Для выяснения сущности электрохимического процесса коррозии рассмотрим схему обычного гальванического медно-цинкового элемента.
В нем пластинки цинка и меди погружены в раствор соответственно ZnS04 , CuS04 . Разрушению (коррозии) подвергается цинковая пластинка. При этом Zn переходит в раствор в виде иона, оставляя свободные электроны в пластинке, — анодный процесс:
Zn — 2е = Zn+2
Если теперь соединить металлическим проводником обе пластинки (электроды), то свободные электроны с цинка (анода) сейчас же перейдут на медную пластину (катод). Здесь они будут связываться ионами меди, которые при этом восстанавливаются и выделяются на медной пластине, — катодный процесс:
Cu+2 + 2e = Cu
Анодный и катодный процесс дополняются переходом электронов от анода к катоду и движением ионов в электролите — анионов к аноду и катионов к катоду.
Таким образом в этом элементе протекает химическая реакция, в результате которой Zn — цинк отдает электроны (реакция окисления — анодный процесс), а ионы меди их принимают (реакция восстановления — катодный процесс):
Zn+Cu+2> Zn+2+Cu
Количество переходящих с анода на катод электронов ( т.е. ток) пропорционально количеству ионов цинка, перешедших в раствор: чем больше У, тем интенсивнее коррозия.
Так как У= (Vk — Va)/R, где Vk , Va — потенциалы катода и анода, то интенсивность в значительной мере определяется разностью потенциалов электродов.
Vk — Va (потенциал анода более отрицателен, чем потенциал катода) при данном R.
Как показывает опыт, разность Vk — Va оказывается значительной в начальный момент работы коррозионного элемента и уменьшается до некоторого значения в последующем. Уменьшение начальной разницы потенциалов электродов гальванического коррозионного элемента, приводящее к уменьшению интенсивности коррозии, называется поляризацией.
Электродный процесс, уменьшающий поляризацию, то есть интенсифицирующий коррозию, называется деполяризацией, а вещества или факторы, способствующие деполяризации, — деполяризаторами. Следовательно, одним из условий возникновения и протекания коррозии является наличие в электролите деполяризаторов, т.е. веществ способных связывать свободные электроны. Условие Vk — Vа приводит к прекращению электрохимической коррозии, что означает полную электрохимическую однородность поверхности металла, т.е. отсутствие гальванической пары. Прекращение коррозии наступает также и в случае R = , что означает отсутствие электролита, являющегося проводником второго рода.
Таким образом, для возникновения и протекания электрохимической коррозии металла необходимо наличие следующих трех основных условий: гальванической пары, т.е. двух участков металла с разными потенциалами; электролита, находящегося в контакте с электродами пары, и деполяризаторов. Устранение одного из этих условий делает электрохимическую коррозию невозможной, что широко используется на практике.
В металле, например в стенке стальной трубы, образование гальванических пар обусловливается электрохимической неоднородностью различных участков поверхности. Вследствие ряда причин потенциалы одних участков становятся более отрицательными, чем потенциалы других. В таком случае возникает уже рассмотренные процессы, ведущие к разрушению анодных участков, например: избирательная коррозия латуни — электрохимическая коррозия.
Основные внешние факторы коррозии
На протекание процессов электрохимической коррозии влияет много факторов. Их можно разделить на две группы: внутренние (род металла, его чистота, наличие в нем напряжений, термическая и механическая его обработка и т.п.) и внешние факторы коррозии (характер среды, значение рН и т.п.).
В условиях работы теплосилового оборудования котельных растворенный кислород является основным фактором, определяющим интенсивность коррозии. Он является деполяризатором и, следовательно, обеспечивает работу коррозионных элементов. Результатом коррозии железа с участием кислорода является образование вначале гидрата двухвалентного железа.
2Fe + 02 + 2Н20 > 2Fe(OH)2