Электрохимическая коррозия металлов

Лекция №1 на тему «Электрохимическая коррозия металлов» 1. Диаграммы Эванса Рисунок 1. Виды контроля коррозионного процесса 2. Показатели коррозии Массовый показатель (Кm±) характеризует изменение массы (m) образца металла в результате коррозии, отнесенное к единице поверхности металла S и к единице времени τ (например, г/(м2·ч)): Если известен состав продуктов коррозии металла, то можно сделать пересчет положительного показателя изменения массы в отрицательный по формуле: где Кm- и К+ - соответственно отрицательный и положительный массовый показатель коррозии; АМе и Аок - соответственно атомная масса металла и окислителя; nМе и nок - соответственно валентность металла и окислителя. В случае равномерной коррозии металла можно сделать пересчет от отрицательного показателя изменения массы (Кm-, г/(м2·ч)) к глубинному показателю КП (мм/год): где ρМе - плотность металла, г/см3. Объемный показатель коррозии (КV) указывает объем поглощенного или выделившегося в процессе коррозии металла газа ∆V, приведенного к нормальным условиям, и отнесенный к единице поверхности металла и к единице времени (например, см3/(см2·ч)): 3. Кинетические характеристики электрохимической коррозии В общем случае по аналогии со скоростью любой химической реакции скоростью коррозии V можно определить через изменение энергии Гиббса ∆G как: где G - изменение энергии Гиббса системы металл среда при протекании коррозионного процесса; k - коэффициент пропорциональности; R - сопротивление системы протекания коррозионного процесса. Скорость коррозии можно определить через массу металла, перешедшую в продукты коррозии за определенный промежуток времени с единицы площади коррозирующей поверхности: где V - скорость коррозии, г/(м2·ч); ∆m - изменение массы образца в течении времени, выбранного в качестве базового (обычно 200 ч); s - площадь коррозирующей поверхности, м2; τ - база испытания, ч. Часто для практических целей удобнее пользоваться глубинным показателем скорости коррозии. Его называют глубиной проникновения коррозии V1: где V1 - глубина проникновения коррозии, мм/год; ∆δ - уменьшение толщины стенки металлоконструкции за контрольный период, мм; τ - продолжительность контрольного периода, год. Между V и V1 существует однозначная связь: Выразив через К коэффициент, учитывающий разницу в размерности получим: Или Если в раствор перешло υэ эквивалентов металла, то количество электричества Q. перенесенного ионами этого металла, должно быть: Количество эквивалентов растворяемого вещества с его массой соотношения: где υэ - количество эквивалентов металла, перешедшего в раствор, моль; ∆m - изменение массы коррозирующего образца металла; Мэ - молярная масса эквивалента, г/моль. экв. Следовательно: Количество электричества, пришедшего через систему за период τ: Плотность тока равна отношению силы тока к площади коррозирующего образца: Тогда: J - сила тока; S - площадь коррозирующей поверхности, м2; i - плотность тока, А/м2; n - количество электронов, участвующих в окислительном восстановительном процессе при растворении 1 моля металла, моль. 4. Термодинамика гомогенных и гетерогенных путей электрохимической коррозии Уравнения Нернста применимо к любым окислительно-восстановительным потенциалам: где Еox/Red - окислительно-восстановительный потенциал, рассматриваемой системы, В; Е0ox/Red - окислительно-восстановительный потенциал системы при условиях протекания химической реакции, В; аох - активность участников реакции, находящихся в окисленном состоянии, моль/л; aRed - активность участников реакции, находящихся в восстановленном состоянии, моль/л. Если окислителем служат ионы водорода, то катодная реакция может быть выражена уравнением: = 0 В активность Н+ выражается через pH среды: При 1 атм. = 1 -tga = pH Т = 298 К F = 96500 = -0,059 pH. В нейтральной среде рН = 7 = -0,41 В. Следовательно, окисляться в водной среде, лишенной других окислителей, могут окисляться только металлы, потенциал которых отрицательнее -0,41 В. Если окислителем служат молекулы О2, то катодная реакция может быть выражена уравнением: Для процесса восстановления кислорода: Парциальное давление кислорода в системе можно принять равным его парциальному давлению в воздухе, т.е. PО2 = 0,2 атм. Стандартное РО2 = 1 атм. Активность ОН- ионов можно выразить через pH среды: Подставив F, R и Т = 298 К, получим: Характеристикой катодной защиты является величина защитного эффекта Z, %: где К0 – скорость коррозии металла без защиты, г/м2∙ч; К1 – скорость коррозии металла в условиях электрохимической защиты, г/м2∙ч. Коэффициент защитного действия К3, г/А, определяют по формуле: где ∆m0 – потери массы без катодной защиты, г/м3; ∆m1 – потери массы металла при применении катодной защиты, г/м3; iк – плотность катодного тока, А/м2.