Електрохемијска корозија и заштита од ње

Корозија се односи на процес спонтаног уништавања површине материјала услед интеракције са околином. Његов узрок је термодинамичка нестабилност хемијских елемената за одређене супстанце. Формално, полимери, дрво, керамика, гума су подложни корозији, али се појам "старење" чешће примјењује на њих. Најозбиљније штете узрокује хрђање метала, за заштиту којих се развијају високе технологије. Али о томе ћемо касније разговарати. Научници се разликују по хемијској и електрокемијској корозији метала.

Хемијска корозија

Обично се јавља када је изложена металној структури сувих гасова, течности или раствора који не проводе електричну струју. Суштина ове врсте корозије је директна интеракција метала са агресивним окружењем. Елементи хемијски кородирају током термичке обраде или као резултат дуготрајног рада на довољно високим температурама. Ово се односи на ножеве. гасне турбине, пећи за топљење арматуре, делови мотора са унутрашњим сагоревањем и тако даље. Као резултат, на површини се формирају одређена једињења: оксиди, нитриди, сулфиди.

Електрохемијска корозија

То је резултат контакта метала са течним медијумом који је способан да проводи електричну струју. Због оксидације, материјал пролази кроз структуралне промене, што доводи до стварања рђе (нерастворљивог производа), или се металне честице преносе у раствор јона.

Електрохемијска корозија: Примери

Подијељен је на:

• Атмосферски, који се јавља када се на површини метала налази филм течности, у којем се гасови који се налазе у атмосфери (на пример, О2, ЦО2, СО2) могу растворити формирањем система електролита.
• Течност која тече у водљивој течној средини.
• Земљиште које тече под утицајем подземних вода.

Разлози

Како обично ниједан метал који се користи за индустријске потребе није савршено чист и садржи инклузије различитих врста, електрохемијска корозија метала настаје услед формирања великог броја кратких спојева локалних галванских ћелија на површини гвожђа.

Њихов изглед може бити повезан не само са присуством различитих (посебно металних) нечистоћа (контактна корозија), већ и са површинском хетерогеношћу, дефектима. цристал латтице механичка оштећења и слично.

Механизам интеракције

Процес електрохемијске корозије зависи од хемијског састава материјала и еколошких особина. Ако је такозвани технички метал прекривен мокрим филмом, онда се у сваком од ових галванских микроелемената, који се формирају на површини, одвијају две независне реакције. Активнија компонента корозивног пара донира електроне (на пример, цинк у пар Зн-Фе) и улази у течни медијум као хидратисани јони (то јест, кородира) следећом реакцијом (анодни процес):

М + нХ ₂ О = М ^{з +} * нХ ₂ О + зе.

Овај део површине је негативни пол локалног елемента у траговима, где се метал електрохемијски раствара.

На мање активном делу површине, који је позитивни пол микроелемента (гвожђе у Зн-Фе пару), електрони су везани због реакције редукције (катодни процес) према схеми:

Ок + зе = Црвена.

Тако, присуство оксидационих агенаса у воденом филму, који је способан да веже електроне, омогућава наставак анодног процеса. Према томе, електрокемијска корозија се може развити само ако се истовремено одвијају и анодни и катодни процеси. Због инхибиције једне од њих, стопа оксидације се смањује.

Процес поларизације

Оба горе наведена процеса узрокују поларизацију одговарајућих полова (електрода) елемента у траговима. Које су карактеристике овде? Уобичајено, електрокемијска корозија метала знатно је успорена због поларизације катоде. Због тога ће бити појачан под утицајем фактора који спречавају ову реакцију и праћен је такозваном деполаризацијом позитивне електроде.

У многим процесима корозије, деполаризација катоде се врши пражњењем јона водоника или редукцијом молекула воде и одговара формулама:

• У киселој средини: 2Х ⁺ + 2е = Х2.
• У алкалијама: 2Х2О + 2е = Х2 + 2ОХ ^- .

Потенцијални опсег

Потенцијал који одговара овим процесима, у зависности од природе агресивног окружења, може варирати од -0,83 до 0 В. За неутрални водени раствор на температурама близу стандардног, он је приближно -0,41 В. Према томе, јони водоника, који се налазе у води и у неутралним воденим системима, могу оксидирати само метале са потенцијалом мањим од -0,41 В (који се налази у низу напона према кадмијуму). С обзиром на чињеницу да су неки од елемената заштићени оксидним филмом, број метала осјетљивих на оксидацију у неутралним медијима водиковим јонима је незнатан.

Ако влажни филм садржи растворени кисеоник ваздуха, онда је, у зависности од природе медијума, у стању да веже електроне дејством деполаризације кисеоника. У овом случају, шема електрокемијске корозије је следећа:

• О2 + 4е + 2Х2О = 4ОХ ^- или
• О2 + 4е + 4Х ⁺ = 2Х2О.

Потенцијали ових електродних реакција на температурама близу стандардног се крећу од 0,4 В (алкални медијум) до 1,23 В (кисели медијум). У неутралним срединама, потенцијал процеса редукције кисеоника под овим условима одговара вредности од 0,8 В. Дакле, растворени кисеоник је способан да оксидује метале са потенцијалом мањим од 0,8 В (који се налази у низу напона сребра).

Мајор Окидантс

Врсте електрокемијске корозије карактеришу оксидациони елементи, од којих су најважнији јони водоника и кисеоник. У исто време, филм који садржи растворени кисеоник је много опаснији у смислу корозије од влаге, где нема кисеоника, и који је у стању да оксидује метале само са водониковим јонима, јер је у другом случају број врста материјала који могу кородирати много мањи.

На пример, у челику и гвожђу, угљеничне нечистоће су присутне углавном у облику гвожђе карбида Фе ₃ Ц. У овом случају, механизам електрокемијске корозије са деполаризацијом водоника за ове метале је следећи:

• (-) Фе - 2е + нХ ₂ О = Фе ²⁺ · нХ ₂ О (може да се формира рђа);
• (+) 2Х ⁺ + 2е = Х2 (у закисељеном медију);
• (+) 2Х2О + 2е = Х2 + 2ОХ ^- (у неутралном и алкалном окружењу).

Механизам корозије гвожђа, који садржи нечистоће бакра, у случају деполаризације кисеоника катоде описан је једнаџбама:

• (-) Фе-2е + нХ2О = Фе2 ⁺ · нХ2О;
• (+) 0.5О2 + Х20 + 2е = 2ОХ ^- (у закисељеном медију);
• (+) 0.5О2 + 2Х ⁺ + 2е = Х ₂ О (у неутралном и алкалном медијуму).

Електрокемијска корозија се одвија различитим брзинама. Овај индикатор зависи од:

• разлике потенцијала између полова елемената за трагове галванизације;
• састав и својства медија електролита (пХ, присуство инхибитора корозије и стимуланса);
• концентрација (брзина протока) оксидационог агенса;
• температуре

Методе заштите

Електрохемијска заштита метала од корозије се постиже на следеће начине:

• Креирање антикорозивних легура (легирање).
• Повећајте чистоћу појединачног метала.
• Наношењем на површину различитих заштитних премаза.

Ови премази су:

• Неметални (боје, лакови, мазива емајл).
• Металне (анодне и катодне превлаке).
• Формира се специјалном површинском обрадом (пасивирање жељеза у концентрираној сумпорној киселини или азотна киселина; гвожђе, никал, кобалт, магнезијум у алкалним растворима; формирање оксидног филма, на пример, на алуминијуму).

Металлиц Схеетинг

Најинтересантнија и најперспективнија је електрокемијска заштита од корозије другог типа метала. По природи заштитног ефекта, метализирани премази се деле на анодне и катодне. Хајде да се детаљније позабавимо овом тачком.

Анодни премаз је премаз формиран активнијим (мање племенитим) металом од оног који је заштићен. Односно, заштита се врши елементом који је у опсегу напона основног материјала (на пример, цинковом или кадмијумском премазу од гвожђа). У случају локалног разарања заштитног слоја, мање племенити метални премаз ће кородирати. У зони огреботина и пукотина формира се локална галванска ћелија, чија је катода метал који треба ограђивати, а анода је облога која се оксидира. Интегритет таквог заштитног филма није важан. Међутим, што је дебљи, то ће се спорије електрокемијска корозија развити, корисни ефекат ће трајати дуже.

Катодна се назива облагање металом високог потенцијала, који, у низу напрезања, стоји иза заштићеног материјала (на пример, прскање нисколегираних челика са бакром, коситром, никлом, сребром). Премаз мора бити непрекидан, јер када је оштећен, формирају се локалне галванске ћелије у којима је основни метал анода, а заштитни слој је катода.

Како заштитити метал од оксидације

Електрохемијска заштита од корозије је подељена на два типа: газећи слој и катоду. Степен сличан анодном премазу. Већа плоча активније легуре је причвршћена на материјал који се штити. Формирана је галванска ћелија, основни метал у којем служи као катода, а заштитник је анода (кородира). Обично се за ову врсту заштите користе легуре на бази цинка, алуминијума или магнезијума. Заштитник се постепено раствара, па га треба периодично замијенити.

Многи проблеми у сектору комуналних услуга иу индустрији као цјелини узроковани су електрокемијском корозијом цјевовода. У борби против њега, најпогоднија је метода поларизације катоде. За то је метална конструкција, која је заштићена од деструктивних оксидационих процеса, повезана са негативним полом неког екстерног извора једносмерне струје (тада постаје катода, то повећава брзину еволуције водоника, а брзина корозије се смањује), а метал мале вредности је прикључен на позитивни пол. .

Методе електрокемијске заштите су ефикасне у водљивом медију (морска вода је најбољи пример). Стога се штитници често користе за заштиту подводних дијелова бродова.

Агресивно руковање

Овај метод је ефикасан када се електрокемијска корозија гвожђа одвија у малој количини проводног флуида. Да се ​​носи са деструктивним процесима у овом случају на два начина:

• Уклањање кисеоника из течности (одзрачивање) као резултат чишћења инертним гасом.
• Увођење инхибитора у животну средину - такозвани инхибитори корозије. На пример, ако се површина уништи оксидацијом са кисеоником, додајте органска материја молекула који садрже одређене аминокиселине (имино, тио - и друге групе). Добро се адсорбују на површини метала и значајно смањују брзину електрокемијских реакција које доводе до уништења површинског контактног слоја.

Закључак

Наравно, хемијска и електрокемијска корозија узрокује значајне штете како у индустрији тако иу свакодневном животу. Ако метал није кородирао, животни вијек многих предмета, дијелова, склопова, механизама би се значајно повећао. Сада научници активно развијају алтернативне материјале који могу да замене метал, а не инфериорни у перформансама, али је вероватно немогуће потпуно напустити његову употребу у кратком року. У том случају напредне методе заштите металних површина од корозије долазе до изражаја.