Механизм химической коррозии

Термодинамика химической коррозии

Первопричиной химической коррозии Me является их термодинамическая неустойчивость при данных внешних условиях. В этом случае самопроизвольно протекает реакция:

Me+Ox = продукт реакции

Принципиальная возможность самопроизвольного протекания химического процесса определяется знаком изменения изобарно-изотермического потенциала:

∆G<0 – процесс возможен;

∆G>0 – процесс невозможен;

∆G=0 – процесс находится в равновесии.

Химическая реакция окисления металла:

Me + О₂↔ MeO будет находится в равновесии, если парциональное давление кислорода P_О2 и давление диссоциации окисла P_МеО станут равными. При P_О2> P_МеО реакция будет протекать в сторону образования окисла. При P_О2< P_МеО реакция протекает в обратном направлении, т.е. окисел будет разлагаться на чистый металл и кислород.

Механизм химической коррозии

Большинство металлов при взаимодействии с кислородом или другими окислителями покрывается плёнкой окисла или другого соединения. Первой стадией взаимодействия металлов с коррозионной средой является адсорбция окислителя на поверхности металла. Связь между металлом и окислителем обычно имеет химическую природу, т.е. протекает реакция хемосорбции:

Me(T) + O₂(г) = Me(T)/2O(адс)

Me(T)/2О (адс) – это символ означает поверхность Me, покрытую слоем адсорбированного кислорода. Связь, возникающая между кислородом и поверхностными атомами Me, имеет чисто ионный характер: Me отдаёт атому кислорода два электрона

При наличии химического сродства между металлом и окислителем (термодинамической стабильности окисла) адсорбированная плёнка быстро переходит в состояние оксидной плёнки в результате протекания химической реакции:

(Т) – твердая;

m – число атомов металла в молекуле окисла;

n – валентность металла.

Таким образом, при химическом взаимодействии окислительный компонент внешней среды, отнимая у металла валентные электроны, одновременно вступает с ним в химическое соединение – продукт коррозии, который в большинстве случаев образует на поверхности корродирующего металла плёнку. Образование на металле пленки продуктов коррозии протекает с самоторможением, если плёнка обладает защитными свойствами.

Жаростойкость металлов очень сильно зависит от свойств образующихся плёнок продуктов коррозии. Важнейшими свойствами плёнок являются их толщина и сплошность.

По толщине плёнки делятся на:

-тонкие (невидимые) – толщина до 400 А;

-средние (дающие цвета побежалости) – от 400 дл 5000 А;

-толстые (видимые) свыше 5000 А;

1А=10^-10 м

Условие сплошности плёнки:

где V_ок – молекулярный объем соединения, возникающего из металла и окислителя;

V_Ме – молекулярный объем металла, израсходованного на образование молекулы соединения.

Отношение объёмов соединения металла с окислителем и металла можно рассчитать по формуле:

где , а

М_ок – молекулярная масса соединения;

А_Ме – атомная масса металла;

P_ок – плотность соединения;

P_ме – плотность металла;

m - число атомов металла в молекуле соединения.

Хорошими защитными свойствами обладают пленки со следующим соотношением объёмов:

При соотношении объемов:

пленки не образуют сплошного и плотного слоя.

Поиск по сайту: