Продажа
профессиональных
антикоррозийных
красок
Объекты применения

Общие положения. Термодинамика процессов коррозии

Коррозией металлов называется самопроизвольное их разрушение вследствие химического или электрохимического взаимодействия с окружающей средой. 

Химическая коррозия – это процесс, при котором окисление металла и восстановление окислительного компонента среды протекают в одном акте. Типичный пример: окисление железа кислородом воздуха:

2Fe + O2  → 2FeO

Наиболее распространенным и практически важным видом химической коррозии является газовая коррозия – коррозия металлов в газах при высоких температурах. В настоящем курсе лекций, в котором рассматриваются вопросы противокоррозионной защиты металлических сооружений в морской воде, морской атмосфере и других естественных средах, химическая коррозия рассматриваться не будет, как практически мало существенная в данных условиях.

Электрохимическая коррозия – это разрушение металлов вследствие их электрохимического взаимодействия с электролитически проводящей средой, при котором ионизация атомов металла и восстановление окислительного компонента среды протекает не в одном акте и их скорости зависят от величины электродного потенциала металла. Этот вид коррозии наиболее распространен и является превалирующим для интересующих нас условий эксплуатации металлоконструкций.

Первопричиной коррозии металлов является их термодинамическая неустойчивость в различных средах при данных внешних условиях. Термодинамика определяет возможность или невозможность самопроизвольного протекания коррозионного процесса при определенных условиях.

Скорость коррозионного процесса может быть представлена в общем виде с помощью уравнения:  

Скорость коррозии (СК)= .ДСП / ТП

ДСП - движущая сила процесса
ТП - Торможение процесса
 

ДСП может быть определена с помощью термодинамики. ТП не может быть определено термодинамически, однако с помощью термодинамики можно оценить условия, уменьшающие или исключающие протекание процесса (применение защитных сред, катодная защита, обескислороживание и др.).

Независимо от механизма коррозии возможность ее протекания определяется знаком изменения термодинамического потенциала. Процессы коррозии наиболее часто описывают изменением изобарно-изотермического потенциала – энергии Гиббса. 

Любое изменение энергии системы характеризует переход ее в новое состояние и является мерой стабильности системы:

ΔG = GII -GI ,

 где ΔG – энергия, израсходованная на изменение состояния системы, например, на процесс коррозии; GI  - энергия системы в исходном состоянии, например, металла в конкретных условиях; GII  - энергия системы в новом состоянии, например, прокорродировавшего металла.

Очевидно, что при ΔG = 0 система находится в равновесии; при ΔG < 0 процесс коррозии возможен; при ΔG > 0 процесс коррозии невозможен. 

Процесс электрохимической коррозии включает в себя пять основных этапов. Например, для случая коррозии углеродистой стали в воде или влажном воздухе процесс протекает следующим образом: 

1) ионизация атомов железа с образованием гидратированных ионов в воде и некомпенсированных электронов на анодных участках металла

Fe + mH2O →  Fe+2 m H2 O + 2e- 

2) переход электронов на катодные участки и их ассимиляция деполяризаторами (в нейтральных растворах кислородом) с образованием ионов гидроксила 

O2  + 2H2 O + 4e-   →  4OH-

3) образование в растворе гидрата закиси железа

Fe2+ 2OH-   →  Fe(OH)2

4) доокисление до гидрата окиси железа Fe (ОН)3 и преобразование его в окончательный продукт коррозии Fe2 O3 ∙ mH2

Суммарная реакция коррозии стали будет иметь вид:

4Fe + mH2 O + 3O2   →  2Fe2 O3  ∙ mH2 O.

Коррозия металла представляется как результат работы большого числа коррозионных гальванических элементов, возникающих на отдельных участках поверхности вследствие ее гетерогенности. Электрохимическая гетерогенность поверхности металла, обуславливающая ее дифференциацию на анодные и катодные участки, может быть вызвана различными причинами: макро- и микровключениями примесей, анизотропностью кристаллической решетки, наличием оксидных пленок и других загрязнений, неравномерностью приложения механических нагрузок, наличием пар дифференциальной аэрации и др. 

Скорость и характер коррозионного процесса определяется в конечном итоге величиной стационарного потенциала металла φ , отвечающей установившейся скорости ионизации металла.

 

Усредненные значения стационарных потенциалов металлов в морской воде (по водородному электроду, В*)  можно расположить в ряд: 

Магний           - 1,45
Марганец        - 0,96
Цинк                - 0,80
Алюминий      - 0,54
Железо             -0,40
Кадмий            -0,40
Свинец             -0,30
Олово               -0,20
Медь                 -0,10
Титан                -0
Ниобий             +0,10
Никель              +0,10
Серебро            +0,15
Платина            +0,80

Исходя из теории локальных элементов, ток коррозии в общем виде может определяться по закону Ома:

I = (φk - φa) / (Rнк + Rna + Rом), 

где  , φk - φa - потенциалы катодных и анодных участков;

,  Rнк + Rna- соответственно поляризационное сопротивление на катоде и аноде; 

 Rом- сопротивление электролита. 

Определяющие скорость коррозии соотношения обычно наглядно представляются в виде коррозионных диаграмме, где потенциалы анода и катода представляются в функции силы тока.

 Диаграмма расчета тока коррозии

 

Чаще всего скорость коррозионного процесса определяется следующими факторами: 

  1. медленностью диффузии реагентов к поверхности металла или продуктов реакции в обратном направлении (диффузионный контроль процесса);
  2. медленностью реакции взаимодействия металла с коррозионной средой или ее компонентами, обусловленной энергией активации реакции (кинетический контроль);
  3. медленностью обеих стадий при соизмерении их торможений (диффузионно-кинетический котроль). 

*Здесь и далее величины потенциалов даны по водородному электроду. На практике обычно применяются хлорсеребряные электроды сравнения, имеющие собственный потенциал +240 мВ по отношению к нормальному водородному электроду, реже медносульфатные +310мВ и цинковые – 800мВ.


Рассказать друзьям:  
 
Поставки цинковых покрытий в любые регионы РФ:
Москва, Санкт-Петербург, Астрахань, Нижний Новгород, Воронеж
Создание сайта Unitech
file/image/main_Zn.jpg
1998-2014 “Corrozii.net” 
Российская Федерация, 620062,г.Екатеринбург, пр. Ленина, 101/2
тел.: (343) 268-10-53 

группа в контакте twitter

Антикоррозийная защита и покрытия, цинковые покрытия, холодное цинкование