2.2. Механизм химической коррозии

Кинетику протекания химической коррозии рассмотрим на примере окисления железа кислородом воздуха:

Fе + О₂ = FеO (2.2.1)

Химическая коррозия железа протекает в две стадии. На первой стадии на стальном изделии адсорбируется слой кислорода по форме:

Me + О₂ - Ме|2О, (2.2.2)

где запись Ме|2О обозначает твердую стальную поверхность изделия, покрытую слоем адсорбированного кислорода. Во второй стадии происходит химическое взаимодействие (окислительный процесс), при котором окислитель (кислород), отнимая из кристаллической решетки стального изделия электроны, одновременно вступает с ним в химическое соединение, являющееся продуктом коррозии по cледующей схеме:

Fe + O_адс = Fe²⁺ + O^2- = FeO (2.2.3)

С чисто термодинамической точки зрения интенсивность протекания такого вида реакций зависит от химической активности металлов по отношению к кислороду. Например, алюминий по отношению к кислороду проявляет такую большую химическую активность, что отбирает его даже у воды, разлагая ее: 2Al + 6H₂O = 2Al(OH)₃ + 3H₂ , если каким-нибудь способом разрушать образующуюся на поверхности алюминия окисную пленку. Как правило, в ходе данных химических реакций на поверхности металла образуются окисные пленки, которые препятствуют течение химической коррозии. Если образующаяся пленка получается рыхлой или порошкообразной, то в дальнейшем окисляются все новые и новые слои металла и сооружение (изделие) быстро разрушается. Если же на поверхности образуется сплошная плотная пленка, через которую не может проникнуть кислород, то химический процесс окисления прекращается сам собой. В этом случае пленка защищает металл от дальнейшего разрушения, т.е. пассивирует его. Так, например, происходит у алюминия – интенсивно протекающая химическая коррозия сама себя тормозит.

В общем случае использование металла в качестве конструкционного материала в данной окружающей среде возможно только в том случае, если процесс окисления достаточно заторможен. Скорость окисления не связана непосредственно с величиной изменения изобарно-изотермического потенциала, а зависит от кинетических факторов. Например, - G А1₂Оз > -- G Fе₂О₃, однако железо в большей степени подвергается коррозионному разрушению, чем алюминий из-за наличия на последнем твердой и сплошной окисной пленки. Таким образом, нет однозначной связи между химической активностью металлов по отношению к кислороду и их коррозионной стойкостью.

Для понимания процесса химической коррозии и разработки против нее эффективной защиты необходимо прежде всего знать механизм окисления металла и свойства окисной пленки. Известно, что активность металлов по отношению к кислороду уменьшается с повышением температуры. При нагревании оксида металла до соответствующей температуры происходит его разложение (диссоциация), и реакция (2.2.3) протекает справа налево до конца. Мерой стойкости оксида можно считать давление образующегося газообразного кислорода (после установления равновесия) над помещенным в закрытый сосуд оксидом - давление диссоциации. Оксид образуется на поверхности металла только при такой температуре, когда давление диссоциации меньше, чем парциальное давление кислорода в соприкасающемся с металлом газе (например, воздухе, дыме). Так, давление диссоциации оксида серебра примерно при 400°С превосходит парциальное давление кислорода в воздухе, поэтому при температуре выше 400°С на поверхности серебра коррозии не наблюдается. У окислов железа (FeO) давление диссоциации очень мало даже при 2000°С, поэтому окисление железа протекает и при высоких температурах.

Стабильность оксида металла - необходимое условие начала процесса коррозии, но дальнейшее окисление и величина ущерба зависят от свойств оксида.