Презентация на тему КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ

сплавов в рез-те окислительно-восстановительного (химического, электрохимического и биологического) взаимодействия

их с окружающей средой.

металлургия
Коррозия протекает с ум-нием эн. Гиббса:
Мео -

ne-  Меn+ (G  0) коррозия

Основной причиной корроз. разрушения металлов и сплавов является их термодинамическая неустойчивость.

- точечная (питинг)
5-межкристаллитная
6-транскристаллитная
ножевая
4 - отд. зёрна
Типы коррозионных поражений металлов.

макроуровень
микроуровень

под действием окислителей-неэл-тов, обычно газов и орг. жидкостей, не

проводящих эл. ток.
Различают газовую коррозию и коррозию в жидких неэлектролитах.

Газовая коррозия – это разрушение металла при контакте с сухими газами при высоких т-рах. Она имеет место при работе двигателей внутреннего сгорания, при хим. обработке металлов, горячей прокатке, ковке, в энергетических установках и др. При газовой коррозии происходит химическое взаимодействие металла с активными средами (CO2; H2S; O2; SO2; галогенами).

+ 3O2  2Fe2O3;
2Al + 3Cl2  2AlCl3;
4Ag +

O2 + H2S  2Ag2S + 2H2O.

O2

O2

O2

O2

металл

металл

МеxOy

МеxOy

Влияние характера оксидной плёнки

устойчивость металлических материалов к коррозии при высоких температурах в

окислительной атмосфере,
Жаропрочность – это способность сохранять прочность при высоких температурах в инертной атмосфере.

эл. ток) относятся жидкости орг. происхождения – спирты, бензол,

хлороформ, керосин, нефть, бензин и др., а также ряд жидкостей неорг. происхождения – расплавленная сера, жидкий бром и др. В чистом виде орг. жидкости практически не реагируют с металлами, но в присутствии даже незначительного кол-ва примесей процессы взаимодействия резко усиливаются. Ускоряет коррозионные процессы наличие серосодержащих в-в, растворённого кислорода, повышение т-ры. Несмотря на сложность коррозионных процессов, в принципе они представляют собой обычные гетерогенные химические реакции:

а) 2R - Cl + Me  MeCl2 + R - R

S + Me  MeS + R1 – R2

R2

б) R1

где R - органический радикал.

(водой, водн. р-рами солей, кислот, щелочей; расплавленными солями и

щелочами). Разрушение металла происходит за счет образования на поверхности металла микро-гальванических элементов.
Причины: наличие в основном металле примесей др. металлов или неметаллов, что приводит к появлению разности элект. потенциалов в местах их контакта и возникновению микротока. Участки относительно чистого металла поляризуются анодно, а примеси – катодно.

может быть любая энергетическая неоднородность его пов-сти, вызванная неоднородностью

хим. или фаз. состава как самого металла, так и окружающей его коррозионной среды, а также мех. состояния металла.
Наличие энергетической неоднородности на соседних участках металл. пов-сти приводит к тому, что участок с более отрицательным электродным потенциалом становится анодом, а
с более положительным – катодом.

схеме:
(−)А: Me0 – nе-  Men+

На катоде протекает

восстановление
в виде одного из двух процессов :
водородной иЛИ кислородной деполяризации.

(+)К: 2Н+ + 2е- = Н20; (Н+/Н20)=−0,059рН ;
в

нейтральной или щелочной среде:
(+)К: Н2О + 2е- = Н20 + 2ОН−;
(Н2О/Н20)=−0,059рН.
протекает при ограниченном доступе кислорода. Ех., под толстым слоём воды или в кислых р-рах, в к-рых растворимость кислорода очень низка.

электродным потенциалом более отрицательным, чем у водородного электрода в

соответствующей среде (или активные металлы, расположенные в ряду напряжений слева от водорода).
При кислородной деполяризации коррозии могут подвергаться и неактивные металлы вплоть до серебра (0 Ag+/Ag = 0,8 B).

Кислородная деполяризация
с восстановлением атмосферного кислорода, растворённого в коррозионной среде
протекает по схеме:
(+)К: О2 + 2Н2О + 4e- = 4OH−;
 (О2/Н2О) = +1,23 − 0,059рН

вызывающих образование и работу короткозамкнутых микро-ГЭ в результате:
1) контакта

двух разных металлов;
2) контакта металла с продуктом коррозии;
3) разной конц-ции ок-ля на пов-сти металла;
4) изменения электродного потенциала металла под действием механических напряжений.
Как особый случай рассматривается коррозия под действием блуждающих токов.

4Fe(OH)2 + 2H2O + O2  4Fe(OH)3
Fe2+ + 2H2O

→ Fe(OH)2

Fe(ОН)3  FeOOH + Н2О.

0 Fe/Fe2+= − 0,44B, 0 Сu/Cu2+= +0,34B

1. контакт двух металлов.

0 Fe/Fe2+= − 0,44B

0 Сu/Cu2+= +0,34B

Fe
Катод (+)
-e¯

Fe(OH)2
H2↑
А: Fe0-

2e-Fe2+

(+) К[Fe(OH)2]: Н2О + 2е- = Н20 + 2ОН−

Fe2+

Fe(OH)2

Fe2+ +2OH-  Fe(OH)2,
4Fe(OH)2 + O2 +2H2O  4Fe(OH)3.
[O2]I

> [O2]II

 (О2/Н2О) = +1,23 + 0,03lg[O2] − 0,059рН

на катоде (+)К:
О2 + 2Н2О + 4е-  4ОН-

на аноде (−)А:
Fe0 - 3e-  Fe3+,

Fe3+ +3OH-  Fe(OH)3,

3) разная конц-ция ок-ля на пов-сти металла

φI > φII

могут понижать термодинамическую устойчивость металла, разрушать защитные пленки. При

их неравномерном распределении сжатые области крист. решетки металлов вследствие перераспре-деления электронов, заряжаются положительно, а растянутые – отрицательно. При одноврем. воздействии коррозионной среды и механических напряжений происходит растрескивание металла (или ножевая коррозия) – один из наиболее опасных видов коррозионного разрушения.

> φрастяж
на аноде (−) А:
Fe0 - 3e-

 Fe3+

на катоде (+) К:
О2 + 2Н2О + 4е-  4ОН-

−

+

или транскристаллитная коррозия
на аноде (−) А:
Fe0 - 3e-

 Fe3+

на катоде (+) К:
О2 + 2Н2О + 4е-  4ОН-

среды
металлические
неметалли-ческие
химические
внешним током
протекторная
алитирование
хромирование
метод окунания

ехр: Sn на Fe (луженое железо). Тип покрытия легко

определяется при нарушении его целостности. При наличии плёнки влаги образуется гальваническая пара, в к-рой анодом явл-ся более акт. металл – железо, а катодом – менее акт. металл (олово – покрытие). Более акт. металл – железо - будет окисляться, корродировать, а на менее акт. металле – олове - будут идти процессы восстановления.

К[Sn]: 2H+ + 2 e-  H20 (pH 7); H2O + O2 + 4 e-  4 OH- (pH = 7)

Принцип защиты основан на том, что менее активный металл более стоек к коррозии, и пока он сохраняет целостность, основной металл защищён от коррозионно-активной среды. В местах нарушения покрытия защищаемый металл будет подвергаться коррозии.

А[Fe]: Fe0 - 2 e-  Fe2+
Fe2+ + 2 OH-  Fe(OH)2
4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O  4Fe(OH)3

ехр, железо - цинком (оцинкованное железо) .
При нарушении целостности

покрытия в образовавшемся ГЭ металл покрытия (цинк) становится анодом и разрушается вместо основного металла (железо0.

Н2

е−

Fe

Zn2+

Zn

H2O

A

K

Схема коррозии.

(+)К [Fe]: 2H+ + 2e-  H20
(при рН 7) или
О2 + 2Н2О + 4е-  4ОН-
(при рН = 7 ).

(−)А[Zn]: Zn0 – 2e-  Zn2+
Zn2+ + 2OH-  Zn(OH)2.

Таким образом, анодное покрытие будет защищать основной металл и при нарушении его целостности.

трубопроводу присоединен цинк, образуется гальванический элемент, в к-ром протектор-цинк,

как более активный металл, будет посылать свои ионы во влажную почву, а по проводнику будут двигаться электроны к защищаемому объекту, т.е. протектор является анодом, а трубопровод – катодом.

В качестве протектора для защиты стальных конструкций применяют чистый цинк или сплавы алюминия с цинком, а также сплавы на основе магния.

А [Zn]: Zn0 – 2e-  Zn2+
Zn2+ + 2OH-  Zn(OH)2

К [Fe]: 2Н+ + 2е- Н2 ( рН 7 )
2H2O + O2 + 4e-  ( pH  7 )

металла от коррозии с помощью постоянного тока от внешнего

источника. Защищаемый объект (трубопровод) присоединяется к отрицательному полюсу источника тока (катодно), а к положительному, аноду - железный лом (или старый рельс), который разрушается, сохраняя тем самым трубопровод .

Катодную защиту применяют для защиты от коррозии подземных металлических сооружений: нефте-, газо-, водопроводов и др.

Анод (старый рельс):
Fe0 – 2e-  Fe2+
Fe2+ + 2OH-  Fe(OH)2.

Катод (трубопровод):
2H2O + O2 + 4e-  4OH-.