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=398К;
б) Пластина из углеродистой стали в р-ре K24 при Т=298К.
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+ + SO42-.
На кристаллах Fe и Fe3C, содержащихся в углеродистой связи, возникают разные 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 SO42-, образуется FeSO4 (Fe2+ + SO42- = 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 Mn/Sn 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.