Коррозия при непосредственном контакте различных металлов.

Рассмотрим коррозию железа, находящегося в контакте с медью в кислой среде, например водном растворе НС1(рис.11). В образующемся гальваническом элементе анодом является железо (Е° _Fe_/_Fe₂₊ = -0,44 В), а като-

дом - медь (Е°_Cu_/_Cu₂₊ = +0,34 В), так как Е°_анода< Е°_катода

Рисунок 11- Коррозии железа при контакте с медью в кислой среде (рН <7)

Следовательно, железо на поверхности окисляется, образующиеся при этом свободные электроны перемещаются от железа к меди (на катод), где участвуют в процессе восстановления ионов водорода (Н⁺), находящихся в электролите (рН < 7):

Анод: Fe│ Fe° - 2 е → Fe²⁺

Катод: Сu | 2Н⁺+2 ё → Н₂

Если в электролите не содержится кислоты (рН > 7), то анодный процесс не изменится, но на катоде будет восстанавливаться растворённый в воде кислород:

При контакте железа с металлом, имеющим меньший потенциал, например с цинком (E°_Zn_/_Zn₂₊ = - 0,76 В), в возникающем гальваническомэлементе анодом будет являться цинк, а катодом - железо. Коррозии в данном случае будет подвергаться цинк, а железо разрушаться не будет, так как катодные реакции не затрагивают металл катода:

Анод: Zn│Zn° - 2 ё → Zn²⁺

Катод: Fe │2Н⁺ + 2 ё → Н₂(в кислой среде),

или:

Анод:Zn│Zn° - 2 ё → Zn│2

Катод: Fe │О₂+2Н₂О + 4ё →4(ОН)^-│1(в отсутствие кислоты)

Таким образом, контакт с цинком предотвращает коррозию железа, что часто используется для защиты стальных изделий от коррозии. Соединения металлов в сплавах также обладают электропроводностью, а следовательно, могут участвовать в работе гальванических элементов.

Рассмотрим атмосферную коррозию стали (рис. 12).

Рисунок 12 - Атмосферная коррозия стали

В составе стали всегда имеются кристаллиты феррита (железо) и цементита (карбид железа - Fe₃C). Так как Е°_F_е< Е°_F_е3С , то при наличии влаги (электролита) на поверхности стали между кристаллами Fe и Fe₃C возникает множество микрогальванических элементов, в которых анодом будут частицы железа (феррита), а катодом - кристаллиты цементита:

Анод:Fe │Fe° - 2 ё → Fe²⁺ │2

Катод: Fe₃С │О₂+2Н₂О + 4ё →4(ОН)^-│1

Образующиеся на аноде и катоде ионы соединяются в нерастворимый гидроксид:

Fe²⁺+ 2ОН^-→Fe(ОН)₂↓,

который быстро окисляется кислородом воздуха:

4Fe(OH)₂↓ + О₂ + 2Н₂О → 4Fe(OH)₃↓

Получающийся таким образом Fe(OH)₃ составляет основу ржавчины.При высыхании он может частично или полностью терять воду, превращаясь в метагидроксид FeO(OH), или Fe₂О₃. Ржавчина представляет собой бурый, рыхлый налет, не защищающий металл от дальнейшего разрушения.

2) Коррозия при неравномерной аэрации разных участков поверхности одного металла

Неравномерная аэрация означает неодинаковое содержание кислорода воздуха в электролите (воде) у разных участков поверхности металла. Известно, что с ростом концентрации растворённого в электролите (воде) кислорода, возрастает и значение электродного потенциала металла.

Если на гладкую железную пластинку нанести каплю водного раствора соли (например, NaCl), то по краям капли (там, где кислорода больше) образуются катодные участки, а анод будет находиться там, где содержание кислорода меньше всего - в центре капли. Там же (на аноде) будет происходить окисление, то есть коррозия железа. По краям капли на поверхности железной пластинки происходит восстановление кислорода с образованием ионов ОН^-. Эти ионы образуют с ионами железа нерастворимые гидроксиды (ржавчина) в виде колец между центром и краями капли, как показано на рис.13.

Рисунок 13 - Коррозия железа в условиях неравномерной аэрации

Запишем анодный и катодный процессы:

Анод: Fe - центр капли│Fe° - 2 ё → Fe²⁺ │2

Катод: Fe - край капли│О₂+2Н₂О + 4ё →4(ОН)^-│1

Аналогичные процессы будут происходить и в других случаях неравномерной аэрации: коррозии в первую очередь подвергается тот участок поверхности металла, доступ кислорода воздуха к которому затруднён.

3) Коррозия под действием блуждающих токов

Источником подземных блуждающих токов могут быть различные устройства, работающие на постоянном токе. Это электропоезда, метро, трамваи, троллейбусы, установки для электросварки, электролизёры и т.д. Коррозию под действием внешнего источника электрического тока называют электрокоррозией.

Рассмотрим коррозию подземного стального трубопровода во влажной почве под действием блуждающих токов (рис.14).

Рисунок 14 - Коррозия подземных коммуникаций под действием блуждающих токов

В месте входа тока в трубопровод возникает катодный участок, и на этом участке будет протекать реакция восстановления молекулярного кислорода, находящегося во влажной почве. Участок металла трубопровода, где происходит выход тока, становится анодом и разрушается.

Запишем анодный и катодный процессы:

Анод: Fe│Fe° - 2 ё → Fe²⁺ │2

Катод: Fe│О₂+2Н₂О + 4ё →4(ОН)^-│1

Коррозия под действием блуждающих токов обычно приводит к быстрому разрушению подземных металлических конструкций.