Кинетика коррозионного процесса

Термодинамика определяет возможность протекания коррозионного процесса, кинетика определяет его скорость. Скорость коррозии определяется величиной коррозионного тока, то есть ко­личеством электричества, протекающего через поверхность металли­ческого изделия в единицу времени. Сила коррозионного тока определяется из закона Ома:

,

где R - общее сопротивление протекания коррозионного процесса, которое включает в себя поляризационное сопротивление катодного и анодного процессов; сопротивление коррозионной среды или пленок продуктов коррозии, образующихся на поверхности металла.

Пленки продуктов коррозии (Fe₂O₃·nH₂O, Al₂O₃, Zn(OH)₂ и т.д.) обладают высоким электрическим сопротивлением, вызывают поляри­зацию катодного и анодного процессов и, следовательно, могут тормозить процесс коррозии. В качестве примера можно назвать такие металлы, как хром и алюминий, которые относятся к активным металлам (E^o_Cr/Cr³⁺ = – 0,74B; E^o_Al/Al³⁺ = – 1,66B). В коррозионных средах, содержащих кислород, на их поверхности образуется тонкая сплошная оксидная пленка, об­ладающая высоким сопротивлением и поэтому значительно тормозя­щая процесс коррозии.

Таким образом, кинетический фактор часто определяет реальную скорость коррозионного процесса, т.е. процесс может быть термодинамически возможным, и он начинает протекать, однако продукты коррозии, в некоторых случаях образую­щие сплошные защитные пленки, значительно тормозят процесс коррозии, и металл пассивируется. Самопассивирующимися метал­лами являются Be, Al, Ti, Cr, Ni и некоторые другие. Анодный процесс окисления этих металлов сопровождается образованием оксида:

2Сr⁰ - 6e + 3H₂O → Cr₂O₃ + 6H⁺

Методы защиты металлов от коррозии

В технике для защиты металлов от коррозии используются различные методы:

· легирование

· нанесение различных покрытий

· электрохимическая защита

· изменение свойств среды

В зависимости от условий эксплуатации изделий может быть выбран тот или иной метод защиты от коррозии. В наиболее агрес­сивных средах (в морской воде, в почве и т.д.) применяют комби­нированные методы защиты.

Легирование металлов – это создание поверхностного экранирующего слоя, т.е. введение элементов, предотвращающих структурную коррозию.

Неметаллические защитные покрытия – это лаки, краски, смазки, керамика, резина и т.п.

Материалами для металлических защитных покрытий могут быть как чистые металлы (Zn, Cd, Al, Ni, Cr, Cu, Ag и др.), так и их сплавы (бронза, латунь). По характеру поведения металлических покрытий при коррозии различают катодные и анодные покрытия.

Металлы анодного покрытия имеют меньшее (более отрицательное) значение потенциала, чем потенциал защищаемого металла; последний является в этом случае катодом и не коррозирует. Примером является оцинкованное железо.

Катодными являются металлические покрытия, имеющие в данной среде большее значение потенциала, чем потенциал основного металла. Например, Sn, Cu, Ni, Ag на стали являются катодными покрытиями. При повреждении или наличии в покрытии пор возникают коррозионные элементы, в которых основной материал служит анодом и растворяется, а материал покрытия – катодом, на котором происходит выделение водорода или поглощение кислорода. Таким образом, катодные покрытия могут защищать металл в отсутствии пор или повреждений.

К электрохимическим методам защиты относятся протекторная, катодная и анодная защита.

Протектор – это кусок металла, имеющего более отрицательное значение стандартного электродного потенциала, чем металл защищаемого изделия, подключенный к защищаемому изделию. При воздействии агрессивной среды в первую очередь разрушается протектор.

Для подавления процесса коррозии при катодной или анодной защите изделие подключают к источнику внешнего тока так, чтобы оно стало катодом (процесс коррозии подавляется) или анодом (в последнем случае устанавливается напряжение, соответствующее зоне пассивации на анодной поляризационной кривой, и поверхность изделия пассивируется).

Для изменения свойств агрессивной среды используют удаление окислителей из среды (деаэрация) или введение ингибиторов.