КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛА

План
1. Введение. Виды коррозионных разрушений.
2. Типы коррозионных процессов: химическая коррозия, электрохимическая коррозия.
3. Защита металлов от коррозии.

с окружающей средой.
Me0 – nē → Men+ ΔG

0, ΔS > 0

ЭНЕРГИЯ ВЫДЕЛЯЕТСЯ И РАССЕИВАЕТСЯ В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ
ΔG < 0

ПРОДУКТЫ КОРРОЗИИ РАССЕИВАЮТСЯ В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ
ΔS > 0

процесс самопроизвольный и необратимый !!!

МЕТАЛЛ ОКИСЛЯЕТСЯ

механ. свойств

легированных сталей за счет взаимодействия материалов форм и отливки при

высоких температурах. Эти дефекты снижают коррозионную стойкость, жаростойкость и жаропрочность отливок.

окислителем
m Me + n ox → Mem(red)n
Электрохимическая коррозия – происходит

в электролитной среде под действием внутренних микро- или макрогальванических пар или под действием внешней разности потенциалов:
Me → Me+z + zē       (1) 
n ox + zē → m red      (2), 
где ox - окислитель, а red - восстановленная форма его.

NO2 и т.д.)
Высокотемпературная
Коррозия в жидкой среде (электролитной и неэлектролитной)
Атмосферная

(во влажной атмосфере)
Почвенная
Блуждающими токами
Фреттинг – коррозия при трении.

ПО ТИПУ ГЕТЕРОГЕННОГО КОНТАКТА С ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДОЙ:

2Ме (к) +

О2 (г) ↔→ 2МеО (к); МеО (к) → [МеО](раствор)

оксидная пленка тормозит окисление

Чем плотнее оксидная пленка на поверхности металла, тем лучше она защищает от коррозии!!!
Наиболее стойкие пленки образуют: Cd, Al, Cr, Ni, Sn, Zn, Ti.
Практически не защищены оксидными пленками при высоких температурах d-металлы с высокими степенями окисления, образующие летучие оксиды: Mо, W, Nb, Ta, Re.

Fe + O2 → FeO + Fe3O4 + Fe2O3
окалина
Одновременно протекает обезуглероживание поверхностного слоя металла за счет превращения цементита
Fe3C + O2 → Fe + CO2
Fe3C + H2 → Fe + CH4 (напр. при литье по выплавляемым моделям в месте контакта металлического изделия с оболочковой формой)

2Zn + O2 → 2ZnO
6Li + N2 → 2Li3N
Fe + CO2 + H2O → FeCO3 + H2 2Fe + Cl2 → 2FeCl3

химическая коррозия

различной активности или сплава двух металлов различной активности;
при контакте металла

и его соединения, обладающего полупроводниковыми свойствами;
при различном уровне механических напряжений в одной и той же детали.

механизм эл\хим коррозии

работа ГЭ

катод

анод

ē

ē

Окислитель: Н+ или О2

Ме+n металл растворяется

φ01

φ02

Чем больше (φ02 – φ01), тем сильнее коррозия

термодинамической нестабильности: щелочные и щелочно-земельные, Al, Ti, Zr, Zn, Mn,

Cr, Fe
φ0 < - 0,413В
на катоде могут происходить реакции восстановления:
2Н2О + 2ē = 2ОН-- + Н2, φН2/2Н+ = - 0,413 В рН=7
2Н+ + 2ē = Н2, φН2/2Н+ = 0 В рН=0
О2 + Н2О + 4ē = 4ОН--, φ = 0,816 В рН=7
О2 + 4Н+ + 4ē = 2Н2О, φ = 1,229 В рН=0.

2. Металлы термодинамически нестабильные: Cd, In, Tl, Co, Ni, Mo, Pb, W
-0,413В <φ0 < 0В

Ag, Rh

0В <φ0 < 0,816В

4. Металлы высокой стабильности: Hg, Pd, Ir, Pt
0,816В <φ0 < 1,229В
О2 + 4Н+ + 4ē = 2Н2О, φ = 1,229 В рН=0.

5. Металлы полной стабильности:
Au
1,229В <φ0

= Н2
Fe2+ + OH-- = Fe(OH)2
4Fe(OH)2 + 2H2O +

O2 = 4Fe(OH)3
Fe(OH)3 = H2O + FeOOH - ржавчина

φ0(Fe) < φ0 (Cu)

анод

катод

А: Fe0 - 2ē = Fe2+

Во влажной атмосфере:
К: О2 + Н2О + 4ē = 4ОН --

участками являются зерна карбида железа Fe3C, а анодными (активными) –

железо.

а) кислая среда рН< 7
анод: Fe0 - 2ē = Fe 2+
катод: 2Н+ + 2ē = Н2

б) нейтральная или слабощелочная среда рН ≥ 7 (природные воды, влажная атмосфера)
анод: Fe0 - 2ē = Fe2+
катод: О2 + Н2О + 4ē = 4ОН─
Fe2+ + OH─ = Fe(OH)2
4Fe(OH)2 + 2H2O + O2 = 4Fe(OH)3
Fe(OH)3 = H2O + FeOOH – ржавчина.

менее окисленный и более окисленный металл. Пример – коррозия металла

под неподвижной каплей воды: центральная часть железа разрушается, а внешняя – нет.

запаса энергии на каком-то участке поверхности металла. Тогда одна группа

атомов будет иметь больший запас энергии, а другая – меньший. Это приводит к различной скорости отдачи электронов даже одинаковыми атомами металла на его поверхности. Значит, на одном участке будет идти отдача, а на другом – прием электронов.

создает на поверхности очень тонкий слой из инертного оксида хрома.

Этот химически пассивный слой защищает сталь от коррозии. Однако, нержавсталь корродирует во влажных и электролитных средах. Причина – наличие серы в металле при выплавке, которая является неизбежным загрязнителем. Сера имеет более низкую температуру плавления, чем сталь, и во время литья, в течение короткого времени после того, как сталь укрепилась, концентрируется в поверхностном слое металлических листов прокатной стали. Эти частицы серы взаимодействуют с атомами хрома, приводя к его неравномерному распределению на поверхности листа. Следовательно на поверхности возникают точечные области, в которых сталь не защищена хромом и корродирует.

коррозии)
2) Покрытия от низкотемпературной коррозии:
органические (лаки, краски, смазки), съемные полимерные;
неорганические

(оксидные, фосфатирование);
Металлические (анодные и катодные;
3) Ингибирование.

Электрохимическая защита:
Катодная (метод протекторов, метод внешнего потенциала)
Анодная (пассивирование).

соединений, обладающих низкой диффузионной проницаемостью для агента коррозии. Например, поверхностный

оксидный слой. Металлы и сплавы легируют поверхностно или объемно другими металлами. Например, Cr и Ni в нержавсталях диффундируют к поверхности и образуют на ней оксидный слой из двойных оксидов NiCr2O4 и FeCr2O4 - шпинели.

Современные технологии газотермического напыления - Газоплазменная и электродуговая металлизация распылением

на мельчайшие частицы и нанесении на подготовленную методом абразивно-струйной обработки

поверхность. Попадая на металлизируемую поверхность, частицы деформируются, нагромождаются друг на друга и образуют металлизационное покрытие слоистого строения. При этом температура изделия в ходе напыления не превышает 120 °С.

и под действием молекулярных сил и носит в основном механический

(адгезионный) характер.

Поврежденное место на покрытии за счет гальванического эффекта затягивается ионами

Al3+ или Zn2+, предохраняя материал подложки. Наиболее активным с точки зрения протекторной защиты считается сплав алюминия и магния (AlMg5).
По результатам сравнительного исследования эффективности 47 различных систем защитных покрытий только алюминиевое и цинковое покрытия, нанесенные методом газотермического напыления, отработали 20 лет без повторного нанесения и сохранили более 99,5% сплошности.

любым атмосферам, что объясняется быстрым заполнением пор продуктами коррозии цинка.

значительно больший, чем металл, из которого они образовались. Zn-покрытие, находящееся

длительное время в воде, покрывается плотным слоем (ZnOH)2CO3 или Zn(OH)2; поры закупориваются продуктами коррозии. Такое покрытие со временем значительно увеличивает свою коррозионную стойкость.

сталь

Покрытие, заполненное продуктами коррозии

краска, эмаль
Кислотоупорные материалы
Резина, смолы
Оксидирование, фосфатирование, пассивирование, окрашивание
Fe(H2PO4)2+Fe2+→ Fe3(PO4)2↓ + 4H+

коррозионную среду в небольших количествах (от 10─3 до 10─6 моль\л),

способны резко снижать скорость коррозии или полностью подавлять ее.

Адсорбированные на поверхности металлов ингибиторы избирательно тормозят катодный или анодный процессы коррозии. В кислых средах адсорбция ингибиторов приводит к преимущественному замедлению катодного процесса восстановления водорода; в нейтральных средах большинство ингибиторов тормозит анодный процесс, вызывая наступление пассивного состояния.

происходит восстановление растворенного в воде кислорода

О2 + 2Н2О + 4ē = 4ОН─ .
Вода у поверхности металла защелачивается, гидрокарбонат превращается в карбонат
Са2+ +2НСО3─ + ОН─ → Н2О + СаСО3 + НСО3─
Пленка СаСО3 отлагается на поверхности стали и затрудняет дальнейшее протекание катодного процесса, что приводит к торможению всего коррозионного процесса.

Классификация ингибиторов:
1) ингибиторы атмосферной коррозии;
2) ингибиторы коррозии для нейтральных и водно-солевых систем;
3) ингибиторы для двухфазных систем (углеводород-вода);
4) ингибиторы кислотной коррозии;
5) ингибиторы коррозии для нефтепродуктов (масел, смазочно-охлаждающих жидкостей, смазок, топлива).

в более отрицательную область относительно потенциала коррозии.
метод протекторов- к

изделию, подвергающемуся коррозии подключают деталь – протектор из еще более активного металла, чем металл изделия. Протектор будет разрушаться, а изделие останется неизменным. Метод изобретен и впервые применен в Англии для защиты обшивки кораблей.

бронзовый подшипник и шейка вала гребного винта корабля создают коррозионную пару, в которой корродирует поверхность стального вала, что может привести к потере винта. Если в непосредственной близости к корпусу прикрепить цинковую пластину, то она будет разрушаться, а не поверхность вала.

сплавы: основа – магний, Al 5-7%, Mn 0,02-0,5%, Zn 2-4%,

а также Ti, Ni, Cu, Si.

шт)
В местах, наиболее подверженных коррозии

отрицательному полюсу динамомашины или выпрямителя и этим тоже ликвидируется коррозионный

процесс. Положительный полюс источника питания замыкается на землю.

Катодную защиту, как правило, совмещают с нанесением защитных покрытий; необходимо учитывать возможность отслаивания покрытия.

грунта возникают участки с различным эле-ктродным потен-циалом, что обуславливает обра-
зование

гальвани-ческих корро-зионных элементов.

стали может образовываться защитная пленка толщиной 1 – 5 мкм.

Определенный цвет возникает при изменении толщины этой пленки, которая преломляя световые лучи создает множество оттенков. При этом цветное покрытие более устойчиво к коррозии.

всевозможные оттенки золотого цвета. Твердость нитрида титана в 10 раз

больше твердости нержавстали.