Скорость электрохимической коррозии металлов

Скорость электрохимической коррозии

Скорость электрохимической коррозии

  • Скорость электрохимической коррозии. Потенциальная разница Металлы и окислители определяют потенциал коррозии. более Важной характеристикой является скорость коррозии, выраженная следующим уравнением: Потеря металла за единицу времени. Скорость коррозии Также присутствует или Плотность тока. Электрохимическая коррозия k взаимосвязанных ступеней, скорость зависит от скорости.
  • Самая медленная стадия называется контроль (контроль Стадия процесса). Все остальные этапы являются принудительными Имеют скорость, равную скорости предельной стадии процесса Поскольку коррозионный элемент закорочен Движение электронов в мельчайших элементах и ​​металлах невозможно Быть в стадии ограничения процесса. Ионное движение в гонке Кроме того, твор обычно не ограничивает процесс коррозии.

Очень короткое расстояние между микроэлементами (исключение Настройте решение с очень низкой проводимостью Стиль). Людмила Фирмаль

Следовательно, предельная стадия Или реакция анодирования металла (анодный контроль), Или катодная окислительно-восстановительная реакция (катод Контроль) или оба (смешанный контроль). Рассмотрим случай коррозии из-за ограниченной повторной коррозии катода Доля вас. Большинство металлов могут полностью корродировать. Реакция катодного восстановления кислорода и кислоты Буш часто является предельной стадией коррозии. расплав Низкое содержание кислорода в воде и водных растворах.

Так когда 25 ° C и po, = 2 \ кПа (атмосферное парциальное давление кислорода Сфера) 2,6-10 «^ моль / см ^ кислотность растворим в воде Такие, как. Следовательно, восстановление катодного кислорода обычно ограничено Определяемая скоростью диффузии кислорода, реакция Концентрационная поляризация. Максимальная скорость восстановления Кислород меняется и соответственно максимальная скорость Коррозия зависит от предельной плотности тока.

Обновление кислорода по формуле (V II.19); 1’pr = 4 Где Oo — коэффициент диффузии кислорода. Со-концентрация Кислород в растворе, толщина диффузионного слоя. Скорость коррозии из-за деполяризации кислорода составляет Увеличенный коэффициент диффузии и растворимость кислорода При перемешивании раствора (уменьшение 6). кривая Скорость коррозии от температуры системы, сообщу.

Поскольку он связан с атмосферой, он проходит максимальное значение при 70-80 ° С. Это связано с увеличением коэффициента диффузии кислорода Пониженная растворимость кислорода в воде Температура. Для контроля скорости коррозии металла Необходимо снизить концентрацию кислорода Вводя кислород, например, восстановитель, в раствор или Пониженное давление кислорода на раствор.

Скоростной ролик Zii также может быть уменьшен путем изоляции металла от кислорода Или иначе. Изменения в составе катодного узла Влияет на коррозию, вызванную потреблением кислорода. Так степень Обычно чистота металла не играет важной роли Родий с поглощением кислорода, Когда потенциал металла является более отрицательным, чем потенциал водорода Электрод, процесс коррозии Выпуск кислорода и водорода.

Когда содержится кислород Система не существует или быстро расходуется в результате коррозии. Например, в закрытой системе будет происходить только коррозия Водород генерируется. Однако, если в системе присутствует кислород Тема, в некоторых случаях ее скорость восстановления невелика По сравнению со скоростью образования водорода, например Кислота для цинка, железа и марганца.

В первом Приближенно скорость коррозии можно игнорировать. Разговор только о поглощении кислорода и скорости коррозии Выработка водорода благодаря высокой подвижности ионов Обычно стадия подачи не ограничивает реакцию экстракции катода Водородная жидкость. Скорость процесса Активная реакция для восстановления ионов Ade или Связать атомы водорода с молекулами Nad + Nad-►Ng.

Скорость генерации катодного водорода увеличивается следующим образом: При увеличении температуры и концентрации ионов водорода (е рН). На скорость этого процесса большое влияние оказывает природа Катодный сайт. Некоторые металлы, такие как платина, Кобальт, никель и др. Катализируют выработку водорода, Тот же процесс идет быстро. Poeto мю, если композиция металла или сплава содержит металл, Растворение водорода может ускорить коррозию Для этих компонентов сплава.

  • Другие металлы, например Ртуть, свинец, кадмий, цинк, без катализатора или слабой прокатки. Индуцируя катодную эволюцию водорода, Работает медленно. Следовательно, наличие состава сплава Не меняет такие компоненты или базовую скорость коррозии Уменьшение из-за уменьшения металла или площади поверхности Количество основного металла Растворение металла и образование водорода.

Естественное влияние Количественные металлы для скорости выделения водорода Оценка перенапряжения водорода на различных металлах (См. Табл. В Н.З.) Чем ниже водородное перенапряжение, Большая каталитическая активность для реакции распределения Металл высокого качества и имеет высокую скорость образования водорода.

При заданном потенциале в катодной области и, таким образом, Больше скорости коррозии. Людмила Фирмаль

Чем выше перенапряжение, Чем ниже скорость образования водорода при данном потенциале, Катодная часть имеет низкую скорость коррозии металла. Следовательно, скорость коррозии связана с выделением водорода Вы можете замедлить, снизив температуру Концентрация ионов H ‘*’, очистка металла от примесей, прокатка Генерация водорода и изоляция поверхности Металл. Фактическое смешивание растворов не оказывает влияния Скорость образования водорода.

Читайте также:  Условия свариваемости металлов не проявлять склонность

Скорость коррозии была рассмотрена и ограничена до сих пор Существует возможность возникновения катодной реакции. Однако в зависимости от коррозии Контролируется анодной реакцией. Это обычно наблюдается Металлы, которые могут быть пассивированы, такие как хром Алюминий, титан, цирконий, никель, тантал и др. Металл называется повышенным состоянием коррозии Стабильность, вызванная подавлением анодного процесса.

В о Согласно термодинамическим расчетам, банки из пассивного металла Разъедает, но на самом деле не разъедает Дело в том, что анодное растворение происходит очень медленно. Например, стандартный потенциал алюминия (Еа | ‘- / а | = — 1,66 В), цирконий (Е7г7 2 г = -1,54В), титан (Ет | ^ — * / т1 = = -1,63 В), Chrome (Еомд-, =: -0, 7 4

В) будет сильно противодействовать Больший потенциал кислородных и водородных электродов, Поэтому ожидается коррозия Он включает как выделение водорода, так и поглощение кислорода. Однако они характеризуются высокой коррозионной стойкостью. Потому что есть тенденция к пассивации. В основном пассивный Образование оксида или Другой защитный слой. Сильный окислитель способствует?

Это даже вызывает пассивацию металла. Окислители играют двойную роль в процессе коррозии Ох. С другой стороны, его можно восстановить. Способствовать коррозии металла и других (в случае металла, метод Пассивация) — вызывает металлическую пассивацию и острый тор Возможна коррозия. C! Некоторые ионы, такие как ионы, Активировать рот, металл, предотвратить пассивацию, вызвать С1 «способность активации иона является его высоким адом Сорбция металлов и высокая растворимость хлоридов Металл.

удаляет пассивирующий агент с моей поверхности Способствует растворению трески и пассивированных мембран, См. Перенос ионов металлов в раствор. Поэтому в присутствии Ионный раствор C) ‘и многие другие металлические активаторы Пассивирующая способность полностью снижена или потеряна. C1 «Ионы оказывают особенно большое влияние на растворение Железо, хром, никель, алюминий и др.

При рассмотрении кинетики процесса коррозии Создатель электролита до сих пор Действовать по электрохимическому механизму Скорость коррозии из-за химического механизма (то есть прямой Взаимодействие между окислителем и металлом мало). Но совет Русский ученый Я. М. Колотыркин и соавт. найденный Некоторые решения для некоторых металлов (железо и хром) Кислоты (такие как HCl) могут подвергаться химической коррозии Механизм быстрее, чем электрохимия К механизму.

Образовательный сайт для студентов и школьников

Копирование материалов сайта возможно только с указанием активной ссылки «www.lfirmal.com» в качестве источника.

© Фирмаль Людмила Анатольевна — официальный сайт преподавателя математического факультета Дальневосточного государственного физико-технического института

Источник

ЛЕКЦИЯ 22. СКОРОСТЬ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ КОРРОЗИИ

термодинамика устанавливает возможность протекания процесса коррозии, но не дает реальных представлений о скорости коррозии.

2) Глубинный показатель — уменьшение толщины металла в единицу времени [мм/год].- Кг. Для пересчета единиц есть таблицы.

По скорости коррозии – 3 группы металлов:

а) 1,5 мм/год – не стойкие, не используются в коррозионной среде

3) Коррозионный ток (плотность коррозионного тока). Скорость электрохимической коррозии можно выразить величиной тока, приходящегося на единицу площади металла, растворенного в единицу времени.

МЭ молярная масса эквивалента металла, г/моль.

F – число Фарадея,96500 кл

iкор = плотность коррозионного тока, А/м 2 .

Как и при работе обычного Г.Э. при работе К.Г.Э имеет место поляризация, приводящая к понижению ЭДС и понижению V коррозии. Скорость электрохимической коррозии зависит от скорости лимитирующей стадии.:

V = V лим. ст. (анод: растворение М; катод: поглощение О2, выделение Н2).Чтобы ↓V нужно ↓Vлим.ст.,т.е. ↑ поляризацию.

Поляризационные кривые коррозионного микроэлемента – коррозионные диаграммы.

Как и в гальваническом элементе, потенциал анодного процесса смещается в более положительную сторону, а катодного — в более отрицательную.

При некотором токе iкор кривые пересекаются. (Ток анодного растворения равен току катодного восстановления окислителя). При этом на поверхности металла устанавливается стационарный потенциал Ес, или потенциал коррозии Екор.

Читайте также:  Распознавание соединений металлов практическая работа

1) Лимитирующая стадия – катодное выделение водорода (обычно в кислых средах). Замедленность стадии определяется электрохимической поляризацией при выделении Н2,зависящей от рН, Т ,природы катодных участков. Такие примеси как платина, кобальт, никель катализируют выделение водорода. Скорость катодного процесса будет выше, чем на чистом М (поляризация катодной кривой уменьшится) Þ точка пересечения сместится вправо, то есть iкор увеличится Þ i’.

Другие металлы( например, ртуть, свинец, кадмий), напротив, увеличивают перенапряжение водорода(поляризация катодной кривой увеличится) Þ iкор уменьшится Þ i”. V = f ( рН,Т,природа кат.уч.)

Итак, Скорость коррозии с выделением водорода может быть замедлена снижением температуры, увеличением pH среды, очисткой металла от каталитических примесей, изоляцией поверхности металла. Перемешивание раствора практически не влияет, т.к. поляризация электрохимическая.

2) Лимитирующая — стадия анодного окисления металла.

Для металлов, способных пассивироваться: таких, как хром, алюминий, титан, цирконий, никель, тантал и др. Пассивность – состояние повышенной устойчивости М, вызванное торможением анодной реакции в определенной области потенциалов.При некотором потенциале Епас скорость растворения анода резко падает Þ металл переходит в пассивное состояние. Во всей области пассивности . В области пассивности анодное растворение протекает крайне медленно.

Коррозионная диаграмма (явление пассивации металла)

Пассивность, в основном, вызывается образованием на поверхности металла оксидных или иных защитных слоев,( например, Сr2О3 на хроме, ТiО2 на титане, Al2О3 на алюминии, Та2О5 — на тантале).

Сильные окислители способствуют или даже вызывают пассивацию металлов, так:

Концентрированные HNO3 и H2SO4 пассивируют железо. Вещества, вызывающие пассивацию М – пассиваторы коррозии (NO3 — ,Cr2O7 2- …) Вещества, стимулирующие коррозию — активаторы. Анионы Cl- , Br- активаторы коррозии, что связано с их высокой адсорбционной способностью и восстановлением пассивной пленки на М. Так, 2Cl — →2Cl — адс+ M(OH)2→MCl2 + 2OH —

Разбавленные кислоты HNO3,H2 SO4 — активаторы коррозии.

Источник

Электрохимическая коррозия

Электрохимическая коррозия — самопроизвольный окислительно-восстановительный процесс разрушения металлов и сплавов под влиянием внешних факторов, в котором, в отличие от химической коррозии, наблюдается направленное движение электронов от окисляемого металла к окислителю.

Электрохимическая коррозия возникает, когда соприкасаются два металла различной активности . Различие в энергиях ионизации и в величине сродства к электрону заставляет электроны переходить от более активного металла к менее активному, что и запускает процесс электрохимической коррозии.

Механизм электрохимической коррозии.

Процессы электрохимической коррозии протекают по законам электрохимической кинетики, когда общая реакция взаимодействия может быть разделена на следующие процессы:

1) анодный процесс — переход ионов окисленного металла в раствор, сопровождающийся гидратацией (сольватацией):

2) омический процесс — перетекание освободившихся электронов от анодных участков к катодным и движение ионов в растворе;

3) катодный процесс — ассимиляция электронов каким-либо окислителем, при этом происходит катодное восстановление окислителя Ох:

Окислителями при коррозии служат молекулы кислорода О2, хлора Cl2, ионы Н + , Fe 3+ , NO3 – и др. Наиболее часто при коррозии в нейтральной и щелочной среде наблюдается восстановление кислорода:

а в кислой среде — выделение водорода:

Коррозия с участием молекулярного кислорода называется коррозией с кислородной деполяризацией. Коррозия с участием ионов водорода называется коррозией с водородной деполяризацией.

Кроме электрохимических реакций при коррозии обычно протекают вторичные химические процессы, например взаимодействие образующихся ионов металла с гидроксид-ионами, концентрация которых повышается в результате катодных реакций:

Рис. 5. Атмосферная коррозия в результате контакта меди и железа

Например, если железо находится в контакте с медью в атмосфере влажного воздуха (рис. 5), то менее активный металл медь выступает в роли катода, на котором происходит восстановление окислителя, а материал анода окисляется.

Возникает гальванопара, при работе которой происходят процессы:

анод Fe 0 – 2 → Fe 2+ ;

Далее происходят вторичные процессы:

Образующийся гидроксид железа (II) легко окисляется кислородом воздуха, что в конечном итоге приводит к образованию ржавчины mFe2O3 · nFeO · pH2O.

Образование гальванического элемента (гальванопары) из двух различных по активности металлов приводит к коррозии более сильной, чем для исходного активного металла. Например, цинк в растворе соляной кислоты (Е 0 Zn2+/Zn 0 = – 0,762 B) реагирует с выделением водорода:

или в ионном виде:

Читайте также:  Как металлы взаимодействуют с растворами кислот

Zn + 2H + = Zn 2+ + H2↑;

но постепенно изолируется от раствора мелкими пузырьками образовавшегося газа, в результате чего его дальнейшее растворение прекращается.

Медь с разбавленной соляной кислотой не реагирует, так как находится в ряду напряжений после водорода, её стандартный электродный потенциал Е 0 Cu2+/Cu 0 = +0,34 B. Но цинк в контакте с медью образует в разбавленной соляной кислоте коррозионную гальванопару:

В кислой среде наблюдается электрохимическая коррозия Zn с водородной деполяризацией, в которой роль анода играет более электроотрицательный (более активный) металл — цинк, так как

В процессе коррозии цинк растворяется:

анод: Zn – 2 → Zn 2+ (окисление);

омический процесс — переход электронов с анода на катод:

Zn 2? Cu;

катод: 2H + + 2 → H2 (на поверхности меди).

Продукт коррозии в кислой среде — хлорид цинка:

Zn 2+ + 2Cl – = ZnCl2.

Очень часто электрохимическая коррозия возникает, когда металл содержит вкрапления металла меньшей активности или неметаллические, но, вместе с тем, токопроводящие включения (как, например, происходит в стали, где есть многочисленные включения карбида железа FeC3), становящиеся катодными участками электрохимической коррозии.

В качестве примера рассмотрим железо, которое в качестве примеси содержит включения меди (рис. 6). Вся конструкция погружена в разбавленный раствор соляной кислоты HCl. На поверхности меди происходит восстановление окислителя, а материал анода окисляется и растворяется:

HCl ←→ H + + Cl – . Анод Fe 0 – 2? → Fe 2+ ; Fe 2+ +2Cl – ←→ FeCl2. Катод H + + ? → Н 0 ; 2H 0 ←→ H2↑.
Рис. 6. Коррозия железа с включениями меди

Электрохимическая коррозия и ЭДС гальванопары.

Возможность протекания коррозии может быть установлена по знаку ЭДС образующегося гальванического элемента. Если ЭДС > 0, то коррозия возможна. ЭДС равна разности потенциалов окислителя и восстановителя (катода и анода), поэтому коррозия возможна при условии, что потенциал катода (окислителя) положительнее потенциала анода (восстановителя). Если на аноде идет растворение металла, то должно быть ЕОх > ЕMen + /Me 0 .

Потенциал кислородного электрода при 298 К описывается уравнением:

Е 0 O2/OH – = 1,23 – pH + lgPO2.

Потенциал водородного электрода описывается уравнением:

Е 0 2H+/H2= 0,00 – pH + lgPH2.

Графики зависимостей приведены на рис. 7, по ним можно определить возможность протекания коррозии различных металлов в водных средах.

Если потенциал металла положительнее потенциала кислородного электрода (который равен +1,2 В в кислой среде при pH = 1 и составляет около +0,8 В в нейтральной среде при pH = 7), то коррозия металла невозможна (область III).

Рис. 7. Зависимость потенциала кислородного (линия 1) и водородного (линия 2) электродов от значения pH среды при PO2 и PH2 = 1 атм

Если потенциал металла положительнее потенциала водородного электрода (последний равен нулю в кислых средах при pH = 1 и составляет около – 0,41 В в нейтральной среде при pH = 7) и отрицательнее потенциала кислородного электрода (область II), то коррозия возможна с поглощением кислорода и невозможна с выделением водорода.

Если потенциал металла отрицательнее потенциала водородного электрода (область I), то возможна коррозия как с поглощением кислорода, так и с выделением водорода. К таким металлам относятся щелочные, щелочноземельные, алюминий, цинк, и др.

Скорость электрохимической коррозии.

Действие гальванических элементов в значительной мере зависит от поляризации и деполяризации. При этом может происходить как поляризация анода, которая выражается в том, что его потенциал становится более положительным, так и поляризация катода, вызываемая смещением его потенциала в отрицательную сторону.

Поляризация снижает скорость коррозии во много раз. Без поляризации многие металлы, в том числе и железо, корродировали бы с такой высокой скоростью, что потеряли бы свое техническое значение.

Скорость электрохимической коррозии можно определить по формуле:

,

где I — сила тока, величина которого указывает на скорость коррозии; R — омическое сопротивление раствора электролита; Па — поляризация анода, Пк — поляризация катода; Е — электродвижущая сила.

В зависимости от того, какая из величин (R, Па, Пк) оказывает ограничительное действие на скорость процесса, различают коррозию с различным контролем:

Контролирующая стадия является лимитирующей для всего процесса, т.е. ограничивает скорость коррозии в целом, так как протекает медленнее других. Возможен и смешанный контроль, когда слагаемые в знаменателе приблизительно равны по величине.

Источник

Поделиться с друзьями
Металл