что такое окисление металла

Окисление металлов

Смотреть что такое «Окисление металлов» в других словарях:

окисление металлов — Процесс взаимодействия твердого или жидкого металла (сплава) с кислородом, сопровождаемый образованием оксидов. В более широком смысле окисление металлов — реакции, в которых атомы теряют электроны и образуют соединения, например, хлориды,… … Справочник технического переводчика

Окисление металлов — [oxydation of metals] процесс взаимодействия твердого или жидкого металла (сплава) с кислородом, сопровождающий образование оксидов. В более широком смысле окисление металлов реакции, в которых атомы теряют электроны и образуются соединения,… … Энциклопедический словарь по металлургии

ОКИСЛЕНИЕ МЕТАЛЛОВ — [oxydation of metals] процесс взаимодействия твердого или жидкого металла (сплава) с кислородом, сопровождаемый образованием оксидов. В более широком смысле окисление металлов реакции, в которых атомы теряют электроны и образуют соединения,… … Металлургический словарь

окисление металлов — ▲ окисление ↑ металл ↓ патина. патинировать. позеленеть. окалина. | оксидирование … Идеографический словарь русского языка

Окисление-восстановление — окислительно восстановительные реакции, химические реакции, сопровождающиеся изменением окислительных чисел (См. Окислительное число) атомов. Первоначально (со времени введения в химию кислородной теории горения А. Лавуазье, конец 18 в.)… … Большая советская энциклопедия

МЕТАЛЛОВ ОКИСЛЕНИЕ — подразделяется на химическое и электрохимическое. Для хим. окисления используют обычно газообразные реагенты, для электрохим. водные р ры. М. о. газообразными реагентами протекает при газовой коррозии, получении оксидов или галогенидов металлов… … Химическая энциклопедия

окисление-восстановление — [redox] химические реакции, сопровождаемые изменением окислительных чисел атомов. Согласно кислородной теории горения А. Лавуазье (кон. XVIII в.) окисление называл только реакции соединения с кислородом, восстановлением отнятие кислорода. С… … Энциклопедический словарь по металлургии

окисление-восстановление — Химические реакции, сопровождающиеся изменением окислительных чисел атомов. Согласно кислородной теории горения А. Лавуазье (кон. XVIII в.) окислением называются только реакции соединения с кислородом, восстановлением — отнятие кислорода. С … Справочник технического переводчика

Окисление — – процесс образования окислов металлов. [Блюм Э. Э. Словарь основных металловедческих терминов. Екатеринбург, 2002 г.] Рубрика термина: Общие термины Рубрики энциклопедии: Абразивное оборудование, Абразивы, Автодороги … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

Источник

ОКИСЛЕНИЕ МЕТАЛЛОВ

Смотреть что такое ОКИСЛЕНИЕ МЕТАЛЛОВ в других словарях:

ОКИСЛЕНИЕ МЕТАЛЛОВ

реакция соединения металла с кислородом, сопровождающаяся образованием окислов (оксидов). В более широком смысле О. м. — реакции, в которых ато. смотреть

ОКИСЛЕНИЕ МЕТАЛЛОВ

[oxydation of metals] — процесс взаимодействия твердого или жидкого металла (сплава) с кислородом, сопровождающий образование оксидов. В более широком смысле окисление металлов — реакции, в которых атомы теряют электроны и образуются соединения, например, хлориды, Изделия из металлов и сплавов под воздействием окружающей среды подвергаются постепенному окислению — коррозии.При производстве металлургической продукции окисление металлов приводит к образованию на ней окалины, потери ценных легирующих элементов и железа. Окисление жидкого металла происходит в процессе плавки в открытых печах самопроизвольно вследствие контакта металла с воздухом и окислительнным шлаком. Направление процессов окисления металлов определяется как термодинамическое — изменением свободной энергии при реакции, так и кинетическим фактором — скоростью протекания реакции, которая в значительной степени зависит от природы продуктов окисления и характера их взаимодействия с металлом. Плавка металла в вакуумных печах — радикальный метод защиты его от окисления.
В ряде случаев проводят преднамеренное окисление металлоизделий в защитных или декоративных целях (Смотри Оксидирование).

Смотри также:
— окисление-восстановление
— вторичное окисление
— анодное окисление
— внутреннее окисление
— избирательное окисление
. смотреть

ОКИСЛЕНИЕ МЕТАЛЛОВ

▲ окисление ↑ металл ↓ патина. патинировать.позеленеть.окалина. | оксидирование.

Источник

«Рыжая чума», или что мы знаем о ржавчине и коррозии

Пожалуй, каждый автомобилист согласится с тем, что именно ржавчина – одна из самых неприятных проблем, способных омрачить настроение любого автовладельца. Казалось бы, ещё вчера машина радовала взгляд безупречным глянцем лакокрасочного покрытия и вдруг – по кузову полезли «жуки», появились рыжие пятна. На первых порах ничего, кроме эстетического неудовольствия автовладельца, ржавчина под собой не подразумевает. Да и сквозные дыры в крыльях или дверях автомобиля, возникающие в запущенных случаях, неприятны, но, практически неопасны. А вот когда процесс глубоко поразил детали силового каркаса кузова или подвеску машины, последствия могут быть весьма печальными. «Страшилки» про сложившиеся при ДТП «домиком» кузова старых автомобилей – как раз из этой «оперы».

Да что там машины! Ржавчина является одной из главных причин аварий таких титанических железных конструкций, как мосты. Так, 28 июня 1983 года в США произошла катастрофа с мостом через реку Мианус (Mianus). В результате падения в воду с высоты 21 метра двух автомобилей и двух тракторных прицепов погибли 3 человека и ещё 3 были серьёзно травмированы.

Согласно заключению комиссии Национального совета по безопасности на транспорте, разрушение было вызвано механической поломкой наружного кронштейна, удерживающего пролёт моста, и его обоих штифтов («пальцев»). Ржавчина образовалась в подшипнике «пальца» кронштейна. Ее объем всегда превышает объем исходной металлической детали, что приводит к неравномерному сопряжению друг с другом деталей конструкции. В случае с данным мостом, масса ржавчины отодвинула внутренний кронштейн от конца штифта, скрепляющего между собой наружный и внутренний кронштейны. (При этом возникло усилие, превышающее допустимые проектом пределы для зажимов, удерживающих эти «пальцы»!) В результате вся масса пролета переместилась на внешний кронштейн. Такая непредвиденная нагрузка на него вызвала усталостную трещину в «пальце». Когда два тяжелых грузовика въехали в данную секцию моста, штифты окончательно разрушились, и пролет упал в реку…

И этот случай неединичный – 15 декабря 1967 года неожиданно рухнул в реку Огайо (Ohio) «Серебряный мост» («Silver Bridge»), соединяющий штат Западная Вирджиния (West Virginia) и штат Огайо. В момент крушения вместе с мостом в реку более чем со 100-метровой высоты упал 31 автомобиль. В результате катастрофы 46 человек погибли, и 9 получили серьёзные ранения. Кроме того, был разрушен основной путь для транспортного сообщения между Западной Вирджинией и Огайо. Обрушение произошло из-за дефекта, возникшего в проушине № 330 одного из звеньев стержневой подвески моста. Небольшая по глубине трещина образовалась из-за фреттинг-коррозии в подшипнике. В дальнейшем она увеличилась из-за внутренней коррозии, проблемы, известной инженерам, как коррозионное растрескивание под напряжением…

Вообще, процесс коррозии и образования ржавчины сопровождает нас с незапамятных времён. Одновременно с открытием железа и началом железного века человечество столкнулось и с возникновением ржавчины на создаваемых им орудиях труда и предметах быта.

Что такое ржавчина?

Что же такое ржавчина? В обычной жизни этим словом обозначают красные оксиды железа, образующимся в ходе его реакции с кислородом в присутствии воды или влажного воздуха. При наличии кислорода, воды и неограниченного времени любое количество железа, в конце концов, полностью разрушается, превратившись в ржавчину. Физически она представляет собой рыхлый порошок светло-коричневого цвета.

Процесс превращения железа в ржавчину называется коррозией – самопроизвольным разрушением металлов и их сплавов в результате химического, электрохимического или физико-химического взаимодействия с окружающей средой. Разрушение металлов и сплавов по физическим причинам не является коррозией, а характеризуется терминами «истирание» и «износ».

С точки зрения химии коррозия металлов чаще представляет собой процесс их окисления и превращения в оксиды. Ржавление железа – также химическая коррозия. В виде упрощенных уравнений она может быть описана так:

4Fe + 3O2 + 2H2O = 2Fe2O3⋅H2O или 4Fe + 3O2 + 6H2O = 4Fe(OH)3

Т.о. ржавчина состоит из гидратированного оксида железа (III) Fe2O3⋅H2O, гидроксида железа (III) Fe(OH)3 и метагидроксида железа FeO(OH).

Интересно, что ржавчиной, как правило, называют продукты коррозии железа и его сплавов, (например, стали), хотя на самом деле целый ряд металлов также подвергается коррозии.

Однако, многие металлы (Cu, Ti, Zn, Cr, Al и др.) при коррозии покрываются плотной, хорошо скрепленной с ними оксидной пленкой (слой пассивации). Он не позволяет кислороду воздуха и воде проникнуть в более глубокие слои металла и потому предохраняет его от дальнейшего окисления (коррозии).

Взять, к примеру, алюминий – в химическом отношении это очень активный металл, хорошо реагирующий с водой с бурным выделением газа водорода:

2Al + 3H2O = Al2O3+ 3H2 ↑

Но, по причине той же высокой активности, чистый алюминий также хорошо реагирует и с кислородом воздуха. В результате этого взаимодействия поверхность металла покрывается прочной плотной плёнкой оксида Al2O3. Оксидная плёнка защищает алюминий от дальнейшего взаимодействия с водой и кислородом. Именно по этой причине нагреваемая в алюминиевой кастрюльке вода хоть и кипит, но не вступает в реакцию с металлом. (Потому такая посуда может служить длительное время.)

Как ни странно, химически чистое железо относительно устойчиво к воздействию чистой воды и сухого кислорода. Как и у алюминия, плотно скреплённое с поверхностью металла оксидное покрытие защищает основную массу железа от дальнейшего окисления.

Однако, надо отметить, что химически чистое железо в своей деятельности человечество практически не применяет. На практике наша цивилизация использует сталь и чугун – сплавы железа с углеродом (и другими химическими элементами), содержащие не менее 45% железа.

В реальной жизни в воздухе наших городов содержатся оксиды серы, азота, углерода и ряд других; а в воде – растворённые газы и соли. Поэтому процесс коррозии металлов и его продукты зачастую выглядят не так просто, как в учебнике химии за 9 класс. Так, бронзовые статуи, корродируя, покрываются слоем хорошо знакомой нам зелёной патины, представляющей собой с точки зрения химии не гидроксид, а основной сульфат меди (II) (CuOH)2SO4.

В отличие от оксида алюминия и появляющейся на бронзовой (медной) поверхности патины, ржавчина, образующаяся на сплавах железа, не создаёт никакой защиты для нижележащего металла.

Усугубляет ситуацию с коррозией железа содержание неметаллических примесей в его сплавах. Например, наличие серы в сплаве лишь способствует развитию ржавчины. Обычно она присутствует, как сульфид FeS, но может быть и в виде других химических соединений. В процессе коррозии сульфид железа разлагается с выделением газа сероводорода (H2S), который сам по себе является хорошим катализатором дальнейшей коррозии железа:

FeS + 2HCl = H2S ↑+ FeCl2

Нас удивляет хорошая сохранность (а значит, устойчивость к коррозии) ряда железных предметов, дошедших из глубины веков до наших дней. Одна из причин этого – низкое содержание в них серы. В сплавы железа сера обычно попадает из каменноугольного кокса при выплавке железа из руды в доменной печи. А вот в древние времена для производства этого металла использовался не каменный, а, практически не содержащий серы, древесный уголь…

По выраженности поражения различают сплошную и местную коррозию металлов. Как ни странно, но сплошная коррозия не представляет большой опасности для металлических конструкций и агрегатов. Считается, что она предсказуема, а ее последствия могут быть относительно легко смоделированы. Поэтому при проектировании металлоконструкций, эксплуатирующихся в водной среде или под открытым небом, в соответствии с технически обоснованными нормами, учитываются и будущие потери металла на коррозию.

А вот местная коррозия гораздо опаснее, несмотря на то, что потери металла из-за неё могут быть вполне небольшими. Один из самых опасных видов местной коррозии – точечная. Ведь снижая прочность на отдельных участках, она значительно уменьшает общую надёжность конструкций, сооружений и агрегатов. Суть её заключается в формировании сквозных поражений деталей – образовании в них точечных полостей, называемых питтингами.

Развитию местной коррозии очень способствуют морская вода и растворы солей, в частности хлориды (особенно хлорид натрия – NaCl). Во многих странах его используют для плавления снега и льда, разбрасывая зимой на дорогах и тротуарах. В присутствии NaCl лёд и снег превращаются в воду, с дальнейшим образованием соляных растворов.

При этом не учитывается, что соли (и особенно хлориды) являются активаторами коррозии! Отлично диссоциируя в воде и взаимодействуя с образующейся из-за выбросов предприятий серной кислотой, хлориды образуют соляную кислоту (HCl). А ведь она сама по себе является триггером коррозии! (Вспомним приведенную выше реакцию с входящим в состав стали сульфидом железа.) Какие ещё нужны доказательства, что зимняя соляная «каша» приводит к ускоренному разрушению металла деталей, узлов и агрегатов транспортных средств?

Экономические потери от коррозии металлов

Экономические потери от коррозии металлов огромны. Современная цивилизация тратит значительные материальные и финансовые ресурсы на борьбу с коррозией трубопроводов, мостов и морских конструкций, судов, деталей машин, а также различного технологического оборудования.

Как уже говорилось, из-за планирования возможной коррозии приходится завышать прочность таких важных и нагруженных узлов и агрегатов, как паровые котлы, реакторы, лопатки и роторы турбин, опоры морских буровых платформ. Это автоматически увеличивает расход металла на их изготовление, а, значит, приводит к дополнительным экономическим затратам.

За два века работы металлургической промышленности в мире было выплавлено огромное количество металла. При этом, потери на коррозию составляют около 30% от его годового мирового производства! Более того – около 10% подвергшегося коррозии металла безвозвратно теряется в виде ржавчины.

По оценкам ряда экспертов, ущерб от коррозии металлов бюджету промышленно развитых стран составляет от 2 до 4 % их валового национального продукта. Так, по данным Национальной ассоциации инженеров-коррозионистов (National Association of Corrosion Engineers – NACE) в США потери от коррозии и затраты на борьбу с ней составляют 3,1 % ВВП. Для Германии это обходится в 2,8 % от ВВП.

P.S. Казалось бы, проблемы коррозии автомобильных кузовов, узлов и агрегатов меркнут на фоне вопросов защиты от коррозии таких грандиозных железных сооружений, как мосты и Эйфелева башня. Но, это только на первый взгляд. А если учесть численность мирового автопарка? Так, по данным Международной ассоциации автопроизводителей (OICA), в 2015 году в мире эксплуатировалось 947 млн. легковых и 335 млн. коммерческих автомобилей. Ожидается, что к 2035 году мировой автопарк достигнет 2-миллиардной отметки.

При этом, коррозией в той или иной степени, рано или поздно поражается практически 100% транспортных средств. Кроме того, надо учесть, что кузов – самая дорогая деталь автомобиля, а кузовные работы (и слесарные, и малярные) достаточно материалоёмкие и очень недешёвые.

Поэтому, проблема изыскания новых и совершенствование старых способов защиты от коррозии актуальна, как для всей тяжёлой промышленности в целом, так и для автомобильной отрасли в частности.

___________
KROWN — ЗА НАМИ НЕ ЗАРЖАВЕЕТ
Центр антикоррозийной защиты автомобилей

Источник

Окисление металлов

Окисление металлов [oxydation of metals] — процесс взаимодействия твердого или жидкого металла (сплава) с кислородом, сопровождающий образование оксидов. В более широком смысле окисление металлов — реакции, в которых атомы теряют электроны и образуются соединения, например, хлориды, Изделия из металлов и сплавов под воздействием окружающей среды подвергаются постепенному окислению — коррозии. При производстве металлургической продукции окисление металлов приводит к образованию на ней окалины, потери ценных легирующих элементов и железа. Окисление жидкого металла происходит в процессе плавки в открытых печах самопроизвольно вследствие контакта металла с воздухом и окислительнным шлаком. Направление процессов окисления металлов определяется как термодинамическое — изменением свободной энергии при реакции, так и кинетическим фактором — скоростью протекания реакции, которая в значительной степени зависит от природы продуктов окисления и характера их взаимодействия с металлом. Плавка металла в вакуумных печах — радикальный метод защиты его от окисления.
В ряде случаев проводят преднамеренное окисление металлоизделий в защитных или декоративных целях (Смотри Оксидирование).

Полезное

Смотреть что такое «Окисление металлов» в других словарях:

окисление металлов — Процесс взаимодействия твердого или жидкого металла (сплава) с кислородом, сопровождаемый образованием оксидов. В более широком смысле окисление металлов — реакции, в которых атомы теряют электроны и образуют соединения, например, хлориды,… … Справочник технического переводчика

ОКИСЛЕНИЕ МЕТАЛЛОВ — [oxydation of metals] процесс взаимодействия твердого или жидкого металла (сплава) с кислородом, сопровождаемый образованием оксидов. В более широком смысле окисление металлов реакции, в которых атомы теряют электроны и образуют соединения,… … Металлургический словарь

окисление металлов — ▲ окисление ↑ металл ↓ патина. патинировать. позеленеть. окалина. | оксидирование … Идеографический словарь русского языка

Окисление металлов — реакция соединения металла с кислородом, сопровождающаяся образованием окислов (оксидов). В более широком смысле О. м. реакции, в которых атомы теряют электроны и образуются различные соединения, например хлориды, сульфиды и т.п. В… … Большая советская энциклопедия

Окисление-восстановление — окислительно восстановительные реакции, химические реакции, сопровождающиеся изменением окислительных чисел (См. Окислительное число) атомов. Первоначально (со времени введения в химию кислородной теории горения А. Лавуазье, конец 18 в.)… … Большая советская энциклопедия

МЕТАЛЛОВ ОКИСЛЕНИЕ — подразделяется на химическое и электрохимическое. Для хим. окисления используют обычно газообразные реагенты, для электрохим. водные р ры. М. о. газообразными реагентами протекает при газовой коррозии, получении оксидов или галогенидов металлов… … Химическая энциклопедия

окисление-восстановление — [redox] химические реакции, сопровождаемые изменением окислительных чисел атомов. Согласно кислородной теории горения А. Лавуазье (кон. XVIII в.) окисление называл только реакции соединения с кислородом, восстановлением отнятие кислорода. С… … Энциклопедический словарь по металлургии

окисление-восстановление — Химические реакции, сопровождающиеся изменением окислительных чисел атомов. Согласно кислородной теории горения А. Лавуазье (кон. XVIII в.) окислением называются только реакции соединения с кислородом, восстановлением — отнятие кислорода. С … Справочник технического переводчика

Окисление — – процесс образования окислов металлов. [Блюм Э. Э. Словарь основных металловедческих терминов. Екатеринбург, 2002 г.] Рубрика термина: Общие термины Рубрики энциклопедии: Абразивное оборудование, Абразивы, Автодороги … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

Источник

Виды коррозии металлов. Классификация процессов. Механизмы коррозии.

Содержание:

1. Почему металл корродирует?

Почему коррозия «выгодна» для металлов? Дело в том, что большинство из них существуют в природе в химически связанном состоянии, например, в виде оксидов (корунд) или сульфидов (пирит). В чистом виде почти все металлы неустойчивы и чтобы выделить их из соединений приходится затрачивать немалую энергию. Обратный же процесс, когда металлы переходят в связанное состояние, всегда термодинамически более выгоден. Поэтому он происходит самопроизвольно, а металлы при любой возможности стремятся вступить в реакцию со своим окружением и перейти в более устойчивую форму. Иллюстрация этого представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Схема восстановления металла из руд с последующей коррозией (окислением). Э – условный уровень энергии.

Коррозия приводит к огромным экономическим затратам, а её следствием становятся глобальные экологические катастрофы. Потеря металлофонда от коррозии составляет порядка 12% в год.

Помимо прямых потерь существуют и косвенные потери, вызываемые коррозией:

2. Классификация коррозионных процессов по определяющему механизму.

2.1 Химическая коррозия металлов.

Химическая коррозия – это процесс взаимодействия металла с коррозионной средой. Такая коррозия не сопровождается протеканием электрического тока и обычно идет при отсутствии влаги.

Термодинамическую устойчивость металла можно оценить по изменению свободной энергии Гиббса в коррозионной реакции. Коррозия возможна, если энергия Гиббса меньше нуля ∆G

Например, для окисления железа на воздухе по реакции:

изменение энергии Гиббса имеет вид:

∆G = υ ∆ G 0 _FeO + υ ∆ G 0 _Fe2O3 – υ ∆ G 0 _Fe – υ ∆ G 0 _O2

∆ G_х 0 – изменение энергии Гиббса отдельных компонентов, кДж/моль;
υ – стехиометрический коэффициент реакции.

Примеры изменения ∆G для некоторых других металлов представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Изменение энергии Гиббса при ионизации металлов.

В зависимости от условий эксплуатации устойчивость металлов может существенно меняться. Для большинства из них с ростом температуры термодинамическая вероятность окисления снижается.

2.2 Электрохимическая коррозия металлов.

Электрохимическая коррозия – это процесс взаимодействия металла с коррозионной средой (электролитом), сопровождающийся окислением металла и восстановлением акцептора из коррозионной среды.

Электрохимическая коррозия подчиняется законам электрохимической кинетики. Она представляет собой переход металла из свободного состояния в связанное с потерей электронов. Скорость такой коррозии зависит от электродного потенциала самого металла.

Современная теория, объясняющая электрохимическую коррозию, была предложена советским учёным, доктором химических наук Яковом Михайловичем Колотыркиным.

В основе этой теории лежит предположение, что вся поверхность металла равнодоступна и для катодной для анодной составляющей процесса коррозии.

Электрохимическая коррозия включает в себя 4 основных стадии (рисунок 2):

Рисунок 2 – Схема работы коррозионного элемента.

Электрохимическая коррозия представляет собой совокупность двух протекающих реакций:

Термодинамическая возможность протекания электрохимической коррозии определяется равновесным потенциалом, если он больше 0, то коррозия возможна.

Из формулы можно сделать вывод, что реакция возможно тогда и только тогда, когда потенциал деполяризатора больше потенциала металла Е_D > E_Ме.

Деполяризаторы в водных растворах:

• в нейтральных и щелочных:

Если в качестве деполяризатора выступает гидроксил ион или вода, то принято говорить, что коррозия идёт с водородной деполяризацией, если деполяризатором выступает кислород – кислородная деполяризация. Очень часто бывают случаи смешанной деполяризации, при ней одновременно восстанавливаются и водород, и кислород.

2.3 Биологическая коррозия металлов.

Биокоррозия – это разрушение металла, вызванное непосредственно или косвенно жизнедеятельностью бактерий, плесени и грибов.

Данному типу коррозии подвержены абсолютно все материалы и изделия известные человеку. Это обусловлено образованием окислительных ферментов, вызывающих разрушение различных субстратов с образованием органических кислот. Данные кислоты также оказывают разрушающее действие на материалы.

Например, вырабатываемые грибками органические кислоты вызывают питтинговую коррозию углеродистой стали в трюмах или алюминиевых топливных баков.

2.4 Кавитационная коррозия металлов.

Кавитационная коррозия – это разрушение, возникшее вследствие удара под воздействием текучей среды (потока жидкости или газа). Проявляется при схлопывании на поверхности металла пузырьков газа, сопровождающееся гидравлическим ударом.

2.5 Эрозия.

Эрозия – износ и выбивание частиц металла с поверхности под влиянием твёрдых частиц, находящихся в потоке жидкости. Эрозия металла ускоряется коррозионным действием среды. Иными словами, потеря материала происходит не только вследствие механического действия потока, но и в результате некоторого электрохимического процесса. Иллюстрация процесса эрозии приведена на рисунке 3.

Рисунок 3 – Пример эрозионной коррозии.

3. Классификация коррозионных процессов по условиям протекания коррозии.

4. Классификация коррозионных процессов по характеру коррозионного разрушения.

4.1 Контактная коррозия.

Контактная коррозия образуется при контакте разных металлов в присутствии электролита или влажного воздуха. В образовавшейся гальванопаре, металл с более электроотрицательным потенциалом становится анодом и разрушается в первую очередь, тогда как более электроположительный металл – катодом.

Рисунок 4 – Примеры контактной коррозии на стали.

4.2 Щелевая коррозия.

Щелевая коррозия – это коррозия, возникающая в случаи, если часть металла изолирована от основного участка неметаллическим материалом (резиной, деревом, пластиком и т.д.). Пример такой коррозии можно наблюдать в трубах в месте соприкосновения с сальником (рисунок 5). Образование полости под сальником вызывает протечки в трубах. При наличии таких неровностей коррозионная жидкость застаивается в щели, где и происходит бурная коррозия металла.

Причиной щелевой коррозии является пониженная концентрация окислителей в зазорах по сравнению с объёмом раствора и замедленный отвод продуктов коррозии. В результате их накопления меняется pH раствора в щели, что так же ускоряет коррозию.

Металл в щели и металл открытой поверхности образуют макропару:

Поскольку площадь открытой поверхности гораздо больше, чем внутри щели, плотность тока коррозии внутри щели оказывается чрезвычайно высокой.

Рисунок 5 – Кислородная концентрационная ячейка под сальником.

По мере протекания коррозии внутри щели накапливается избыточный положительный заряд. Ионы ОН- устремляются в щель, чтобы нейтрализовать этот заряд. В результате, на внутренней поверхности щели осаждается гидроксид металла, что ещё больше сокращает эффективную площадь анода.

4.3 Питтинговая коррозия.

Питтингом называют глубокие поражения (точечные язвы) на поверхности металла (рисунок 6). Питтинговая коррозия, вследствие своей локализованности и малой заметности, является одним из наиболее опасных видов коррозионного разрушения. Не следует путать питтиговую коррозию с питтингом на никелевых покрытиях.

Так как пассирующий слой на поверхности металла не является гомогенной системой, то коррозия возникает из-за наличия анодных и катодных участков на поверхности. В возникшей гальванопаре анодом является питтинг, а катодом – остальная часть поверхности. На аноде происходит высвобождение электронов, которые восстанавливают кислород на катодной пассивированной части поверхности.

Рисунок 6 – Виды питтингов: а – открытый с защитным слоем на окружающей поверхности; б – закрытый, без окружающего защитного слоя; в – закрытый, с окружающим защитным слоем. 1 – металл; 2 – раствор; 3 – защитный слой; 4 – пористые продукты коррозии; 5 – крышка над питтингом; 6 – отверстия в крышке.

4.4 Межкристаллитная коррозия.

Межкристаллическая коррозия возникает из-за разницы потенциалов на границе зерна и в его матрице (рисунок 7).

На воздухе на границе зерна образуется карбидная фаза, что сдвигает потенциал в область более электроотрицательных значений. Таким образом граница зерна является анодом по отношению к их матрице.

Наиболее опасен данный тип коррозии для сплавов, так как в месте скопления более электроотрицательного металла будет образовываться анод, а основного – катод. Например, для нержавеющих сталей, содержащих хром, вблизи границ зёрен содержание хрома оказывается ниже, чем на остальной поверхности, что делает их менее пассивированными. Вследствие этого такие места становятся анодами по отношению к матрице зерна.

Рисунок 7 – Межкристаллическая коррозия нержавеющей стали: 1 – катод; 2 – анод; 3 – карбидная фаза; 4 – зона, обеднённая хромом; 5 – граница зёрен.

4.5 Фреттинг-коррозия.

Фретинг-коррозия происходит между двумя поверхностями, находящимися в непрерывном контакте друг с другом и совершающими малые колебания. Поверхности никогда не отрываются друг от друга, поэтому в точках механического контакта происходит накопление осколков продуктов коррозии.

Данная коррозия возникает при незначительных колебаниях, циклических или возвратно-поступательных движений с малыми амплитудами и скоростями.
Этой коррозии подвергаются болты, заклёпки, шарниры, муфты, клапаны, детали двигателей и пр.

4.6 Коррозионное растрескивание под напряжением.

Коррозионное растрескивание под напряжением возникает, когда металлическое изделие подвержено растяжению в коррозионной среде. Тогда даже при напряжениях ниже напряжения разрушения происходит растрескивание, в конце концов, приводящее к разрушению конструкции или изделия.

На растянутых участках металла идёт коррозия, поскольку они оказываются анодами по отношению к нерастянутой части. Это явление наблюдается на любых металлах и сплавах, а также в любых средах.

4.7 Коррозионная усталость.

Коррозионная усталость возникает вследствие одновременного воздействия агрессивной среды и механической нагрузки.

Коррозионная усталость часто бывает причиной «неожиданного» разрушения металлических деталей, так, если деталь, находящаяся в коррозионном окружении, подвержена непрерывным вибрациям, её разрушение происходит при напряжении гораздо ниже предела выносливости.

5. Коррозия отдельных металлов.

Скорости годовой коррозии некоторых металлов и сплавов в различных средах приведены в таблице 2.

5.1 Коррозия железа и сталей.

Коррозия железа начинает протекать при относительной влажности более 75%. Если необходимый для деполяризации кислород отсутствует, то в качестве акцептора электронов могут выступать ионы железа (III), восстанавливаясь до железа (II), которые затем взаимодействуют с кислородом и окисляются снова до железа (III).

2Fe 2+ + 2H + + 0.5O₂ = 2Fe 3+ + H₂O

Таким образом ионы железа (III) выступают в роли переносчика кислорода, ускоряя коррозию.
Реакция коррозии железа в атмосферном воздухе приведена в начале статьи.

Образование оксидной защитной плёнки на поверхности железа возможно только в присутствии сильного окислителя, например, азотная кислота. В обычных же условиях окисная пленка на железе рыхлая и пористая, т.е. не способна защитить его от коррозии.

Для защиты от коррозии сталь легируют добавлением некоторых компонентов. Их влияние можно обобщить следующим образом:

При использовании материалов на основе железа в прибрежной атмосфере следует применять катодную защиту. В промышленности, поверхность сталей следует защищать от коррозии защитными покрытиями, а также применять подходящие ингибиторы коррозии. Чаще всего в качестве защитного покрытия применяют цинк и его сплавы, кадмий, порошково-полимерные и цинкнапоолненные краски.

5.2 Коррозия алюминия и его сплавов.

Реакция взаимодействия алюминия с кислородом:

Реакция взаимодействия алюминия с водой:

Чистый алюминий проявляет высокую коррозионную стойкость и пластичность, но обладает низкой механической прочностью. Для повышения прочности и способности к тепловой обработке добавляют легирующие компоненты.

Добавление легирующих компонентов, потенциал которых более электроположительный чем потенциал алюминия, приводит к образованию катодных и анодных зон. Например, при добавлении в сплав меди образуется интерметаллидная фаза CuAl₃. Являясь катодом по отношению к основному металлу, CuAl₃ осаждается на границе зерна, из-за чего области вблизи этих границ оказываются обеднёнными медью и будут являться анодами по отношению к самим границам зёрен, вызывая межкристаллитную коррозию.

Частным случаем коррозии алюминия с участием интерметаллидов являются так называемые «черные точки». Коррозия такого типа идет в три этапа:

На крупногабаритных деталях этот эффект проявляется особенно сильно. Часто точки могут возникать при травлении и анодировании алюминия. Сразу после травления точки могут быть не видны, т.к. они скрыты под слоем травильного шлама. Но если деталь промыть и дать высохнуть на воздухе, то со временем шлам желтеет и черные точки становятся легко различимы невооруженным глазом (рисунок 8).

Стандартные электродные потенциалы различных сплавов алюминия и некоторых интерметаллидов приведены в таблице 3.

Сплав или интерметаллид

Стационарный потенциал, мВ

* За стационарные потенциалы принимали потенциал, установившийся через 24 часа в 3%-м рас-творе хлорида натрия по хлорид-серебрянному электроду.

Добавление более электроотрицательных компонентов, таких как магний, увеличивает пассивацию алюминия, благодаря чему коррозионная стойкость возрастает.

Наиболее популярными покрытиями для защиты алюминия и его сплавов от коррозии являются анодирование, химическое никелирование и многослойные покрытия на основе меди, никеля, серебра и олова.

5.3 Коррозия меди и её сплавов.

Чистая металлическая медь имеет потенциал 0,337 В, благодаря чему в обычной атмосфере обладает неплохой коррозионной стойкостью. Она не разрушается под действием неокисляющих кислот или в присутствии депассиватора. Разрушение меди начинается в присутствии окисляющих кислот (азотная кислота и пр.), органических кислот, а также комплексообразователей.

Несмотря на то, что медь практически не взаимодействует с кислородом, при контакте с влажным воздухом медь начинает разрушаться. Образовавшиеся продукты коррозии нерастворимы и предотвращают дальнейшую коррозию металла.

Из-за высокой теплопроводности и неплохой коррозионной стойкости в воде медь популярна в конструкциях теплообменников или трубопроводов. Однако медь подвержена кавитационной и эрозийной коррозии. Чтобы предотвратить данную коррозию медь легируют.

В большинстве случаев легирующие элементы придают меди не только более высокую коррозионную стойкость, но и улучшают её механические свойства. Наиболее распространёнными легирующими элементами являются цинк, никель, олово, алюминий и кремний.

Сплавы меди с цинком, при содержании последнего в диапазоне от 15% до 50%, называются латунями. Латунь обладает высокой прочностью, хорошей обрабатываемостью и стойкостью к действию сульфидов. Цинк, будучи более реакционноспособным металлом по сравнению с медью, легко подвергается селективному выщелачиванию. В этом случае на поверхности латуни можно наблюдать отложения меди характерного красного цвета.

Среди прочих сплавов меди особое значение имеет сплав с оловом. Добавка олова значительно повышает предел усталости и в то же самое время позволяет сохранить коррозионную стойкость.

5.4 Коррозия других металлов.

Титан является катодным металлом по отношению большинству прочих металлов и сплавов. На нём легко образуется оксидная плёнка, устойчивая к действию большинства кислот, в том числе соляной. Благодаря сочетанию своих свойств: высокой прочности, низкому удельному весу, высокой коррозионной стойкости, стойкости к высокотемпературному окислению и высокой точке плавления, титан получил применение в самолётостроении.

Никель обладает рядом физических и механических свойств сравнимых с малоуглеродистой сталью. В то же самое время никель обладает более высокой коррозионной стойкостью. В качестве легирующего элемента никель повышает коррозионную стойкость таких металлов, как железо и медь. Чистый никель почти не подвержен контактной коррозии, поскольку благодаря образованию защитной оксидной плёнки является катодом по отношению к большинству металлов. Оксидная плёнка никеля устойчива к действию щелочей.

Кобальт во многих отношениях схож с никелем. В сочетании с хромом кобальт образует сплавы, обладающие превосходной стойкостью к высокотемпературному окислению. Подобно никелю кобальт может быть легко запассивирован, особенно при добавлении в него хрома.

Свинец демонстрирует высокую коррозионную стойкость к серной кислоте. Свинцом покрывают ёмкости и трубы, находящиеся в контакте с этой кислотой. Добавление 3-6% сурьмы повышает механическую прочность свинца. Однако слишком большая доля сурьмы нежелательна, поскольку она ухудшает коррозионные свойства свинца, сурьма легко подвергается действию серной кислоты.

Цинк и его сплавы нельзя применять в коррозионных атмосферах. Этот металл является слишком анодным и не образует практически никакой защитной плёнки.

Почти все благородные металлы демонстрируют высокую коррозионную стойкость в любых кислых и щелочных средах. Серебро и его сплавы растворяются в окисляющих кислотах, но являются устойчивыми по отношению к восстанавливающим. Золото и платина устойчивы к действию даже окисляющих кислот. Они растворимы в так называемой царской водке.

Источник