Учебник. Электрохимическая коррозия

В основе коррозийных процессов лежат окислительно-восстановительные реакции металлов с окружающей средой, сопровождающиеся переходом металлов в более термодинамически устойчивое состояние.

Рассмотрим коррозию железа как электрохимический процесс. Ржавление железа есть не что иное, как анодная реакция ${\text{Fe}}_{\text{(тв)}}\to {\text{Fe}}^{\text{2+}}+\text{2}\text{e}\text{,} E_{{\text{Fe}}^{\text{2+}}\text{/Fe}}^{\mathrm{ˆ}}=\text{+0,041}B.$

Катодная реакция – восстановление атмосферного кислорода: ${\text{O}}_{\text{2}}\text{(г)}+{\text{4H}}^{\text{+}}+\text{4e}\to {\text{2H}}_{\text{2}}{\text{O}}_{\text{(ж)}} E_{{\text{O}}_{\text{2}}{\text{/4OH}}^{\mathrm{-}}}^{\mathrm{ˆ}}=\text{+1,23}B.$

Водородные ионы поставляет вода. Если бы в воде не было растворенного кислорода, то коррозия была бы невозможна. Следовательно, железо корродирует в слое воды, насыщенном кислородом. Таким образом, начальную стадию коррозии железа можно передать реакцией 2Fe + O₂ + 4H⁺ → 2FeO + 2H₂O.

На скорость коррозии существенное влияние оказывает концентрация ионов H⁺. Повышение pH приводит к замедлению коррозии, поскольку восстановление O₂ из H₂O замедляется. При pH = 9–10 коррозия железа практически прекращается. Известно, что в водной среде ионы Fe²⁺ в присутствии кислорода окисляются до Fe³⁺. Вторая стадия коррозии соответствует реакции образования гидратированного оксида железа (ржавчины) Fe₂O₃ċnH₂O (рис. 7.4): 4Fe²⁺ + O₂ + 4H₂O + xH₂O = 2Fe₂O₃ċxH₂O + 8H⁺.

Коррозия железа кислородом воздуха, растворенным в воде

Для защиты железа от коррозии используются всевозможные покрытия: краска, слой металла (олова, цинка). При этом краска и олово предохраняют от коррозии до тех пор, пока защитный слой цел. Появление в нем трещин и царапин способствует проникновению влаги и воздуха к поверхности железа, и процесс коррозии возобновляется, причем в случае оловянного покрытия он даже ускоряется, поскольку олово служит катодом в электрохимическом процессе (рис. 7.5).

Коррозия «белой жести»

Оцинкованное железо ведет себя иначе. Поскольку цинк выполняет роль анода, то его защитная функция сохраняется и при нарушении цинкового покрытия (рис. 7.6).

Катодная защита в оцинкованном железе

Катодная защита широко используется для уменьшения коррозии подземных и подводных трубопроводов и стальных опор высоковольтных передач, нефтяных платформ и причалов.

Катодная защита подземного трубопровода