Лекция 3 Химическая коррозия

 План лекции:

1. Коррозия металлов в жидкостях-неэлектролитах.

2. Характеристика процессов газовой коррозии.

Химическая коррозия – процесс разрушения металлов под действием внешней среды, вступающей с ним в химическое взаимодействие. Такие процессы не сопровождаются образованием электрического тока. К химической коррозии относят коррозию в жидкостях неэлектролитах и газовую коррозию.

Химическая коррозия металлов – это самопроизвольный окислительно-восстановительный процесс, подчиняющийся законам гетерогенных химических реакций, которые осуществляются одновременно в одном акте в точке взаимодействия металла с  агрессивной средой. Металл в процессе химической коррозии выступает в роли восстановителя и окисляется. Компонент агрессивной среды выступает в роли окислителя восстанавливается. В роли окислителей могут быть О₂, Cl₂, НСl, SO₂, СО₂ и т.д. Для большинства процессов основным условием осуществления химической коррозии является отсутствие на поверхности металла пленки воды. Это требование может быть достигнуто при соблюдении одного из трех условий:

• реагирующие газы содержат минимальное количество влаги (как правило, не более сотых долей процента);

• контакт металла и газов осуществляется при высоких температурах, превышающих «точку росы», когда конденсация влаги на поверхности металла не происходит;

• металл находится в среде неполярных органических соединений.

Наиболее часто химический механизм реализуется в процессах газовой коррозии и в жидкой среде неэлектролитов.

1. Коррозия металлов в жидкостях-неэлектролитах

К жидкостям-неэлектролитам, т. е. неэлектропроводным жидким средам, относятся жидкости органического происхождения — спирты, бензол, фенол, хлороформ, тетрахлорид углерода, нефть, керосин, бензин и т. д., а также ряд жидкостей неорганического происхождения — расплавленная сера, жидкий бром и др. В чистом виде органические растворители и входящие в состав нефти и жидких топлив углеводороды слабо реагируют с металлами, но в присутствии даже незначительного количества примесей процессы взаимодействия резко интенсифицируются. Ускоряют коррозионные процессы:

1) содержащиеся в нефти серосодержащие соединения (сероводород, меркаптаны, а также элементарная сера).

Сероводород взаимодействует с железом, свинцом, медью, серебром с образованием сульфидов:

4Аg + 2Н₂S + О₂ = 2Аg₂S + 2Н₂О.

Меркаптаны (R–SН) вызывают коррозию меди, никеля, серебра, свинца, олова и других металлов.

Сера в расплавленном состоянии реагирует практически со всеми металлами, заметно разрушая олово, свинец, медь, меньше — углеродистые стали и титан и незначительно — алюминий.

2) присутствие воды увеличивает коррозионную активность сырой нефти, содержащей тиоспирты и сероводород. Бензин прямой перегонки при отсутствии воды практически не оказывает коррозионного воздействия на сплавы черных металлов. Крекинг-бензины при взаимодействии с металлами (Fе, Сu, Мg, Рb, Zn) осмоляются, кислотность среды возрастает, что и способствует коррозии.

3) повышение температуры среды.

4) растворенный в жидкости кислород.

5) присутствие в жидких неэлектролитах влаги обеспечивает интенсивное протекание процесса коррозии по электрохимическому механизму. Например, при содержании в тетрахлориде углерода следов воды скорость коррозии стали резко возрастает:

ССl₄ + Н₂0→СС1₃ОН + НС1 или ССl₄ + Н₂0→СО₂ + 4НС1.

Алюминий разрушают даже безводные хлорсодержащие органические растворители.

Защиту металлических конструкций, работающих в среде жидкостей-неэлектролитов, ведут либо подбором устойчивых в данной среде металлических конструкционных материалов (например, для оформления процессов каталитического и термического крекинга нефти применяют высокохромистые стали), либо нанесением специальных защитных покрытий (в частности, для работы в среде неэлектролитов, содержащих соединения серы, изделия покрывают алюминием).

2. Характеристика процессов газовой коррозии

Газовая коррозия — наиболее распространенный вид химической коррозии. Это процесс разрушения металлов и сплавов в результате химического взаимодействия с сухими газами при высоких температурах (например, коррозия материалов двигателей внутреннего сгорания, камер сгорания, реактивных сопл под действием газовых продуктов горения топлива). В большинстве случаев сухие газы представлены кислородсодержащими газами, такими как, сухой воздух, углекислый газ, сухой водяной пар, чистый кислород. Причина газовой коррозии металлов — их термодинамическая неустойчивость в данной газовой среде при определенных внешних условиях (температуре и давлении).

Типичным случаем газовой коррозии является взаимодействие металла с кислородом:

Ме+1/2 О₂ D МеО.

Направление химической реакции окисления металлов определяется парциальным давлением кислорода в газовой смеси (р) и давлением диссоциации оксида при данной температуре (р_МеО). Возможны следующие пути протекания этой химической реакции:

а) р=р_МеО — реакция находится в равновесии;

б) р>р_МеО — реакция сдвинута в сторону образования оксида;

в) р<р_МеО — реакция протекает в обратном направлении (оксид будет диссоциировать на чистый металл и кислород).

Если процесс окисления происходит в воздушной атмосфере, то величину рможно считать постоянной.

 Таким образом, зная р и р_МеО в газовой смеси. Можно определить температурные границы термодинамической вероятности данного процесса. Давление диссоциации оксида возрастает с повышением температуры, поэтому, несмотря на то, что повышение температуры ускоряет химические реакции окисления металлов, термодинамическая вероятность этих процессов снижается.

Понизить температурную границу возможности окисления для таких металлов, как железо, никель, цинк возможно применяя обескислороженную атмосферу ( в сравнении с воздухом).