ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ

Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.

Отёска стен и прирубка косяков - Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу.

Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) - В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.

Корозія сталі у вологому повітрі

12 3

КОРОЗІЯ МЕТАЛІВ

Розглянуто питання хімічної та електрохімічної корозії: види корозій; фактори, що впливають на швидкість корозії; методи захисту металів від корозії.

Руйнування металів під впливом хімічної та електрохімічної дії навколишнього середовища називається корозією (від лат. corrosio – роз’їдання). Унаслідок корозії метал переходить в окиснений стан і витрачає характерні для нього механічні властивості. Корозія – це хімічний окисно-відновний процес. Залежно від механізму процесу корозію поділяють на хімічну та електрохімічну.

Хімічна корозія

Хімічна корозія – це процес руйнування металів у агресивних середовищах за рахунок хімічної взаємодії з навколишнім середовищем.

Наприклад, завдяки дії водяної пари на залізо при високих температурах відбувається його хімічна корозія. Схематично це виглядає так:

3Fe + 4H₂O = 4H₂ + Fe₃O₄;

–2ē

2Fe × Fe + 4 H₂O = 4H₂ + Fe₂O₃ × FeO.

–2 × 3ē

Хімічну корозію буває газова і рідинна. Газова корозія – процес окиснення металів сухими газами (SO₂, Cl₂, N_хO_у, O₂, N₂, CO₂ та ін.) Наприклад, цинк – киснем, літій – азотом та залізо вуглекислим газом:

–4ē

2Zn + O₂ 2ZnO;

- 6ē

6Li + N₂ 2Li₃N;

-2ē

Fe + CO₂ + H₂O FeCO₃ + H₂.

Особливо швидко розвивається корозія під дією таких газів, як флуор та хлор:

- 6ē

2Fe + 3Cl₂ 2FeCl₃.

Плівки деяких оксидів та інших сполук, що утворюються при корозії, захищають метал (Al, Ti, Be) від подальшого руйнування.

Рідинна корозія– руйнування металу в розчинах неелектролітів,
наприклад, корозія свинцю в бензині, цинку в хлороформі та ін.

Електрохімічна корозія

Електрохімічна корозія виникає в середовищах, що мають іонну провідність: вологі газ, повітря, ґрунт та розчини електролітів.

Усі метали, що застосовуються в техніці, мають домішки інших металів. Це означає, що на поверхні металу є ділянки, де стикаються кристали двох різних металів (Ме₁, Ме₂). При цьому утворюються мікрогальванічні елементи, які називаються корозійними:

Me₁ /середовище/ Me₂; ( < ).

Метал, потенціал якого нижчий є анодом. Він окиснюється, тобто відбувається його розчинення (корозія) за схемою:

A(–) Me₁ – nē = .

На катоді корозійного елемента відбувається процес відновлення окисника, який називається деполяризацією.

Розглянемо процес електрохімічної корозії, що виникає у кислому середовищі при контакті заліза та міді (рис. 33).

Рис. 33. Корозійний елемент

Cхема корозійного елемента має вигляд:

A(–) Fe | HCl | Cu K (+).

Ферум, як більш активний метал в є анодом, тому на ньому відбувається корозія за схемою:

A(–) Fe – 2ē = Fe²⁺.

Ферум посилає електрони Купруму. Анод (Fe) заряджається позитивно, катод (Cu) – негативно, відбувається поляризація корозійного елемента. Якщо не буде ніяких частинок, що поглинають електрони, то негативний заряд, який накопичується на міді, заважатиме подальшому переходу електронів і корозійний елемент перестане діяти. Але якщо в середовищі є частинки, здатні поглинати електрони, корозійний елемент продовжує працювати, відбувається його деполяризація. Катіони H⁺ підходять до негативно зарядженого катода і відновлюються, відбувається процес водневої деполяризації за схемою:

K(+) 2H⁺ + 2ē = H₂.

У реальних умовах деполяризація може бути воднева, киснева або окисна.

Киснева деполяризація протікає за схемою:

K(+) O₂ + 4ē + 2Н₂O = 4OH^¯.

Воднева деполяризація проходить в кислому середовищі, а киснева – в нейтральному та лужному. Таким чином, при електрохімічній корозії анодний процес є корозією більш активного металу, а катодний – це деполяризація.

Корозія сталі у вологому повітрі

У сталі вуглець знаходиться або в елементарному вигляді, або у вигляді карбіду Fe₃C (цементит).

На поверхні сталі спостерігається велика кількість точок (місцин), у яких залізо знаходиться в контакті з кристалами цементиту. У кожній такій точці виникає мікрогальванічний елемент, схема якого така:

A(–) Fe ï H₂O, O₂ ï Fe₃C K(+);

A(–) Fe⁰ – 2ē = Fe²⁺ 2 – корозія,

K(+) O₂ + 4ē + 2H₂O = 4OH^¯ 1 – киснева деполяризація;

2Fe + O₂ + 2H₂O = 2Fe²⁺ + 4OH^¯;

2Fe + O₂ + 2H₂O = 2Fe(OH)₂.

На повітрі відбувається подальше окиснення Fe²⁺ до Fe³⁺:

4Fe(OH)₂ + O₂ + 2H₂O = 4Fe(OH)₃.

Продукт корозії сталі – іржа, вона являє собою суміш гідроксидів:

mFeO × nFe ₂O₃ × pH₂O,

де m, n, p – коефіцієнти, які варіюють у широких межах залежно від умов корозії.

Види корозії

Згідно з характером навколишнього середовища розрізняють три види корозії: атмосферну, ґрунтову і корозію в розчинах електролітів.

Атмосферна – це корозія у вологому повітрі або вологих газах. На поверхні металу за рахунок адсорбції водяної пари утворюється плівка вологи. Інтенсивність корозії залежить від товщини цієї плівки і наявності у повітрі таких речовин, як CO₂, SO₂, H₂S та ін.

Ґрунтова – це корозія металевих конструкцій, що знаходяться в ґрунті. Ця корозія залежить від структури ґрунту, яка обумовлює інтенсивність надходження О₂ до металу. Крім того, при ґрунтовій корозії потрібно враховувати вплив мікроорганізмів (деякі з них спричиняють корозію дуже інтенсивно).

До корозії в розчинах електролітів належить корозія в прісній та морській воді. Поряд із загальними факторами впливу на корозію велике значення має повнота і періодичність занурення металевих конструкцій в розчини електролітів.

За характером руйнування розрізняють такі типи корозійного ушкодження металів, рис. 34: а – рівномірне, б – точкове, в – плямисте, г – пітинг, д – міжкристалічне, е – розтріскувальне; ж – селективне.

Рис. 34. Типи корозійного ушкодження металів

При рівномірній, корозії точками або плямами (ри. 34, а, б, в) руйнування металу йде на поверхні, при цьому механічні властивості металевих конструкцій суттєво не порушуються.

Чотири останніх типи корозії (рис. 34, г, д, е, ж) небезпечні – внаслідок порушення механічних характеристик (міцності, гнучкості і т.п.), оскільки корозія йде в усьому об’ємі металу.

12 3