствия. Утечка газа, нефти и других опасных химических продуктов из разрушенных коррозией трубопроводов приводит к загрязнению окружающей среды.
Коррозию металлов и сплавов (их окисление) вызывают такие компоненты окружающей среды, как вода, кислород, оксиды углерода и серы, содержащиеся в воздухе, водные растворы солей.
Эти компоненты непосредственно окисляют металлы – происходит химическая коррозия. При электрохимической коррозии (наиболее частая форма коррозии) всегда требуется наличие электролита (Конденсат, дождевая вода и т. д.) как, например, при ржавлении железа во влажной атмосфере.
Чаще всего коррозии подвергаются изделия из железа. Особенно корродирует металл во влажном воздухе и воде. Химическое уравнение этого процесса: 4Fe + 3O2 + 6H2O → 4FeO(OH)•H2O
Химически чистое железо почти не корродирует, а техническое железо, которое содержит различные примеси, например в чугунах и сталях, ржавеет. Следовательно, одной из причин возникновения коррозии является неоднородность металла.
Способы борьбы с коррозией: 1. Нанесение защитных покрытий на поверхности предохраняемого от коррозии металла. Для этого используют масляные краски, эмали, лаки. Эти неметаллические покрытия недорогие, но обычно недолговечные.
Способы борьбы с коррозией: Предохраняемый металл можно покрыть слоем другого металла: золота, серебра, хрома, никеля, олова, цинка и др. Один из самых старых способов – лужение – это покрытие железного листа слоем олова. Такое железо называют белой жестью.
Технический прогресс в развитии методов борьбы с коррозией
Так как коррозионные потери металла составляют астрономическую сумму, технический прогресс продолжает предлагать новые методы борьбы с ней, по мере развития научных исследований и совершенствования аппаратного обеспечения
. К ним относятся:
- газотермическое напыление, образующее сверхтонкие защитные покрытия;
- термодиффузионные покрытия, создающие прочную поверхностную защиту;
- кадмирование, обеспечивающее защиту стали в морской воде.
Рост промышленного производства происходит с постоянным увеличением выпуска металлических изделий. Электрохимическая коррозия, вне зависимости от исторической эпохи, представляет постоянную угрозу огромному объему конструкций и ответственных сооружений. Поэтому создание новых методов и средств борьбы — одна из задач исследований технического прогресса.
Проверьте себя
Что такое коррозия?
Где в повседневной жизни можно встретить ржавление железа и других металлов? Приведите примеры.
Гидроксид железа Fe(OH)3 называют:
а ржавчина;
б) окалина;
в) патина.
Что является причиной возникновения коррозии?
Чем отличаются химический и электрохимический типы коррозии?
Что такое коррозионная среда?
Узнайте все о коррозии металлов и разберитесь в других темах за 9 класс на онлайн-курсах по химии в Skysmart! Наши преподаватели помогут выяснить, где скрываются пробелы в знаниях, и восполнить их. Никаких скучных задач и сухих лекций — только интерактивные упражнения, опыты и теория простым языком. Все это поможет разобраться даже в тех темах, которые не давались в школе. Ждем на бесплатном вводном уроке!
Основные типы атмосферной коррозии
Принято выделять три основных типа атмосферной коррозии: влажная, мокрая, сухая. Жидкая и мокрая, в силу способности проводить электрический ток, протекают по электрохимическим законам, а сухая по химическим.
- Влажная глубокая коррозия металла будет протекать там, где на металле можно наблюдать тонкую влажную пленку. В зависимости от происходящего в окружающей среде, на пленке может образовываться конденсат, после чего начинается процесс коррозийного разрушения.
- Мокрая коррозия начинается на поверхности хорошо увлажненной, при относительной влажности окружающей среды около 100%. Капли, образовавшиеся на поверхности, помогают коррозийному износу.
- Сухая атмосферная коррозия менее агрессивна, потому что процесс разрушения протекает при малой влажности воздуха. Образовавшаяся на изделии пленка замедляет образование ржавчины.
Закорродировавший корабль
Олово и цинк. «Опасные» и «безопасные покрытия
Возьмем еще пример. Допустим, кузовная панель покрыта оловом. Олово — очень стойкий к коррозии металл, кроме того, оно создает пассивный защитный слой, ограждая железо от взаимодействия с внешней средой. Значит, железо под слоем олова находится в целости и сохранности? Да, но только до тех пор, пока слой олова не получит повреждение.
А когда такое случается, между оловом и железом тут же возникает гальваническая пара, и железо, являющееся более активным металлом, под воздействием гальванического тока начнет корродировать.
Кстати, в народе до сих пор ходят легенды о якобы «вечных» луженых кузовах «Победы». Корни этой легенды таковы: ремонтируя аварийные машины, мастера использовали паяльные лампы для нагрева. И вдруг, ни с того ни с сего, из-под пламени горелки начинает «рекой» литься олово! Отсюда и пошла молва, что кузов «Победы» был полностью облужен.
На самом деле все гораздо прозаичнее. Штамповая оснастка тех лет была несовершенной, поэтому поверхности деталей получались неровными. Вдобавок тогдашние стали не годились для глубокой вытяжки, и образование морщин при штамповке стало обычным делом. Сваренный, но еще не окрашенный кузов приходилось долго готовить. Выпуклости сглаживали наждачными кругами, а вмятины заполняли оловяным припоем, особенно много которого было вблизи рамки ветрового стекла. Только и всего.
Ну, а так ли «вечен» луженый кузов, вы уже знаете: он вечен до первого хорошего удара острым камешком. А их на наших дорогах более чем достаточно.
А вот с цинком картина совсем другая. Здесь, можно сказать, мы бьем электрохимическую коррозию ее же оружием. Защищающий металл (цинк) в ряду напряжений стоит левее железа. А значит при повреждении будет разрушаться уже не сталь, а цинк. И только после того, как прокорродирует весь цинк, начнет разрушаться железо. Но, к счастью, корродирует он очень и очень медленно, сохраняя сталь на долгие годы.
а) Коррозия луженой стали: при повреждении покрытия разрушается сталь. б) Коррозия оцинкованной стали: при повреждении покрытия разрушается цинк, защищая от коррозии сталь.
Покрытия, выполненные из более активных металлов называются «безопасными«, а из менее активных — «опасными«. Безопасные покрытия, в частности оцинковка, давно и успешно применяются как способ защиты от коррозии автомобильных кузовов.
Почему именно цинк? Ведь помимо цинка в ряду активности относительно железа более активными являются еще несколько элементов. Здесь подвох вот в чем: чем дальше в ряду активности находятся друг от друга два металла, тем быстрее разрушение более активного (менее благородного). А это, соответственно, сокращает долговечность антикоррозионной защиты
Так что для автомобильных кузовов, где помимо хорошей защиты металла важно достичь и продолжительного срока действия этой защиты, оцинковка подходит как нельзя лучше. Тем более, что цинк доступен и недорог
Кстати, а что будет, если покрыть кузов, например, золотом? Во-первых, будет ох как дорого! Но даже если золото стало бы самым дешевым металлом, такого делать нельзя, поскольку оно окажет нашей «железке» плохую услугу.
Золото ведь стоит очень далеко от железа в ряду активности (дальше всего), и при малейшей царапине железо вскоре превратится в груду ржавчины, покрытую золотой пленкой.
Автомобильный кузов подвергается воздействию как химической, так электрохимической коррозии. Но главная роль все же отводится электрохимическим процессам.
Ведь, чего греха таить, гальванических пар в автомобильном кузове много: это и сварные швы, и контакты разнородных металлов, и посторонние включения в листовом прокате. Не хватает только электролита, чтобы «включить» эти гальванические элементы.
А электролит тоже найти легко — хотя бы влага, содержащаяся в атмосфере.
Кроме того, в реальных условиях эксплуатации оба вида коррозии усиливаются множеством других факторов. Поговорим о главных из них поподробнее.
Основные виды коррозии
Коррозионные процессы классифицируют по нескольким параметрам, а конкретные типы коррозии различают по некоторым признакам. Ниже вы узнаете, по каким факторам классифицируют коррозию, и что такое, например, химическая коррозия.
Классификация по механизму протекания процессов
Химическая коррозия – процесс контакта элемента металла со средой, способствующей развитию коррозии, во время которого реакция окисления металлического элемента и восстановления самой окислительной компоненты среды происходит одновременно.
Электрохимическая коррозия – механизм реакционного соприкосновения раствора электролита с металлом, сущность которого, в противовес химическому типу ржавления, заключается в процессе, когда атомы металла ионизируются, окислительная компонента среды восстанавливается не в едином пространственном и временном промежутке: скорость реакций обусловлена электродным потенциалом.
Классификация по виду коррозионной среды и условиям
Газовая коррозия – реакция ржавления металлов в условиях газовой среды с минимально допустимым содержанием воды (коэффициент не выше 0,1%) либо с применением экстремально высоких температур. Газовая коррозия популярна в промышленных сферах: нефтехимической, а также химической отраслях.
Подземная коррозия – ржавление в грунтовой среде.
Атмосферная коррозия — ржавление металлов в воздухе либо влажном газе.
Биокоррозия – реакция с появлением ржи под воздействием микроорганизмов.
Контактная коррозия – при подобной реакции участвует несколько металлов с отличными друг от друга потенциалами по электролиту.
Радиационная коррозия – возникновение ржи под влиянием радиоактивных лучей.
Коррозия током – процесс коррозии происходит в условиях воздействия внешнего либо блуждающего тока.
Коррозия под напряжением – ржавление металла в коррозионной среде под механическим напряжением. Химия подобного вида ржи небезопасна, в главной мере для опорных конструкций с воздействием механических нагрузок на них (турбины, рессоры, ведущие оси строений). Немаловажным нюансом при обозначенном типе ржавления служит потенциальная коррозионная усталость – накопительный эффект возникает при периодичном растягивающем напряжении.
Коррозионная кавитация – разрушительное влияние на металл коррозионной среды и ударной силы.
Фреттинг-коррозия – разрушение металлических поверхностей единовременным воздействием благоприятной для ржи среди и вибрации. По проявлению результатов процесса ликвидировать следствие возможно, для этого потребуется четко подобрать структурный материал, снизить уровень трения, применить покрывающую пленку либо выполнить другие подходящие в таком случае действия.
Межкристаллитная коррозия – проявление ржи по граням вкраплений. Так называемое скрытный разлом, в период активности которого внешних признаков не заметно, однако металл в краткие сроки лишается свойств прочности и эластичности. Наиболее часто от подобного вида внешнего вмешательства страдают сплавы, в состав которых входят никель, алюминий, хром.
Щелевая коррозия – является причиной повреждения металла в резьбовых креплениях, между прокладками и аналогичных участках.
На видео: всё о электрохимической коррозии.
Классификация по типу коррозионной деструкции
Сплошная коррозия – ржавчине подвергается поверхность целиком. Различают несколько подтипов:
- Равномерная (поверхностная коррозия) – ржа проявляется одновременно по захваченной процессом территории. Пример – разрушение железных труб на открытом воздухе.
- Неравномерная – скорость реакций на отдельных участках общей территории варьируется.
Избирательная коррозия — ржавеет один из компонентов сплавов или обособленная структурная секция (например, реакция обесцинкования латуни).
Местная коррозия — разрушению подвергаются сепаратные пятна целостного объекта. Проявление наблюдается в форме отдельных вкраплений поврежденностей, проникнувших на малую глубину слоя металла (ржа по латуни в соленой морской воде); значительных углублений в виде раковин (сталь, закопанная в почву); обособленных точек, именуемых питтингами, входящих в толщу металла на серьезную глубину (хромовоникелевая сталь аустенитного класса).
Виды
Коррозия классифицируется по нескольким признакам. Классификация приведена в таблице.
Признак | Вид | Описание |
Участки поражения | Равномерная | Захватывает всю металлическую поверхность |
Язвенная (местная) | Охватывает часть поверхности | |
Точечная (питтинг) | Глубоко поражает отдельные участки | |
Механизм протекания | Химическая | Протекает под действием химических веществ в отсутствии электролитов. Может происходить на воздухе (газовая коррозия) и в водной среде (жидкостная коррозия). Под действием коррозионной среды металл окисляется, на поверхности образуются сульфидные, оксидные и другие плёнки, а коррозионные вещества восстанавливаются. Выделяют кислородную химическую коррозию и водородную деполяризацию |
Электрохимическая | Протекает в присутствии электролита – проводящего ток вещества в растворах или в расплавах. Может происходить в грунте, море, атмосфере. Состоит из анодного и катодного процессов, взаимосвязанных между собой и протекающих одновременно. При анодном процессе металл окисляется, при катодном происходит восстановление окислителя, находящегося в растворе (расплаве) | |
Тип агрессивной среды | Атмосферная | Происходит во влажной атмосфере |
Газовая | Протекает в отсутствии влаги | |
Грунтовая | Происходит в кислых и щелочных почвах | |
Жидкостная | Протекает в жидкой среде | |
Радиационная | Воздействие радиоактивных веществ | |
Контактная | Соприкосновение двух металлов во влажной среде | |
Биокоррозия | Влияние живых организмов. Продукты жизнедеятельности бактерий окисляют и разрушают металл |
Если в металле находятся примеси (соли, неметаллы, модификации углерода), то наблюдается ускоренная коррозия. Проверить это можно дома, опустив в соляной раствор (NaCl + H2O) металлическую деталь. Уже через сутки появится ржавчина.
Кто нам мешает, тот нам поможет
В завершение укажем и на довольно необычный способ коррозионной защиты: с помощью самих окислов железа, точнее, одного из них — закиси-окиси Fe3O4. Данное вещество образуется при температурах 250…5000С и по своим механическим свойствам представляет собой высоковязкую технологическую смазку. Присутствуя на поверхности заготовки, Fe3O4 перекрывает доступ кислороду воздуха при полугорячей деформации металлов и сплавов, и тем самым блокирует процесс зарождения трибохимической коррозии. Это явление используется при скоростной высадке труднодеформируемых металлов и сплавов. Эффективность данного способа обусловлена тем, что при каждом технологическом цикле контактные поверхности обновляются, а потому стабильность процесса регулируется автоматически.
Коррозия железа и меди
Коррозия железа
Давно выявлено, что зачастую коррозия (ржавчина) на железных элементах возникает вследствие протекания реакций окисления воздухом или кислотами – окислительно-восстановительные реакции. Как и в любом металле, ржавчина захватывает верхние слои железного изделия и возникает химическая коррозия, электрохимическая или электрическая.
Если рассмотреть каждый этот процесс в отдельности то получится, что при химическом возникновении ржавчины происходит переход электронов на окислитель, в результате образовывается оксидная пленка, а реакция выглядит так:
3Fe + 2O2 = Fe3O4 (FeO•Fe2O3)
Образовавшаяся пленка не защищает материал от дальнейшего возникновения окислительно-восстановительных реакций, она свободно пропускает воздух, что способствует образованию новой ржавчины.
При электрохимической коррозии, которая чаще всего возникает с железом в грунте, протекает реакция с образованием свободного кислорода и воды, если они остаются на железном элементе, то это вызывает новые продукты коррозии.
Fe + O2 + H2O → Fe2O3 · xH2O
Электрическая коррозия железа является самой непредсказуемой, так как возникает из-за блуждающих токов, которые могут попадать к железному элементу от линий электропередач, трамвайных путей, крупногабаритного электрооборудования и другое. Блуждающий ток запускает процесс электролиза металла, а он способствует образованию ржавых пятен.
Коррозия меди
При эксплуатации медных элементов необходимо учитывать причины коррозии, зачастую они обусловлены средой, где находится элемент. Например, в таких средах как: атмосферная, морская вода, при контакте с галогеновыми веществами и в слабых растворах солей медь коррозирует стабильно медленно.
Также медь подвергается коррозии в обычных атмосферных условиях:
2Cu+H2O+CO2+O2→ CuCO3*Cu(OH)2
Классификация коррозионных процессов по условиям протекания коррозии.
- Газовая коррозия протекает в газовой фазе с минимальным количеством влаги. Данная коррозия возникает при контакте металлов с агрессивными газами (галогены, кислород, оксид серы).
- Атмосферная коррозия протекает в атмосфере воздуха или другого влажного газа.
- Жидкостная коррозия – это коррозия, протекающая в различные рода жидкостях.
- Подземная коррозия – это коррозия металла, возникающая в следствии неоднородностей почвы, грунта.
- Коррозия в условиях криптоклимота происходит в условиях замкнутого пространства.
- Радиационная коррозия вызвана действием радиационного излучения.
- Морская коррозия возникает из-за депассивирующего свойства ионов хлора.
- Структурная коррозия связанна со структурной неоднородностью металлов.
- Коррозия, возникающая под действием блуждающих токов.
Виды и причины возникновения коррозии металлических изделий
Взаимодействие металлов с окружающей средой приводит их к разрушению под влиянием электрохимических или химических процессов. В первом случае происходит растворение, обусловленное водной средой или влагой из воздуха, а во втором имеет место процесс формирования соединений с агрессивными веществами. Коррозия металлических изделий может образовываться на локальных участках (местная), охватывать всю поверхность детали (равномерная) или распространятся вдоль границ кристаллов (межкристаллитная).
Кислород и влага способствуют формированию на поверхности металла рыхлого порошка коричневого цвета (Fе2O3•H2О), который называют ржавчиной.
Виды коррозии
Срок службы металлических конструкций учитывают при проектировании производственных мощностей, мостов, зданий. В некоторых химических производствах отдельные аппараты и их детали работают только несколько месяцев или недель.
В зависимости от причины разрушения выделяют 3 вида коррозии: атмосферная, почвенная, жидкостная. Рассмотрим их особенности.
- Атмосферная — проявляется под воздействием активных химических веществ в воздухе.
- Почвенная — происходит при взаимодействии металла с агрессивным составом грунтовых вод, почвы.
- Жидкостная — возникает при контакте с водной средой с высоким содержанием солей, которые ускоряют окисление.
Современные методы борьбы
Многочисленные исследования и развитие технического прогресса привели к созданию целой системы методов и средств в борьбе с коррозией. Можно отметить три основных направления в защите от коррозии:
- Конструктивные решения.
- Активные методы.
- Пассивные методы.
Конструктивные решения состоят в выборе материалов, которые минимально поддаются коррозии по своим физическим свойствам:
- нержавеющие стали;
- легированные стали;
- цветные металлы.
Активные методы борьбы подсказала сама электрохимическая коррозия. Постоянное напряжение прикладывают к защищаемой металлической конструкции так, чтобы повысить его электродный потенциал и замедлить процесс электрохимического растворения. Второй вариант активной защиты — жертвенный анод, который имеет низкий электродный потенциал, вследствие чего разрушается вместо защищаемого объекта.
Пассивные методы состоят в нанесении защитных покрытий. Технический прогресс в этой области начал развиваться с нанесения простейших лакокрасочных покрытий, предотвращающих попадания кислорода, влаги и конденсата на поверхность металлов. Затем появились гальванические покрытия на основе:
- цинка — цинкование;
- хрома — хромирование;
- никеля — никелирование.
Оцинкованное железо, никелированные и хромированные столовые приборы, консервные банки с продуктами служат многие годы, не поддаваясь электрохимической коррозии, сохраняя красивый внешний вид, предохраняя порчу продуктов.
