Б.Б. Дамаскин, О.А. Петрий - Электрохимия (1987) (1134481), страница 55
Текст из файла (страница 55)
Предположим, например, что цинк содержит включение меди (рнс. 1Х. 4, а). Стационарный потенциал меди более положителен, чем стационарный потенциал цинка. Поэтому основной металл и включение образуют микроскопический гальванический элемент— 255 2 пт+ н, локальный элемент, и вози,, никает локальный ток: внутри металла электроны переходят от цинка к меди, в растворе направление тока обратное. Потенциал цинка смещается в анодную г сторону, что приводит к ускорению анодного растворения цинка и уменьшению скорости выделегх пня водорода на цинке.
В то же Г время на поверхности'включения и. р происходит интенсивное выделе(д(Г (У(ду(У)дуст 1У1 НИЕ ВОДОРОДа. БОЛЕЕ НаГЛЯДНО МЕ- б ханизм работы локальных элеРнс. 1хлк локальные токи прн паст- ментов можно представить прн нореннн цинка е включением нэ меди помощи рис. 1Х.4,б, Кривая ! (о) н полнРнэ'цно""ые крн'"' ло характеризует анодное растворекального элемента (б) ние основного металла, кривая 2 — выделение водорода на этом металле'. На включении перенапряжение водорода ниже, чтоотражает кривая У. Поэтомуфактически коррозионный процесс зависит от скорости анодного растворения металла и выделения водорода на включении.
Реакции, которым отвеча1от кривые 1 и 3, протекают на разных по размеру участках поверхности. Так как суммарная сила катодного тока должна равняться суммарной силе анодного тока, плотности катодного и анодного токов не равны. Поэтому на рис. 1Х. 4, б по оси абцисс отложены 1п1, а не 1пй Величина 1,,'," характеризует максимальный ток локального элемента. При работе локального элемента в стационарных условиях между анодом и катодом сохраняется некоторая разность потенциалов, равная омическому падению потенциала в растворе: ЛЕ=111.
Поэтому реальный ток 1л,, оказывается меньше У,';.,На практике при использовании технически важных сплавов необходимо учитывать наличие нескольких типов катодных и анодных участков: различие между поверхностью зерен отдельных компонентов и краями зерен, где при застывании происходит накопление какой-либо примеси; покрытие части поверхности продуктами коррозионного процесса и др.
Повышение чистоты индивидуального металла — один из путей снижения скорости его коррозии. Кроме того, при создании металлических конструкций из различных металлов (или сплавов) следует учитывать возникновение между металлами электрических токов, которые могут привести к разрушению отдельных частей конструкций. Олин из наиболее распространенных методов защиты от коррозии состоит в катодной поляризации металла.
Из рис. 1Х. 3 видно, что при отклонении потенциала металла в отрицательную сторону от Е, скорость анодного растворения металла уменьша- 256 -Е -Е м,бр гр Ер 1у(с(д(с (д( о ср Н1г!Дсс 14!с ес Ег Рис. 1Х.б. Саыорастноренне металла прн пасснвацнн: т — аиодиое растворение пассивнрующегос» металла; у — выделение водорода иа металле; Э вЂ” выделение водорода аа благородном ме. талле, напиленном на защищаемые металл; Š— вас. становление кислорода иля какого-нибудь другага акисЛНТЕЛЯ1 гс 1с Н гс — тапи самараствареввя металла 1д'г (дгб (д( Ес (д(' (д(г (у У б Рнс. 1Х.5.
Действие ннгнбнторов катодного (о), анод- ного (б) н смешанного (в) типов: т — кравая аиадного растворе. иия металлов; у — кривая катадиаго выделепня водорода; 1'. У' — кривы* растворения металле и выделения водорода в присутствии ипгнбвтора ется, а скорость выделения водорода увеличивается, т. е. катодная поляризация уменьшает скорость коррозии, Катодную поляризацию можно создать от внешнего источника тока. Этот метод называют методом к а т о д н о й з а щ и т ы. Можно также соединить основной металл с другим металлом (протектором), который в ряду напряжений расположен левее. Часто для протекторной защиты используют магний илп алюминий, при помощи которых защищают рельсы, мачты и другие конструкции.
Протектор постепенно растворяется и его надо периодически заменять. Примером протекторной защиты служит также цинкование железных изделий. Железо является катодом локального элемента, а цинк — анодом, Следовательно, локальные токи вызывают коррозию покрытия, тогда как железо оказывается защищенным от коррозии. Для защиты от коррозии широко используют и н г и б и т ор ы — вещества, снижающие скорости анодного растворения металла, выделения водорода или скорости обоих этих процессов. Механизм действия ингибиторов показан на рис. 1Х. б. В соответствии с тем, скорости каких процессов — анодного, катодного или обоих — замедляются, ингибиторы подразделяют на анодные, катодные и смешанного типа. Анодные ингибиторы смещают ста- 257 циоиарный потенциал в анодную, а катодные — в катодную сторону. Ингибиторы смешанного типа могут смещать Е, в анодную или катодную сторону или не изменять его в зависимости от степени торможения соответствующих процессов.
Ингибиторы смешанного типа оказыва1отся наиболее эффективными. В качестве ингибиторов кислотной коррозии применяют разнообразные органические вещества, молекулы которых содержат амино-, имино-, тио- и другие группы. Необходимым условием иигибирующего действия этих веществ является их адсорбция на поверхности металла. Защита металлов от коррозии может быть основана на явлении п а с с и в н о с т и, которое состоит в том, что по достижении определенного значения потенциала скорость анодного растворения металла резко падает.
Металл переходит в так называемое пассивное состояние, характеризуемое незначительными скоростями растворения. Типичная поляризационная характеристика пассивирующегося металла показана на. рис. 1Х.6. Подъем тока при значительных анодиых поляризациях обычно связан с выделением кислорода *. Природа пассивности металлов до конца не выяснена. Ясно, однако, что это явление вызвано образованием,хемосорбционных и фазовых оксидных или солевых пленок, возникающих при растворении металлов.
Образование оксидных пленок — причина устойчивости многих металлов, например алюминии. Из рис. 1Х. 6 видно, что скорость коррозии можно уменьшить, если сдвинуть потенциал металла в область пассивности, т. е. при помощи анодной защиты металлов. Для этого прибегают к анодной поляризации металла от внешнего источника тока. Анодную защиту осуществляют также, напыляя более благородный металл на защищаемый, используя благородные металлы в качестве легирующих добавок или протекторов. В результате основной металл поляризуется анодно и переходит в пассивное состояние.
Переход в пассивное состояние может вызвать присутствие в растворе окислителей, например кислорода и др. (рис. 1Х. 6). Так, пассивацию железа вызывают концентрированные НМОз и НгЬОь что позволяет использовать железную тару для перевозки серной и азотной кислот. Образование оксидных слоев сильно влияет ие только на анодное растворение металлов, но приводит к ингибрированию и многих других электродных процессов.
Поэтому изучение механизма пассивации, процессов образования, роста и свойств оксидных слоев на металлических электродах — важная задача современной электрохимии. Электрохимический механизм не является единственным механизмом растворения металлов. Известны случаи, когда растворение металлов происходит непосредственно в одном акте — по " Иногда прн больших анодных Е вновь ускоряется процесс растворения металла. Это явление называется перепассявацней., 258 химическому механизму: Ме+ Ох — з-Ме" е+ Кес( Химический механизм доказан для процессов растворения амальгам щелочных и щелочно-земельных металлов в щелочах, хрома, хромистых сталей и марганца в кислотах. При химическом механизме скорость процесса не зависит от потенциала и не наблюдается соответствия между количеством пропущенного электричества и количеством растворившегося металла (Я.
М, Колотыркин, В. Н. Коршунов). Необходимо отметить практическое значение процесса быстрого локального анодного растворения металлов, которое лежит в основе э л е к т р о х и м и ч е с к о й р а з и е р н о й о б р а б о т к и (ЭХРО). Сущность такой обработки состоит в том, что деталь подключается к положительному полюсу источника тока, а обрабатывающий инструмент — к отрицательному. В зазор между деталью и инструментом с большой скоростью пропускают раствор электролита, что обеспечивает аиодное растворение металла заготовки и вынос продуктов растворения.
ЭХРО позволяет провести обработку деталей из материалов, трудно обрабатываемых механическими способами, или деталей сложной формы. ! Х.2. Электрохимические источники тока Электрохимические источники тока — это устройства„позволяющие осуществлять непосредственное превращение химической энергии в электрическую. На основе различных окислительно-восстановительных процессов можно было бы построить огромное число электрохимических источников тока.
Однако требованиям, выдвигаемым практикой, удовлетворяет лишь относительно небольшое число электрохимических систем. К современным электрохимнческим источникам тока предъявляются следующие требования. 1. Возможно ббльшая величина ЭДС. Величину ЭДС источника тока можно рассчитать по законам электрохимической термодинамики. Однако необходимо учитывать, что по достижении определенной разности потенциалов на электродах источника тока становится возможным протекание реакций с участием молекул растворителя.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
