Коррозия металлов

Коррозия металлов

Коррозия металлов - (от латинского corrodere - грызть) процессы, происходящие в результате химического воздействия окружающей среды, в результате которых происходит их разрушение. 
От этого процесса отличается другой процесс - эррозия металлов, представляющий собой разрушение их поверхности под механимеским воздействием среды. 
Коррозия металлов означает разъедание, - начинается также на их поверхности. Происходит химическое взаимодействие с окружающей средой. Это процесс является самопроизвольным, а также является следствием окислительно-восстановительных реакций с компонентами окружающей среды.  
В результате разрушения металла образуются продукты его окисления, а именно: оксиды, гидроксиды, иногда просто происходит егорастворение в среде до ионного состояния. Такое превращение сопровождается существенным изменением свойств. 
Известны различные виды коррозии металлов. Одним из основных её видов яляется химическая, которую иногда ещё называют газовой, так как иногда она происходит под воздействием газообразных компонентов из окружающей среды при высоких температурах. Химическая коррозия может происходить и под воздейстивем некоторых агрессивных жидкостей. Основным этого процесса является то, что она происходит без возникновения в ситеме электрического тока. Ей подвергаются детали и узлы машин, работающих в атмосфере кислорода при высоких тьемпературах, например турбинные двигатели, ракетные двигатели и некоторые другие, а также подвергаются детали узлы оборудования химического производства. 
Другим распространённым видом разрушения металлояв вляется электрохимическая коррозия - поверхностное разрушение в среде электролита с возникновением в системе электрического тока. Электрохимическая коррозия - разрушение в атмосфере, на почве, водоёмах, грунтах.  
Характер разрушения поверхности металла может быть различным и зависит от свойств этого металла и условиях протекакния процесса. Теперь остановимся подробнее на электрохимической коррозии

Электрохимическая коррозия

- наиболее распространённый видом разрушения металлов. Примером электрохимической коррозии является, например, разрушение деталей машин, приборов и различных металлических конструкций в почвенных, грунтовых, речных и морских водах, в атмосфере, под пленками влаги, в технических растворах, под действием смазочно-охлаждающих жидкостей и т.д. Как уже было отмечено, электрохимическая коррозия протекает на поверхности металлов под действием электрических токов, то есть происходят окислительно-восстановительные химические реакции, характеризующиеся отдачей электронов и их переносом, так как образуются катодные и анадные участки. Электрохимическая коррозия протекает интенсивнее, если в катод вкраплён металл, менее активный, чем корродирующий. Например, если корродирует сталь (а сталь - это сплав железа и углерода в котором частично образуется карбид железа) роль таких участков играет карбид железа (FeC).

Атмосферная коррозия 
- протекает во влажном воздухе при обычной температуре. Поверхность металла покрывается плёнкой влаги, содержащей растворённый кислород. Интенсивность разрушения металла возрастает с ростом влажности воздуха, а также содержанием в нём газообразных оксидов углерода, серы, при наличиив металле шероховатостей, трещин облегчающих конденсацию влаги.

Почвенная коррозия 
- её подвержены трубопроводы, кабели, подземные сооружения. В этом случае металлы соприкасаются с влагой почвы, содержащей растворённый кислород. Во влажной почве, с повышенной кислотностью трубопроводы разрушаются в течение полугода после их укладки (конечно, если не принять меры по их защите).

Электрическая коррозия 
- происходит под дейстивем блуждающих токов, возникающих от посторонних источников (линии электропередач,электрические железные дороги, различные электроустановки, работающие на постоянном электрическом токе). Блуждающие токи вызывают разрушение газопроводов, нефтепроводов,электрокабелей, различных сооружений. Под действием электрического тока на находящихся на земле металлических предметах появляются участки входа и выхода электронов - катоды и анады. На анодных участках наблюдается наиболее интенсивное разрушение.

Защита от коррозии

Коррозии подвергается почти 1/3 вводимого в эксплуатацию металла. Часть его переплавляется и снгова возвращается в промышленность. Но всё-таки 10% от общей массы - теряется безвозвратно. 
Разрушение отдельных металлических деталей из металла может привлечь за собой разрушение целых маши и механизмов, создаваться аварийные ситуации. 
Радикальным методом защиты от коррозии является поиск коррозионно-стойких материалов для агрессивной среды. Полностью заменить металлы на неметаллические предметы - невозможно. 
Защита от коррозии: изоляция металлов от агрессивной среды. Защитить металл от разрушения можно путём создания на его поверхности защитной плёнки - покрытия.Пути создания защитных плёнок различны. Например, корродирующий металл покрывают слоем другого металла, который не разрушается при тех же условиях. В качестве покрыий используются неметаллические покрытия, органические материалы - плёнки высокополимерных веществ, лаки, олифа, а также композиции из высокополимерных и неорганических красящих веществ. 
Особое значение имеют плёнки из оксидов металлов, получаемые при действии кислорода или подходящих окислителей (азотная кислота HNO₃, дихромат калия K₂Cr₂O₇ и др.) на поверхность металлов. Часто такие оксидныеи плёнкки образуются на поверхности металлов даже просто при соприкосновении с воздухом, что делает химически-активные металлы (алюминий, циннк) коррозионностойкими. 
Подобную роль играют защитные нитридные покрытия, образующиеся при действии азота или аммиака на поверхность некоторых металлов. Искусственное оксидирование, азотирование, фосфатирование - хорошая защита металлов от коррозии.

Электрохимическая защита от коррозии

Электрохимическая защита металлов основана на изменении потенциала защищаемого металла и не связана с изоляцией металла от коррозионной среды. К ней относится катодная защита. Её называют также анодная защита. 
Катодная защита - заключается в том, что защищаемая конструкция "А", находящаяся в среде электролита (например, в почвенной воде), присоединяется к катоду (отрицательно заряженный электрод) источника эжлектричества. Защищаемая конструкция становится катодом. В ту же агрессивную среду помещают кусок старого металла (рельс или балка), присоединяемый к аноду внешего источника электричества. В процессе коррозии этот кусок старого металла становится анодом и разрушается.

Протекторная  защита - отличается от катодной защиты тем, что для её осуществления используется специальный анод - протектор, в качестве которого применяют металл более активный, чем металл защищаемой конструкции (алюминий, цинк). Протектор соединяют с защищаемой конструкцией прододником электрического тока. В процессе коррозии протектор служит анодом (положительно заряженный электрод) и разрушается, тем самым предохраняя от разрушения нашу охраняемую конструкцию. 
Рассмотрим коррозионный процесс повреждения металлических защитных покрытий. 
1. Если металл покрыт менее активным металлом. Например, олово (Sn) хорошо покрывает железо (Fe) и достаточно стойко против действия разбавленных кислот. В случае повреждения такого покрытия возникает гальваническая пара, в которой электроны переходят от железа к олову, то есть анод - железо (оно растворяется и разрушается), а катод - олово (остаётся без изменений). 
2. Если металл покрытия более активный, чем защищаемый металл. Например, покрытия железа (Fe) цинком (Zn). При механическом повреждении цинкового покрытия возникает гальвангическая пара, в которой железо служит катодом (не растворяется), а цинк - анодом. В этом случае железо не будет разрушаться до тех пор, пока не разрушится весь цинк. 
Из этих случаев можно сделать вывод, что белее надёжное защитное покрытие то, что из металла более активного, чем защищаемый металл.

Защита от коррозии. Ингибиторы коррозии

Для замедления коррозии металлических  изделий в агрессинвную среду добавляют вещества (чаще всего органические), называемые ингибиторами (замедлители окисления металла). Таким методом успешно пользуются, когда надо защитить металл от его разъедания кислотой. ингибиторы широко применяются при очистке паровых котлов от накипи, для снятия окалины с отработанных деталей, а также при хранении и перевозке соляной кислоты в стальной таре. 
В качестве органических ингибиторов применяют тиомочевину (химическое название - сульфид-диамид углерода C(NH₂)₂S ), диэтиламин, уротропин (CH₂)₆N₄) и другие производные аминов. 
В качестве неорганических ингибиторов применяют силикаты (соединения металла с кремнием Si), нитриты (соединения с азотом N), дихроматы щелочных металлов и т.д. 
Иногда путём удаления из воды кислорода можно добится также снижение коррозионных свойств воды. А делают это путём фильтрования воды через слой железной стружки!