Электрохимическая коррозия

Электрохимическая коррозия металлов – коррозия, протекающая по электрохимическому механизму, – происходит в тех случаях, когда окружающая среда является электролитом. Обычно это водные растворы солей, кислот и щелочей, пленка воды с растворенными в ней газами, влага почвы и т.д. В этом случае коррозию можно представить как результат работы короткозамкнутого гальванического элемента (рис.9.5).

Любые неоднородности поверхности металла или контактирующего с ним электролита (локальные различая концентрации растворенных веществ) приводят к образованию участков с различным значением электродных потенциалов. Вследствие электропроводности металла образуется система короткозамкнутых гальванических элементов. На участках с меньшим значением электродного потенциала (анод) происходит окисление поверхностных атомов металла:

анод (-): Ме⁰ ® Меⁿ⁺ + nē

На участках с большим значением электродного потенциала (катод) происходит восстановление компонентов окружающей среды:

катод (+): Ox + nē ® Red

Рис. 9‑5 Схема коррозионной электрохимической системы: 1 - окисление поверхностных атомов металла; 2 – переход электронов с анодного на катодный участок; 3 – восстановление ионов или молекул среды

Отличительной особенностью коррозионного гальванического элемента является отсутствие внешней цепи. Электроны не выходят из корродирующего металла, а двигаются внутри него (рис.9.5). При этом энергия электрохимической реакции переходит только в теплоту, которая рассеивается в окружающей среде.

Анодная и катодная реакции равновероятно могут протекать в любой точке однородной поверхности металла. В этом случае коррозия называется гомогенно-электрохимической. Обычно на границе раздела «металл – электролит» существуют неоднородности поверхности металла или электролита. Это приводит к возникновению участков, на которых энергетически выгодно протекание либо анодного, либо катодного процессов. В этом случае коррозия называется гетерогенно-электрохимической.

Неоднородность системы «металл – электролит» и, как следствие, возникновение коррозионных гальванических элементов могут быть вызваны следующими причинами:

- неоднородностью металла по химическому или фазовому составу (если, например, изделие состоит из деталей, изготовленных из разнородных металлов);

- наличием на поверхности окисных пленок;

- различием концентраций растворенных в электролите веществ на отдельных участках контакта металла с электролитом;

- неодинаковой температурой различных участков металла;

- механическими напряжениями в металлической детали.

Обычно анодные и катодные участки поверхности металла имеют малые размеры. При контакте металла с электролитом возникает большое число коррозионных микроэлементов, работа которых и приводит к электрохимической коррозии.

Короткозамкнутый гальванический элемент является полностью поляризованной электрохимической системой. В результате поляризации (катода – h_к и анода – h_а) потенциалы анодных и катодных участков выравниваются и приобретают значение j_корр, которое называется стационарным потенциалом коррозии, которому соответствует максимальная плотность коррозионного тока i_корр(рис.9.6). При этом коррозионная реакция протекает с максимальной скоростью.

Рис. 9‑6 Поляризационные кривые коррозионного гальванического элемента