Процесс коррозии металлов

Лекция 17

Коррозионностойкие
и жаропрочный стали и сплавы. Защитные покрытия

Процесс коррозии металлов

Коррозией называют разрушение материалов под влиянием окружающей среды в результате ее химического или электрохимического воздействия.

В зависимости от свойств окружащей среды и характера ее физико- химического воздействия на материал различают:

1) химическую коррозию, обусловленную воздействием сухих газов, а также жидкостей, не являющихся электролитами (нефть, бензин, фенол);

2) электрохимическую коррозию, обусловленную воздействием жидких электролитов: водных растворов солей, кислот, щелочей, влажного воздуха, грунтовых вод, то есть растворов, содержащих ионы и являющихся проводниками электричества.

Наиболее распространенным видом химической коррозии является газовая коррозия при высоких температурах — процесс взаимодействия с кислородом или активными газовыми средами (галоиды, сернистый газ, сероводород, пары серы, диоксид углерода и т.д.). В результате газовой коррозии разрушаются такие ответственные узлы и детали, как лопатки газовых турбин, сопла реактивных двигателей, арматура печей.

В производственных условиях чаще всего сталкиваются с окислением металлов в кислороде воздуха с образованием соответствующих оксидов, обладающих или необладающих защитными свойствами. Защитными свойствами обладают оксиды, образующие сплошную пленку на поверхности металла. Для обеспечения сплошности пленок необходимо, чтобы объем оксида V_ох был больше объема металла V_ме, из которого он образовался: V_ох / V_ме > 1. Это так называемый критерий Пиллинга-Бэдвордса К_П-Б.

Помимо сплошности оксидные пленки должны обладать высокими ме- ханическими свойствами, хорошо сцепляться с металлом и иметь достаточную толщину, обеспечивающую высокие защитные характеристики. Этим требованиям удовлетворяет пленка оксида хрома Сr₂О₃, что обусловливает высокую коррозионную стойкость сталей и жаростойких сплавов с высоким содержанием хрома.

В случае К_П-Б < 1 образуется прерывистая пленка, не способная эффективно защитить металл от коррозии. Такая пленка характерна для магния (V_ох / V_ме = 0,79), что затрудняет защиту сплавов на его основе от коррозии.

В отличие от химической коррозии, при которой происходит непосредственное взаимодействие атомов металла с окислителем среды, при электрохимической коррозии этот процесс протекает в различных точках поверхности и разделяется на два взаимосвязанных процесса. В одном месте происходит самопроизвольная ионизация атомов металла, находящегося в контакте с электролитом, имеющая, например, для железа вид:

Fe ↔ Fe ²⁺ + 2 e^-

т. е протекает а нодный процесс.

В другом протекает реакция реакция самопроизвольного восстановления окислителя среды (молекул кислорода в водном растворе) электронами, освободившимися при ионизации атомов металла:

O₂ + 2Н₂О + 4 e^- ↔ 4OH^-

т. е катодный процесс. Кислород захватывает электроны и с участием воды переходит в гидративную группу ОН^-, которая диффундирует к границе анодного и катодного участков, где соединяется с ионом металла

Fe²⁺ + 2ОН^- → Fe(OH)₂

с последующим образованием на поверхности детали сложных гидратированных оксидов железа FeO Fe₂O₃ • nН₂О — "ржавчины".

Анодная и катодная электрохимические реакции характеризуются определенными значениями равновесных электродных потенциалов.

Способность к электро-химическому окислению металлов зависит от значения их электродного потенциала. Чем ниже электродный потенциал металла по отношению к стандартному водородному потенциалу, принятому за нулевой уровень, тем легче металл отдает ионы в раствор, тем ниже его коррозионная стойкость.

Особенно сильно электрохимическая коррозия развивается в случае контакта в конструкции разнородных материалов с разными потенциалами (например, коррозия стальных деталей в контакте с медными или магниевых сплавов в контакте со сталью).

Для защиты от коррозии широко применяется явление пассивации. Пассивность — это состояние повышенной коррозионной устойчивости металлов и сплавов, вызванное преимущественным торможением анодных процессов. т. е торможением процесса самопроизвольного перехола металла в раствор в виде гидратированных ионов. Пассивное состояние возникает при образовании на поверхности металлов слоев продуктов реакции, препятствующих диффузии реагентов и тем самым снижающих скорость растворения металла.

Переход от активного состояния к пассивному связан с ростом электродного потенциала.

Сталь, стойкую против атмосферной коррозии, называют нержавеющей. Сталь или сплав, имеющие высокую стойкость при коррозионном воздействии кислот, солей, щелочей и других агрессивных сред, называют кислотостойкими.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: