Электрохимические процессы при коррзии углеродистой стали и алитированного железа

Коррозия углеродистой стали и полированного алюминия 

Задача 143.
Составьте уравнения процессов, протекающих в каждом из случаев, и схему коррозионного элемента для случая электрохимической коррозии. Укажите тип коррозионного разрушения.
а) Полированная алюминиевая пластина в сухом воздухе при Т=398 К;
б) Пластина из углеродистой стали в растворе K₂SО₄ при Т=298 К.
Решение:
а) На воздухе алюминий не реагирует с кислородом, потому что оксидная пленка пассивирует реакцию. При обычных условиях реакции с алюминием возможны только после удаления оксидной плёнки. Полированная алюминиевая пластина в сухом воздухе при нагревании подвергается действию кислорода по реакции: 

4Al + 3O₂ = 2Al₂O₃.

Это пример химической коррозии.

б) При погружении в раствор K₂SO₄ пластины из углеродистой стали происходит электрохимическая коррозия. Так как K₂SO₄, соль, образованная сильной кислотой й сильным основанием, не подвергается гидролизу, то реакция среды будет нейтральной. Сульфат калия в растворе диссоциирует:

K₂SO₄ = 2К⁺ + SO₄^2-.

На кристаллах Fe и Fe₃C, содержащихся в углеродистой связи, возникают разные электродные потенциалы, причем, Е⁰(Fe, -0,44 В) < Е⁰(Fe3C, -0,50 В), следовательно, Fe будет играть роль анодных участков, а Fe₃C - роль катодных участков.

Анод:  2|Fe⁰ – 2e = Fe²⁺
Катод: 1|O₂ + 2H₂O + 4e = 4OH^–

ионно-молекулярная формы процесса:

2Fe⁰ + O₂ +  2H₂O = 2Fe²⁺ + 4OH^–

Кислород растворен в растворе и, участвует в деполяризации - коррозия с кислородной деполяризацией.
Так как у анода ионы Fe²⁺ встречаются с ионами SO₄^2-, образуется FeSO₄ (Fe²⁺ + SO₄^2- = FeSO₄). У катода будут накапливаться ионы К⁺ и OH^–, образуется КОН (К⁺ + OH^–  = КОН).
Схема коррозионного элемента:

(-)Fe|Fe²⁺||H₂O + O₂|Fe₃C(+).
 

Коррозия алитированного железа

Задача 144.
Какой металл в алитированном железе¹, по отношению к покрываемому металлу, является анодом или катодом? Почему? Составить электронные уравнения анод и катод процессов коррозии изделия при нарушении покрытия во влажном воздухе. Какие продукты коррозии при этом образуются?
Решение:
Стандартные электродные потенциалы алюминия и железа равны соответственно -1,66 В и -0,44 В.  Окисляться, т.е. подвергаться коррозии, будет алюминий.
Алюминий имеет более электроотрицательный стандартный электродный потенциал (-1,66 В), чем железо (-0,44 В), поэтому он является анодом, железо – катодом.

Коррозия пары металлов Al/Fe в атмосфере влажного газа

Анод         2 |Al⁰ – 3электрона  = Al³⁺ 
Катод        3 |1/2O₂ + H₂O + 2электрона = 2ОН^–

Схема коррозии:

2Al + 3/2O₂ + 3H₂O = 2Al(OH)₃

Так как ионы Al³⁺ с гидроксид-ионами ОН^– образуют нерастворимый гидроксид, то продуктом коррозии будет Al(OH)₃:

Al³⁺  + 3OH^– = Al(OH)₃.
 

¹Алитированное железо — это низкоуглеродистая сталь, покрытая тонким слоем алюминия для повышения ее коррозионной стойкости. При насыщении поверхности стали алюминием на глубину 0,02—1,2 мм создается плотная н прочная антикоррозийная пленка. Насыщенная алюминием поверхность стали имеет высокую жароупорность. Алитированная сталь обладает коррозионной стойкостью алюминия и прочностью стального листа.