Война

Коррозия — это естественный процесс, в результате которого металлы разрушаются из-за их взаимодействия с окружающей средой. Этот процесс является электрохимическим, что означает, что он включает движение электронов между металлом и окружающей средой. Коррозия ослабляет металлическую структуру и является значительной проблемой в таких секторах, как строительство и транспорт.

Понимание коррозии

Чтобы понять ржавчину, стоит рассмотреть простой железный гвоздь, который подвергается воздействию воздуха и влаги. Этот гвоздь со временем медленно заржавеет. Ржавление — это распространенная форма коррозии, когда железо реагирует с кислородом и водяным паром, образуя оксид железа, красновато-коричневое соединение. Основная реакция ржавления железа выглядит следующим образом:

4Fe + 3O 2 + 6H 2 O → 4Fe(OH) 3

Эта реакция показывает, что железо реагирует с кислородом в присутствии воды, образуя гидратированный оксид железа (III), обычно называемый ржавчиной.

Электрохимическая природа коррозии

Коррозия — это электрохимический процесс, который обычно включает протекание электронов от металла к неметаллу в химическом элементе. В этом процессе на поверхности металла происходят две полуреакции в различных местах, которые можно понимать как анодные и катодные реакции.

Анодная реакция

Анодная реакция включает окисление металла. В случае железа анодную реакцию можно представить следующим образом:

Fe → Fe 2+ + 2e -

В этой реакции атомы железа теряют электроны, образуя ионы железа. Эти электроны высвобождаются в окружающую среду, оставляя окружающую область с отрицательным зарядом.

Катодная реакция

На катодном участке происходит восстановление, обычно с участием неметаллического элемента. Например, в присутствии атмосферного кислорода электроны, высвобождаемые анодной реакцией, могут восстанавливать кислород на катодном участке:

O 2 + 4H 2 O + 4e - → 4OH -

В этой реакции восстановления кислород преобразуется в гидроксид-ионы, OH ^-, которые могут далее реагировать с ионами железа и образовывать ржавчину.

Механизм коррозии

Процесс коррозии включает сложные серии электрохимических реакций. Как анодные, так и катодные реакции могут происходить на микроскопических участках, распределенных по всей поверхности металла. Пространственное разделение этих процессов является важным, так как оно создает условия для поддержания потока электронов.

Для дальнейшего пояснения рассмотрите следующую диаграмму, которая показывает основной поток электронов в коррозионной ячейке:

₂ + 4H ₂ O + 4e ^- → 4OH ^-

На этой диаграмме анод (зеленый) — это место растворения металла, в то время как катод (оранжевый) — это место, где происходит восстановление. Электроны, движимые разностью электрохимического потенциала, протекают от анода к катоду. Этот поток поддерживает общий процесс коррозии.

Типы коррозии

Коррозия может проявляться в различных формах, каждая из которых зависит от определенных условий окружающей среды и свойств материала. Понимание этих типов помогает снизить и эффективно предотвратить коррозию.

Равномерная коррозия

Равномерная коррозия происходит равномерно по всей открытой поверхности металла. Это самая распространенная форма коррозии и часто самая легкая для прогнозирования и управления. Например, постепенное ржавление железного забора — это пример равномерной коррозии.

Гальваническая коррозия

Гальваническая коррозия происходит, когда два различных металла, находящиеся в электрическом контакте, вступают в контакт с электролитом. Менее благородный металл (анод) подвергается коррозии быстрее, в то время как более благородный металл (катод) корродирует медленнее. Примером этого типа является коррозия на стыке стальных и медных труб.

Ямочная коррозия

Ямочная коррозия включает локальное поражение в виде маленьких отверстий или ямок на поверхности металла. Этот тип особенно разрушителен, так как он может вызвать отказ с небольшими потерями металла. Он часто встречается в нержавеющих сталях, подвергающихся воздействию хлоридной среды.

Щелевая коррозия

Щелевая коррозия возникает в ограниченных пространствах, где присутствует устойчивая среда. Узкие соединения, наложения и поверхностные отложения — классические места для такого типа коррозии, которая часто поражает нержавеющую сталь и алюминиевые сплавы.

Межкристаллитная коррозия

Межкристаллитная коррозия атакует границы зерен металлов. Она может произойти в нержавеющей стали, если она подвергается неправильному нагреву, вызывая выпадение карбидов хрома, которые выделяют хром из окружающих зерен, делая их восприимчивыми к коррозии.

Коррозионное растрескивание под напряжением (SCC)

SCC — это рост трещин в коррозионных средах, который усугубляется растягивающим напряжением. Это опасная форма, поскольку она может вызвать неожиданный и внезапный отказ материала. Нержавеющие стали особенно восприимчивы к SCC в хлоридных средах.

Методы контроля коррозии

Понимание механизмов и типов коррозии позволяет разработать эффективные стратегии контроля. Множество методов разработано для снижения или предотвращения коррозии в различных приложениях.

Выбор материала

Основной способ контроля коррозии — это выбор материалов, которые естественно устойчивы к коррозионным средам. Нержавеющая сталь и неметаллические материалы, такие как пластики и керамика, выбираются за их антикоррозионные свойства.

Защитные покрытия

Нанесение защитных покрытий, таких как покраска или гальванизация, на поверхности металла защищает их от прямого воздействия коррозионных сред. Эти покрытия создают физический барьер, замедляющий процессы окисления.

Катодная защита

Методы катодной защиты предполагают создание из металла катода электрохимического элемента путем подключения его к корродирующему "жертвенному" аноду. Общим примером является подключение цинковых анодов к стальным конструкциям, погруженным в воду.

Контроль окружающей среды

Контролирование факторов окружающей среды, таких как влажность, температура и влияние коррозионных агентов, может значительно замедлить коррозию. Например, контроль влажности важен при хранении и упаковке металлических изделий.

Заключение

Коррозия — это неизбежный природный процесс, который влияет на металлы через различные электрохимические реакции. Сложность механизмов коррозии требует глубокого понимания как материала, так и окружающей среды. Применяя научные принципы, проектируя надлежащие конструкции и применяя профилактические методы, можно минимизировать эффекты коррозии, обеспечивая безопасность, долговечность и функциональность металлических систем.

Комментарии