Коррозия в растворах электролитов

Коррозия металлов в растворах электролитов представляет собой окислительно-восстановительный процесс, сопровождающийся разрушением металлической поверхности и переносом электронов через электролит. Основные виды коррозии включают химическую (неэлектрохимическую) и электрохимическую (гальваническую) коррозию. В растворах электролитов преобладает электрохимический механизм, который определяется свойствами металла, природы электролита и условий окружающей среды.

Электрохимические ячейки коррозии

Коррозия в растворах электролитов реализуется через образование микроэлектрохимических ячеек на поверхности металла. Эти ячейки включают:

• Анодные участки, где металл окисляется с образованием ионов:

  M → Mⁿ⁺ + ne⁻

• Катодные участки, где происходит восстановление компонентов раствора, например:

  O₂ + 4H⁺ + 4e⁻ → 2H₂O  или  2H⁺ + 2e⁻ → H₂

Скорость коррозии определяется разностью потенциалов между анодными и катодными участками, а также проводимостью электролита.

Влияние природы электролита

Раствор играет ключевую роль в коррозионных процессах. Основные факторы:

• Ионная сила: высокая концентрация ионов увеличивает проводимость и ускоряет перенос электронов, что усиливает коррозию.
• pH раствора: кислые среды способствуют протеканию водородного катодного процесса, щелочные могут замедлять коррозию для некоторых металлов, образуя пассивные оксидные пленки.
• Наличие агрессивных анионов (Cl⁻, Br⁻, I⁻) способствует разрушению пассивной пленки и локальной коррозии (точечной, щелевой).
• Растворённый кислород обеспечивает восстановительный катодный процесс, ускоряя анодное растворение металла.

Виды коррозии в растворах

1. Равномерная коррозия – однородное растворение поверхности металла. Характеризуется постепенным истончением металла по всей площади контакта с электролитом. Наиболее предсказуема и встречается при отсутствии локальных дефектов.

2. Локальная коррозия – проявляется в виде ямок, трещин, щелей. Основные механизмы локальной коррозии связаны с концентрационными градиентами кислорода или анионов, что создаёт микрогальванические пары между различными участками поверхности.

3. Гальваническая коррозия – возникает при контакте двух металлов с разным электрохимическим потенциалом в одном электролите. Менее активный металл (катод) защищается, более активный (анод) разрушается.

4. Коррозия под напряжением – результат совместного действия механической деформации и агрессивного электролита. Сочетание внутренних напряжений и локального анодного растворения приводит к трещинообразованию.

Факторы, влияющие на скорость коррозии

• Температура: повышение температуры увеличивает скорость диффузии и активность ионов, ускоряя коррозионные процессы.
• Скорость движения раствора: турбулентный поток способствует удалению продуктов коррозии с поверхности и улучшает доступ кислорода, увеличивая скорость анодного и катодного процессов.
• Присутствие ингибиторов: органические и неорганические вещества, адсорбирующиеся на поверхности металла, снижают скорость коррозии, образуя защитные пленки или подавляя катодные реакции.

Пассивирование и защитные пленки

Некоторые металлы (Cr, Al, Ti) при контакте с кислородсодержащими растворами образуют тонкие оксидные пленки, препятствующие дальнейшему растворению. Пассивная пленка может быть стабильной в щелочных и нейтральных средах, но разрушаться под действием Cl⁻ или при механических повреждениях, вызывая локализованную коррозию.

Методы контроля и замедления коррозии

• Материаловедческие подходы: выбор коррозионно-стойких сплавов, легирование металлов для формирования стабильных пассивных слоёв.
• Химические методы: использование ингибиторов, корректировка pH, насыщение растворов восстановителями или контролируемым содержанием кислорода.
• Электрохимические методы: катодная защита (введение внешнего тока для предотвращения анодного растворения), анодная защита (создание пассивного потенциала).

Коррозия в растворах электролитов является сложным процессом, где одновременно протекают электрохимические реакции на анодах и катодах, контролируемые свойствами металла, составом и физико-химическими параметрами электролита. Понимание этих механизмов позволяет прогнозировать поведение металлов в агрессивных средах и разрабатывать эффективные методы защиты.