Причины коррозии, защита металла от коррозии, механизм коррозии железа и стали

| 2 октября, 2021 | Химия

Чистые металлы не подвержены коррозии легко, даже чистое железо (коррозия требует различных элементов и электролита для образования гальванического элемента ). Большинство металлов содержат примеси, активирующие процесс коррозии, эти примеси могут быть менее химически активными металлами или присутствием углерода, которые образуют гальванический элемент с Реактивный металл. Реактивный металл действует как анод и окисляется (корродирует), поэтому углерод вызывает коррозию стали.

Механизм коррозии

Коррозия — это электрохимический процесс, при котором металлы окисляются (теряют электроны ), он повреждает 25% от общего мирового выхода железа в год.  Коррозия большинства промышленных металлов, таких как железо и сталь, вызывается наличием различных примесей, где происходит контакт между менее активный металл и более активный металл приводит к образованию гальванического элемента, который состоит из:

  • Анод — более активный металл (корродированный мета).
  • Катод — это менее активный металл или углерод, присутствующий в виде примесей.

Ржавчина железа и стали

Когда кусок железа подвергается воздействию царапин или трещин, А гальванический элемент будет сформирован (железа анод-углерод и примеси катод и воду , которая содержит некоторые ионы будут электролит), электролит является вода , которая содержит растворенные ионы и т он анод железный .

Анодная (окислительная) реакция: 2 Fe → 2 Fe 2+ + 4 e —

Ионы железа Fe 2+ выделяются из раствора электролита . Электроны переносятся через кусок железа на катод (таким образом, кусок железа действует как анод и внешняя цепь) . Катод — это примесь углерода в железе.

Катодная (восстановительная) реакция: 2H 2 O + O 2 + 4e — → 4OH — .

Электролит — это вода, содержащая растворенные ионы Fe 2+, которые соединяются с ОН — с образованием гидроксида железа (II) Fe (OH) 2 .

2 Fe 2+ + 4 OH — → Fe (OH) 2

Fe (OH) 2 будет окисляться кислородом, растворенным в воде, до гидроксида железа (III).

2 Fe (OH) 2 + ½ O 2 + H 2 O → 2 Fe (OH) 3

Добавляя предыдущие уравнения, мы получаем полное уравнение коррозии чугуна.

Общая клеточная реакция: 2 Fe + 3 H 2 O + 3/2 O 2 → 2 Fe (OH) 3

Ржавчина — медленный процесс из-за наличия ограниченного количества ионов в воде, и он увеличивается, если большое количество ионов присутствует в воде в виде морской воды.

Факторы, вызывающие коррозию

Эти факторы можно разделить на два типа:

  1. Факторы, специфичные для самого металла.
  2. Факторы, характерные для окружающей среды.

Факторы, специфичные для самого металла

Неоднородность сплавов: металлы, используемые в промышленности, в основном существуют в виде сплавов, которые трудно приготовить с однородной структурой, поэтому образуется большое количество локальных ячеек, которые вызывают коррозию более активного металла. бесконечное количество гальванических элементов вызывает коррозию самого реактивного металла в сплаве.

Соединение металлов друг с другом: в точках сваривания металлов вместе или с помощью винтов, сделанных из другого металла, это вызывает образование локальных гальванических ячеек, вызывающих коррозию наиболее активного металла, так как при контакте алюминия с медью алюминий подвергается коррозии. Во-первых, и контакт между железом и медью, железо в первую очередь подвергается коррозии.

Внешние факторы (факторы, характерные для окружающей среды)

Вода , кислород и соли считаются от внешних факторов, вызывающих коррозию металла.

Электрохимический механизм коррозии железа

Железа металл и вода , которая содержит растворенные ионы представляют собой гальванический элемент , в котором железо окисляется до Fe 2+ в области поверхности (анодной области) , удаленный от атмосферного O 2 и O 2 уменьшаются вблизи края воды на другом В области поверхности (катодная область) электроны текут от анода к катоду через металл, который действует как внешний контур, в то время как ионы текут через воду, которая действует как электролитический раствор. Растворенный O 2 окисляет Fe 2+ до Fe 3+. до того, как он осядет в виде ржавчины Fe (OH) 3 .

Защита металла от коррозии

Окрашивание железа органическими материалами, такими как масло, лак или грунтовка, Покрытие железа коррозионно-стойкими металлами, например, в процессе гальванизации стали, путем погружения стали в расплавленный цинк, также магний используется для защиты стали, используемой в судостроении, а олово используется для защиты железа, которое используется в банках.

Катодная защита (катодная крышка): если защитный элемент менее активен (например, олово), чем исходный элемент (например, железо), образуется гальванический элемент, в котором железо становится более активным металлом и анодом, в то время как олово становится менее активным и катод, поэтому , железо корродировало, поэтому железо, покрытое оловом, корродировало при царапании быстрее, чем железо.

Катодная защита включает покрытие основного металла другим менее активным металлом. Она защищает нижележащий основной металл из-за его благородных свойств и более высокой коррозионной стойкости. Потенциал восстановления защитного металла выше, чем у основного металла. основной металл подвержен коррозии, например, покрытие железа Sn.

Анодная защита (анодное покрытие): покрытие металла другим более активным металлом, таким как покрытие железа цинком (гальванизация железа), где Zn предшествует железу в электродвижущей серии , затем образуется гальванический элемент, в котором Zn действует на анод, поэтому он подвергается коррозии полностью сначала перед началом коррозии железа, которая занимает много времени, поскольку коррозия железа начинается на его поверхности.

Поскольку шасси кораблей постоянно находятся в контакте с соленой водой, а также с железными трубами, которые заглублены во влажную почву, они больше подвержены коррозии, и их можно защитить, подключив их к более активному металлу, чем железо, такое как Mg, которое действует как анод. , в этом случае корродирует Mg вместо железа и называется жертвенным электродом.

Анодная защита включает покрытие основного металла другим более активным металлом.Она жертвенно защищает нижележащий основной металл.Потенциал восстановления защитного металла ниже, чем у основного металла, если в слое покрытия происходит царапание, основной металл не подвергается коррозии. , до тех пор, пока не будет израсходован весь металл покрытия, например, покрытие железа Zn и Mg.

Жертвенный электрод: железные трубы, которые погребены во влажной среде, и шасси судов всегда соединяются с водой, они более подвержены коррозии, чтобы защитить их от коррозии, подключив их к более активному металлу (Mg), который действует как анод, Магний подвергается коррозии. вместо железа и называется жертвенным электродом.