Коррозия металла

Под коррозией понимается процесс воздействия окружающей среды на материал и, следовательно, любой среды на каждый материал. Вследствие универсальности явления коррозия является серьезной национальной экономической проблемой. Все пластмассы и материалы, используемые в сегодняшней технологии и практике, подвержены коррозии с разной скоростью и в различных формах, от металлов до бетона, железобетона, керамики, дерева и до пластмасс.

Взгляды специалистов по коррозии – химиков, инженеров, техников – можно определить только отрицательно (предотвращение повреждений). Поскольку они не могут похвастаться никакими новыми, удивительными, изобретенными продуктами, они, скорее всего, убедят общественность в важности своей чрезвычайно важной работы, используя цифры. Например, по оценкам, почти половина стали, произведенной в 1890-1923 годах (около 1800 миллионов тонн), была повреждена коррозией. Также было подсчитано, что в Германии потери от коррозии составляют около 70 марок на душу населения: в этой стране несколько сотен тонн железа и стали, которые ежегодно превращаются в ржавчину.

Что такое ржавчина?

Это не конкретное вещество, такое как оксиды железа Fe2O3 или Fe3O4, а скорее неопределенная комбинация соединений железа, кислорода и водорода. Основным компонентом ржавчины является соединение с общей формулой FeO (OH), которое представляет собой оксид и гидроксид железа и содержит железо в степени окисления +3. Кроме того, ржавчина содержит воду, оксиды или гидроксиды железа с немного другим составом и некоторое количество карбонатов железа.

Чтобы эффективно противодействовать коррозии, необходимо досконально разбираться в ее механизме и причинах. Ежедневного наблюдения за нашим окружением достаточно, чтобы сделать вывод, что железо не ржавеет в присутствии воды и не ржавеет в присутствии кислорода. Помимо воды и кислорода, ионы водорода являются фактором, значительно ускоряющим ржавление железа. Эти наблюдения помогают составить предположительный механизм процесса ржавления. На первом этапе поверхность железа частично ионизируется под действием воды.

Представленная диаграмма ржавления железа пока не охватывает всех причин, влияющих на интенсивность коррозионных процессов. Это показывает простой опыт. Химически чистый цинк, помещенный в пробирку с соляной или серной кислотой, растворяется очень медленно, и пузырьки газа едва видны. Совершенно иначе ведет себя технический цинк. С самого начала реакция идет бурно, и ее скорость продолжает расти. Аналогично различия наблюдаются при растворении химически чистого и технического железа.

Подобное ускорение процесса растворения можно наблюдать, когда кусок более благородного металла, например меди, прикрепляется или припаян к цинку или высокочистому железу. При попадании в кислоту цинк (железо) интенсивно растворяется.

Значительное увеличение скорости растворения технического цинка или железа при контакте с более благородным металлом можно объяснить образованием электрохимических ячеек. Менее благородный металл играет роль анода, металла, элемента или соединения с более положительным нормальным потенциалом – роль катода. По мере того как анод растворяется в ячейке, неудивительно, что менее благородный металл подвергается коррозии. Технический цинк обычно содержит примеси меди, серебра, графита и углерода, которые при контакте с раствором и цинком образуют короткозамкнутые микроэлементы. В железе положительные полюса микроэлементов могут быть образованы не только примесями других металлов, но прежде всего зернами графита, сплавами железа с углеродом (цементит, аустенит), а также сульфидами и оксидами железа. По мере растворения металла на поверхности загустевает все больше и больше таких примесей, увеличивается количество микроэлементов и усиливается процесс коррозии.

Скорость коррозионных процессов может быть выражена в различных формах. Чаще всего скорость коррозии Vk определяется как потеря массы металла на единицу площади времени.