Коррозия с водородной деполяризацией

При коррозии с водородной деполяризацией катодная реакция корро­зионного процесса описывается следующими реакциями:

Н₃О⁺ + е → Н_адс + Н₂О →½ Н₂ + Н₂О кислая среда;

H₂O + е → Н_адс + 20Н^– → ½ Н₂ + 2 ОН^– нейтральная и щелочная среда.

Для того чтобы коррозия с водородной деполяризацией была возможна, необходимо, чтобы было выполнено термодинамическое условие электрохимической коррозии:

.(4.1)

Равновесный потенциал металла ( ) можно определить по уравнению

Е , (4.2)

где Е – стандартный потенциал водородного электрода;

а – активность водородных ионов;

Р – парциальное давление водорода в коррозионной среде.

При Р = 1, учитывая, что = 0, уравнение значительно упрощается:

(4.3)

Соотношение (4.1) выполняется для отрицательных металлов, включая железо, в электролитах с любым рН. Для более положительных в сравнении с железом металлов, стоящих в ряду активности левее водорода, оно выполняется только в кислых средах. Металлы, стоящие в ряду активности правее водорода, ни в каких средах не корродируют по коррозии с водородной деполяризацией. Для производственной практики это коррозия металлов в кислых грунтах, кислых сточных водах, коррозия оборудования на производствах, связанных с применением кислот (травильные участки заводов ОЦМ, гальванические цеха) и т.д.

Как уже отмечалось выше, при электрохимической коррозии на поверхности металла протекает две сопряженные реакции: анодный процесс ионизации металла и катодный процесс восстановления окислителя (ей). В целом скорость коррозии будет зависеть от скорости каждой из этих реакций. Однако, если коррозия идет с образованием растворимых соединений металла, то анодная реакция в этом случае часто протекает быстро с малой поляризацией и скорость коррозии определяется, в основном, замедленностью катодной реакции. Рассмотрим, от каких факторов в этом случае будет зависеть скорость коррозии.

Катодный процесс коррозии с водородной деполяризацией состоит из следующих стадий:

1. Диффузия гидратированных ионов водорода или молекул воды к поверхности корродирующего металла.

2. Разряд водородных ионов или молекул воды:

Н₃О⁺+е →Н_адс+Н₂О

Н₂О+е → Н_адс+ОН^–

3. Растворение и диффузия части атомов водорода в металле.

4. Молизация водородных атомов путем рекомбинации:

Н_адс + Н_адс→ Н₂

или электрохимической десорбции:

Н_адс + Н₃О⁺+е→ Н₂+ Н₂О

Н_адс+ Н₂О+е → Н₂+ ОН^–

5. Диффузия и перенос конвекцией водорода от катодных участков вглубь, а затем его диффузия в воздух.

6. Образование и отрыв пузырьков от поверхности металла:

Н₂+ Н₂+ Н₂+ → nН₂

Первая стадия – диффузия деполяризатора к поверхности металла при выделении водорода является быстрой в связи с большой подвижностью водородных ионов и высокой концентрацией молекул воды в двойном электрическом слое. В реальных условиях коррозии наиболее часто замедленными стадиями являются: разряд, электрохимическая десорбция и отвод пузырьков в газовую фазу. Возможность замедленной стадии рекомбинации при рассмотрении коррозионных процессов можно не учитывать, так как рекомбинационная теория водородного перенапряжения справедлива, в основном, для благородных металлов (Pt,Pd,Ro), термодинамически не способных к коррозии с водородной деполяризацией. В величину перенапряжения всегда вносит свой вклад стадия 5.

Кинетические зависимости при замедленности стадий разряда и электрохимической десорбции сходны между собой. Рассмотрим влияние различных факторов на коррозию в случае замедленной стадии разряда.