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 (EoCr/Cr3+ = – 0,74B; EoAl/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.