7.2.1.Химическая коррозия

Химическая коррозия представляет собой самопроизвольное разрушение металлов:

1. Газовая (высокотемпературная) коррозия - в среде газа-окислителя (O₂, F₂, Cl₂, SO₂) при повышенных температурах. Газовой коррозии подвергаются детали и узлы двигателей внутреннего сгорания, газовых турбин, ракетных установок.

2. Коррозия в жидких неэлектролитах - агрессивных органических жидкостях.

Сущность процессов коррозии этого вида сводится к окислительно-восстановительной реакции, осуществляемой непосредственным переходом электронов металла к окислителю.

Рассмотрим химическую коррозию в атмосфере кислорода. Уравнение реакции окисления металлов кислородом можно записать в общем виде:

Воспользовавшись следствием из закона Гесса, рассчитаем энергию Гиббса указанной реакции. Нетрудно видеть, что G_х.р. = _fG(Me_xO_y). Для подавляющего большинства металлов стандартная энергия Гиббса их окисления меньше нуля, что говорит о возможности протекания этой реакции при атмосферном давлении кислорода.

_fG(Al₂O₃) = -1582 кДж/моль, _fG(TiO₂) = -888 кДж/моль,

_fG(FeO) = -244 кДж/моль, _fG(Au₂O₃) = +88 кДж/моль.

Таким образом, с термодинамической точки зрения, большинство металлов в атмосфере кислорода могут подвергаться химической коррозии.

Следует отметить, что коррозионная стойкость¹ металлических конструкций во многом зависит от свойств поверхностных оксидных слоев. Например, на поверхности алюминия образуется сплошная, хорошо сцепленная с металлом оксидная пленка, которая защищает его от дальнейшего окисления. Подобные защитные пленки имеются также у хрома, цинка, титана и других металлов, что позволяет использовать их в качестве распространенных конструкционных материалов.

Другие металлы, например, железо, в условиях контакта с воздухом и влагой образуют пористую, рыхлую, плохо сцепленную с металлом поверхностную пленку ржавчины, не способную защитить металл от разрушения:

4Fe + 2H₂O + 3O₂ = 2(Fe₂O₃H₂O)

Помимо кислорода, сильными агрессивными свойствами по отношению к металлам при повышенных температурах обладают F₂, Cl₂, SO₂. Их окислительная активность по отношению к различным металлам неодинакова. Так, например, алюминий и его сплавы, хром и стали с высоким содержанием хрома устойчивы в атмосфере кислорода, но неустойчивы в атмосфере хлора. Никель в атмосфере диоксида серы неустойчив, а медь - устойчива.

Коррозия низколегированных и углеродистых сталей двигателей внутреннего сгорания в выхлопных газах зависит от соотношения CO и O₂ в них. Так, повышение содержания O₂ увеличивает скорость газовой коррозии, а повышение содержания CO ослабляет ее. Ряд металлов (Co, Ni, Cu, Pb, Cd, Ti) устойчив в атмосфере водяного пара, т.е. при температурах выше 100 С.

Скорость коррозии металлов в разных средах обусловлена, прежде всего, свойствами образующихся на поверхности металлов пленок. При изменении состава внешней среды изменяется состав защитных пленок и их физико-химические свойства. Кроме того, атомы различных реагентов с разной скоростью диффундируют через защитную пленку.