5

Лабораторная работа 1

ХИМИЧЕСКАЯ КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ

Цель работы: ознакомиться с химической коррозией металлов и с влиянием различных факторов на ее скорость.

1.1. Теоретические предпосылки

Химической коррозией называется процесс самопроизвольного разрушения металлов под действием сухих газов и неэлектролитов. Наиболее распространен-

ным случаем химической коррозии является газовая коррозия под действием воз-

духа, при которой основным окислителем является кислород. В качестве допол-

нительных окислителей в воздухе могут присутствовать сероводород, диоксид се-

ры и др.

Согласно термодинамическим оценкам все металлы, за исключением золота,

должны корродировать под действием кислорода воздуха, при этом на поверхно-

сти металла протекает гетерогенная химическая реакция

2Ме + 02 — 2МеО,

в результате которой на металле появляются продукты коррозии в виде пленки оксидов (другие окислители приводят к образованию солевых пленок). Скорость коррозии, а следовательно и опасность ее для практики, зависит от свойств полу-

чающихся продуктов коррозии. В свою очередь, свойства образующихся при кор-

розии оксидов и солевых пленок определяются тремя основными факторами:

природой корродирующего металла, температурой коррозии, составом коррози-

онной среды.

Необходимо отметить, что торможение газовой коррозии во времени прежде всего определяется так называемым условием сплошности пленки продуктов кор-

розии:

1 < Vок/VМе < 2,5 ÷ 3,5 ,

где VОК - объем продуктов коррозии,

VМе - объем корродирующего металла.

6

При невыполнении условия сплошности, например, Vок/VМе < 1, образую-

щаяся пленка не может защитить металл и не оказывает тормозящего влияния на скорость коррозии. Подобная ситуация характерна при коррозии щелочных и ще-

лочноземельных металлов (К, Na, Ca), в связи с чем они не могут храниться на воздухе при любых температурах. Сплошная защитная пленка не может полу-

читься и в том случае, если Vок/VМе >2,5÷3,5. В этом случае в пленке возникают высокие внутренние напряжения, она постоянно разрушается и отслаивается от поверхности корродирующего металла. Это характерно, например, для коррозии вольфрама при температурах выше 600°С.

В случае образования несплошной пленки ее толщина(h) пропорциональна времени коррозии (t)h = kt. В этом случае говорят, что коррозия протекает по ли-

нейному закону (рис. 1.1).

h

V кор

t		t
Рис. 1.1. Линейный закон роста	Рис. 1.2. Изменение	скорости
оксидной пленки	коррозии во времени при линей-
	ном законе роста оксидной плен-
	ки

Скорость коррозии, которую можно выразить отношениемVкор = dh/dt, при

этом будет постоянна во времени (рис. 1.2).
Для	большинства	конструкционных	металлов	условие	сплошно
(1 < Vок/VМе < 2,5÷3,5) выполняется, пленка			продуктов коррозии получается
сплошной, а скорость коррозии уменьшается во времени. Степень торможения
коррозионного процесса зависит от упорядоченности образующейся пленки,					при

7

этом в зависимости от температуры, состава газовой среды и природы металла могут наблюдаться следующие законы роста оксидной пленки: логарифмический,

степенной, параболический, паралинейный. Графические и математические вы-

ражения этих законов приведены на рис. 1.3, а изменение скорости коррозии от времени при различных законах роста оксидной пленки, - на рис.1.4.

Как видно из рисунка1.4, для практики наиболее благоприятен логарифми-

ческий закон роста оксидной пленки, так как скорость коррозии в этом случае резко снижается со временем, и уже через небольшое время металл практически перестает корродировать. Для многих металлов, в частности для железа, лога-

рифмический закон роста оксидной пленки наблюдается при невысоких темпера-

турах (до 300°С), поэтому химическая коррозия в таких условиях не опасна, а ме-

таллы не требуют специальной защиты. При повышении температуры происходит переход к степенному, параболическому и далее к паралинейному закону, в связи с чем опасность химической коррозии с ростом температуры резко возрастает.

Температура, при которой наблюдается переход к параболическому закону и на поверхности металла начинает образовываться неупорядоченная толстая плен-

ка продуктов коррозии (окалина), называется температурой окалинообразования.

Температура окалинообразования является характеристикой жаростойкости -ме талла, выше температуры окалинообразования металл требует защиты. Для желе-

за, например, температура окалинообразования составляет 300о С, для хрома бо-

лее 1000о С.

С химической коррозией металлов строители сталкиваются при сварке -ме таллов при проектировании и изготовлении печей и других нагревательных уст-

ройств, металлоконструкций, работающих в контакте с горячим металлом, в про-

цессах термической обработки металлов, прежде всего при отжиге.

8

H

Паралинейный закон

h=kiτ

Параболический закон

h2= ki τ

Степенной закон

hn= ki τ , где n = 3,4,5...

Логарифмический закон

h = ki lgτ

t

Рис. 1.3. Зависимость толщины плёнки продуктов коррозии от

времени при различных законах роста оксидной

плёнки

V

кор

Паралинейный

Параболический

Степенной

Логарифмический

t

Рис. 1.4. Изменение скорости коррозии во времени при раз-

личных законах роста оксидной плёнки