Хімічна корозія

Хімічна корозія

Зміст

газова корозія
Відео: Корозія металів. Навчальний відеоролик.
Хімічна корозія в рідинах-неелектролітів
Відео: Уроки з хімії §13, 9 кл. корозія металів

- це вид корозійного руйнування металу, пов`язаний із взаємодією металу і корозійного середовища, при якому одночасно окислюється метал і відбувається відновлення корозійного середовища. Хімічна корозія не пов`язана з освітою, а також впливом електричного струму.

Рушійною силою (першопричиною) хімічної корозії є термодинамічна нестійкість металів. Вони можуть мимовільно переходити в більш стійкий стан в результаті процесу:

Метал + Окисний компонент середовища = Продукт реакції

При цьому термодинамічний потенціал системи зменшується.

За знаком зміни термодинамічного потенціалу можна визначити можливість самовільного протікання хімічної корозії. Критерієм зазвичай служить ізобарно-ізотермічний потенціал G. У разі самовільного протікання хімічного процесу спостерігається спад ізобарно-ізотермічного потенціалу. Тому, якщо:

G_Т lt; 0, то процес хімічної корозії возможен-

G_Т gt; 0, то процес хімічної корозії невозможен-

G_Т = 0, то система знаходиться в рівновазі.

До хімічної корозії відносяться:

- газова корозія - корозійне руйнування під впливом газів при високих температурах-

- корозія в рідинах-неелектролітів.

газова корозія

газова корозія - найбільш поширений вид хімічної корозії. При високих температурах поверхню металу під впливом газів руйнується. Це явище спостерігається в основному в металургії (обладнання для гарячої прокатки, кування, штампування, деталі двигунів внутрішнього згоряння та ін.)

Найпоширеніший випадок хімічної корозії - взаємодія металу з киснем. Процес протікає по реакції:

Ме + 1 / 2О₂ - Мео

Напрямок цієї реакції (окислення) визначається парціальним тиском кисню в суміші газів (pО2) і тиском дисоціації парів оксиду при певній температурі (РМЕО).

Ця хімічна реакція може протікати трьома шляхами:

1) pо₂ = РМЕО, реакція равновесная-

2) pо₂ gt; РМЕО, реакція зрушена в бік освіти оксіда-

3) pо₂ lt; РМЕО, оксид дисоціює на чистий метал і оксид, реакція протікає в зворотному напрямку.

Знаючи парціальний тиск кисню газової суміші і тиск дисоціації оксиду можна визначити інтервал температур, при яких термодинамічно можливе протікання даної реакції.

Швидкість протікання газової корозії визначається декількома факторами: температури навколишнього середовища, природи металу або складу сплаву, характеру газового середовища, часу контакту з газовим середовищем, від властивостей продуктів корозії.

Процес хімічної корозії багато в чому залежить від характеру і властивостей утворилася на поверхні оксидної плівки.

Процес появи на поверхні оксидної плівки можна умовно розділити на дві стадії:

- на поверхні металу, яка безпосередньо контактує з атмосферою, адсорбуються молекули кіслорода-

Відео: Корозія металів. Навчальний відеоролик.

- метал взаємодіє з газом з утворенням хімічної сполуки.

На першій стадії між поверхневими атомами і киснем виникає іонна зв`язок: атом кисню забирає у металу два електрона. При цьому виникає дуже сильний зв`язок, набагато сильніше, ніж зв`язок кисню з металом в оксиді. Можливо це явище спостерігається через дії на кисень поля, створюваного атомами металу. Після повного насичення поверхні окислювачем, що відбувається майже миттєво, при низьких температурах за рахунок ванн-дер-Вальсова сил може спостерігатися і фізична адсорбція молекул окислювача.

В результаті утворюється дуже тонка мономолекулярна захисна плівка, яка з часом потовщується, ускладнюючи підхід кисню.

На другій стадії, через хімічної взаємодії, окислювальний компонент середовища забирає у металу валентні електрони і з ним же реагує, утворюючи продукт корозії.

Якщо утворилася оксидна плівка буде володіти хорошими захисними властивостями - вона буде гальмувати подальший розвиток процесу хімічної корозії. Крім того, оксидна плівка дуже сильно впливає на жаростійкість металу.

Існує три види плівок, які можуть утворитися:

- тонкі (невидимі неозброєним оком) -

- середні (дають кольори мінливості) -

- товсті (добре видно).

Щоб оксидна плівка була захисної, вона повинна відповідати деяким вимогам: не мати пір, бути суцільною, добре зчіплюватися з поверхнею, бути хімічно інертною по відношенню до навколишнього її середовищі, мати високу твердість, бути зносостійкою.

Якщо плівка пухка і пориста, крім того має ще погане зчеплення з поверхнею - вона не буде мати захисними властивостями.

Існує умова суцільності, яке формулюється так: молекулярний об`єм оксидної плівки повинен бути більше атомного обсягу металу.

суцільність - здатність оксиду покривати суцільним шаром всю поверхню металу.

Якщо ця умова дотримується, то плівка суцільна і, відповідно, захисна.

Але є метали, для яких умова суцільності не є показником. До них відносяться всі лужні, лужноземельні (крім берилію), навіть магній, який важливий в технічному плані.

Для визначення товщини утворилася на поверхні оксидної плівки, вивчення її захисних властивостей застосовують безліч методів. Захисну здатність плівки можуть визначати під час її формування, по швидкості окислення металу і характером зміни швидкості в часі. Якщо окисел вже сформувався, доцільно досліджувати товщину і захисні його властивості, завдаючи на поверхню який-небудь підходящий для цього випадку реагент (наприклад розчин Cu (NO3) 2, який застосовується для заліза). За часом проникнення реагенту до поверхні можна визначити товщину плівки.

Навіть уже утворилася суцільна плівка не припиняє своєї взаємодії з металом і окислювальним середовищем.

Вплив зовнішніх і внутрішніх факторів на швидкість протікання хімічної корозії.

На швидкість хімічної корозії дуже сильно впливає температура. При її підвищенні процеси окислення йдуть набагато швидше. При цьому зменшення термодинамічної можливості протікання реакції не має ніякого значення.

Особливо сильно впливає змінний нагрівання та охолодження. У захисній плівці внаслідок появи термічних напруг утворюються тріщини. Крізь тріщини окислювальний компонент середовища має безпосередній доступ до поверхні. Формується нова оксидна плівка, а стара - поступово відшаровується.

Велику роль в процесі корозії грає склад газового середовища. Але це індивідуально для кожного металу і змінюється з коливанням температур. Наприклад, мідь дуже швидко кородує в атмосфері кисню, але стійка в середовищі, що містить SO₂. Нікель ж навпаки, інтенсивно кородує при контакті з атмосферою SO₂, але стійкий в середовищах O₂, CO₂ і H₂O. Хром відносно стійкий у всіх чотирьох середовищах.

Якщо тиск дисоціації оксиду вище тиску окисляє компонента - окислення металу припиняється, він стає термодинамічно стійким.

Швидкість окислення залежить від складу сплаву. Візьмемо, наприклад, залізо. Добавки сірки, марганцю, фосфору і нікелю не впливають на його окислення. Кремній, хром, алюміній - уповільнюють процес. А берилій, кобальт, титан і мідь дуже сильно гальмують окислення. При високих температурах інтенсифікувати процес можуть вольфрам, молібден, а також ванадій. Це пояснюється летючість або легкоплавкістю їх оксидів.

Спостерігаючи за швидкістю окислення заліза при різних температурах, відзначимо що зі збільшенням температури саме повільне окислення спостерігається при аустенитной структурі. Вона є найбільш жаростійкої, в порівнянні з іншими.

На швидкість протікання хімічної корозії впливає і характер обробки поверхні. Якщо поверхня гладка, то вона окислюється трохи повільніше, ніж горбиста поверхню з дефектами.

Хімічна корозія в рідинах-неелектролітів

Рідини-неелектролітів - це рідкі середовища, які не є провідниками електрики. До них відносяться: органічні (бензол, фенол, хлороформ, спирти, гас, нафту, бензин) - неорганічного походження (рідкий бром, розплавлена сірка і т.д.). Чисті неелектролітів не реагують з металами, але з додаванням навіть незначної кількості домішок процес взаємодії різко прискорюється. Наприклад, якщо нафта буде містити сірку або сірковмісні сполуки (сірководень, меркаптани) процес хімічної корозії прискорюється. Якщо ж збільшиться температура, в рідини виявиться розчинений кисень - хімічна корозія посилиться.