Электрохимическая коррозия

В основе коррозийных процессов лежат окислительно-восстановительные реакции металлов с окружающей средой, сопровождающиеся переходом металлов в более термодинамически устойчивое состояние.

Рассмотрим коррозию железа как электрохимический процесс. Ржавление железа есть не что иное, как анодная реакция

Катодная реакция – восстановление атмосферного кислорода:

Водородные ионы поставляет вода. Если бы в воде не было растворенного кислорода, то коррозия была бы невозможна. Следовательно, железо корродирует в слое воды, насыщенном кислородом. Таким образом, начальную стадию коррозии железа можно передать реакцией

2Fe + O 2 + 4H + → 2FeO + 2H 2O.

На скорость коррозии существенное влияние оказывает концентрация ионов H +. Повышение pH приводит к замедлению коррозии, поскольку восстановление O 2 из H 2O замедляется. При pH = 9–10 коррозия железа практически прекращается. Известно, что в водной среде ионы Fe 2+ в присутствии кислорода окисляются до Fe 3+. Вторая стадия коррозии соответствует реакции образования гидратированного оксида железа (ржавчины) Fe 2O 3∙nH 2O (рис. 7.4):

4Fe 2+ + O 2 + 4H 2O + xH 2O = 2Fe 2O 3∙xH 2O + 8H +.

Рисунок 7.4.

Коррозия железа кислородом воздуха, растворенным в воде.

Для защиты железа от коррозии используются всевозможные покрытия: краска, слой металла (олова, цинка). При этом краска и олово предохраняют от коррозии до тех пор, пока защитный слой цел. Появление в нем трещин и царапин способствует проникновению влаги и воздуха к поверхности железа, и процесс коррозии возобновляется, причем в случае оловянного покрытия он даже ускоряется, поскольку олово служит катодом в электрохимическом процессе (рис. 7.5).

Рисунок 7.5.

Коррозия «белой жести».

Оцинкованное железо ведет себя иначе. Поскольку цинк выполняет роль анода, то его защитная функция сохраняется и при нарушении цинкового покрытия (рис. 7.6).

Рисунок 7.6.

Катодная защита в оцинкованном железе.

Катодная защита широко используется для уменьшения коррозии подземных и подводных трубопроводов и стальных опор высоковольтных передач, нефтяных платформ и причалов.

Рисунок 7.7.

Катодная защита подземного трубопровода.