Лекция 42. Коррозия и защита металлов.

Электрохимические методы составляют основу прикладной электрохимии и широко применяются в различных областях современного производства.

Часто в технике при контакте металла с растворами электролитов наблюдаются коррозионные явления.

Коррозия – процесс самопроизвольного разрушения металлов при их контакте с окружающей средой.

Атмосферная коррозия протекает в тонких пленках электролита, которые возникают на поверхности металлов в результате адсорбции, конденсации или прямого попадания воды и растворенных в ней коррозионно-активных газов и солей. Процесс оказывается типичным электрохимическим процессом. Основу электрохимической коррозии удобно рассматривать на конкретном примере растворения Zn в кислоте. Пусть в начале Zn электрод находится в водном растворе Zn|ZnCl₂ и приобрел равновесный потенциал Е_p = -0,76 В.

При отклонении потенциала в катодную сторону от Е_p > Е на его поверхности выделяется Zn. При отклонении в анодную сторону происходит анодное растворение Zn (Е_p < Е). При Е_p = Е ток прямого процесса равен току обратного процесса и равен току обмена.

«1» относится к Zn как первому металлу.

Поляризующая кривая выделения и ионизации Zn, кривая выделения и ионизации молекулы Н₂ на Zn из раствора ZnCl₂ + НCl имеет вид:

Так как равновесный потенциал Zn более отрицателен, чем обратимый водородный потенциал, то при добавлении кислоты к раствору ZnCl₂ на поверхности Zn происходит разряд иона водорода. Процесс связан с отрывом электронов от металла и смещением потенциала Zn в анодную сторону. При этом скорость выделения Н₂ снижается, а скорость растворения Zn растет. Устанавливается стационарное состояние, при котором . При этом электрод приобретает некоторый промежуточный потенциал Е^S, называемый стационарным потенциалом, а скорость растворения металла при Е^S называется скоростью саморастворения.

Таким образом, процесс растворения Zn в HCl на самом деле является результатом одновременного протекания сопряженных электрохимических реакций:

В отсутствии диффузионных ограничений скорость растворения Zn:

скорость выделения водорода:

При стационарном потенциале:   или 

  - при любом числе сопряженных реакций.

Сумма скоростей всех катодных процессов при стационарном потенциале равна сумме скоростей всех анодных процессов.

Между стационарным и равновесным потенциалами существуют различия:

1)       равновесный потенциал отвечает равенству скоростей окисления и восстановления одного и того же вещества, а стационарный потенциал отвечает равенству суммарных скоростей катодных и анодных растворов для нескольких систем;

2)       при равновесном потенциале состав фаз постоянен, при стационарном он постепенно меняется. Так как скорости процессов зависят от концентраций компонентов, то в принципе стационарный потенциал может меняться во времени, хотя очень медленно;

3)       равновесный потенциал не зависит от состояния поверхности электрода, а стационарный потенциал зависит от всех факторов, которые влияют на скорость электродных процессов, поэтому стационарные потенциалы часто плохо воспроизводятся.

Для определения тока саморастворения поляризационные характеристики удобно представлять в полулогарифмических координатах. Координаты точки пересечения поляризационных кривых соответствующих скоростям –i₁ и i₂ отвечают lgi^S 

Графическое представление поляризационных кривых широко применяют при анализе различных видов коррозии. Защиту от коррозии или снижение скорости коррозионных процессов осуществляют различными методами:

1)      повышение чистоты индивидуального металла;

2)      катодная поляризация металла (катодная и протекторная защита);

3)      ингибиторы коррозии, снижающие скорости анодного, катодного или обоих процессов;

4)      явление пассивности (анодная защита).