Электрохимическая коррозия (E, В (потенциал электрода)) — разрушение металла как анода гальванической пары в электролите; объясняет ржавление во влажном грунте и опасность контакта разных металлов.
Суть
Ржавление стали во влаге — не простое «окисление воздухом», а работа микроскопического гальванического элемента. На поверхности металла всегда есть участки с разным потенциалом: феррит и цементит, зерно и его граница, окалина и чистый металл, наклёпанная зона и отожжённая. В электролите (влага с растворёнными солями, кислотами, углекислым газом) между такими участками течёт ток, и участок с более отрицательным потенциалом становится анодом — именно он растворяется.
Анод: Fe → Fe²⁺ + 2e⁻ | Катод (нейтральная среда): O₂ + 2H₂O + 4e⁻ → 4OH⁻ | Катод (кислая среда): 2H⁺ + 2e⁻ → H₂↑
Продукт первичной реакции — гидроксид железа Fe(OH)₂, который кислородом окисляется дальше до Fe(OH)₃ и гидратированных оксидов — того, что мы называем ржавчиной. Принципиальное отличие от химической (газовой) коррозии при высоких температурах: здесь есть электролит и пространственно разделённые анод и катод, поэтому процессом можно управлять током и потенциалом — на этом построена катодная защита.
От чего зависит
- Разность потенциалов пары. Чем дальше металлы в ряду напряжений, тем интенсивнее растворяется анод. Цинк отрицательнее железа — поэтому цинковое покрытие корродирует вместо стали. Медь и латунь положительнее — в контакте с ними сталь становится анодом и разрушается ускоренно.
- Соотношение площадей. Малый анод при большом катоде — самый опасный случай: весь ток концентрируется на пятне. Стальной болт в медной арматуре или царапина в благородном покрытии дают глубокие язвы, а не равномерный износ.
- Электропроводность среды. В дистиллированной воде процесс вялый, в морской воде и засолённом грунте — быстрый. ГОСТ 9.602-2016 оценивает коррозионную агрессивность грунта по удельному электрическому сопротивлению: чем оно ниже, тем агрессивнее среда.
- Доступ кислорода. Кислород — главный катодный деполяризатор в нейтральных средах. Участок с меньшим доступом O₂ (под отложениями, в плотном грунте, в щели) становится анодом — так возникает коррозия дифференциальной аэрации.
- Внешние токи. Блуждающие токи от электрифицированного транспорта заходят в трубу в одном месте и выходят в другом; зона выхода — анод, и там металл теряется со скоростью, которую задаёт закон Фарадея.
Ключевые числа
| Стандартный потенциал Zn²⁺/Zn | −0,76 В (относительно водородного электрода) |
|---|---|
| Стандартный потенциал Fe²⁺/Fe | −0,44 В |
| Стандартный потенциал Cu²⁺/Cu | +0,34 В — медь катод по отношению к стали |
| Стандартный потенциал Mg²⁺/Mg | −2,37 В — основа протекторов |
| Электрохимический эквивалент железа (закон Фарадея, Fe → Fe²⁺) | ≈ 1,04 г/(А·ч); ток 1 А за год растворяет ≈ 9,1 кг стали |
| Минимальный защитный потенциал стали в грунте (ГОСТ 9.602-2016) | −0,85 В без омической составляющей (−0,90 В с омической составляющей) по медно-сульфатному электроду сравнения |
| Агрессивность грунта по ГОСТ 9.602-2016 (удельное сопротивление) | высокая — менее 20 Ом·м; средняя — 20–50 Ом·м; низкая — более 50 Ом·м |
Где встречается в трубах
Подземный стальной трубопровод — классический объект электрохимической коррозии: грунт служит электролитом, неоднородность стенки и грунта создаёт пары «анод–катод», а сварные швы, окалина и дефекты изоляции задают их расположение. Поэтому защита строится в два слоя: покрытие отсекает электролит, а катодная поляризация подавляет анодную реакцию там, где покрытие повреждено.
- Как изоляция и ЭХЗ применяются на практике — в статье защита труб от коррозии.
- Оцинкованные водогазопроводные трубы используют жертвенное растворение цинка; их нельзя соединять напрямую с медью и латунью без диэлектрических вставок.
- Для скважин и подземных сетей смотрите обсадные и бесшовные трубы; принципы выбора стали — в обзоре труб для нефтегаза.
- Смежные термины: коррозия металла, виды коррозии, полимерные покрытия.
- Требования к защите — ГОСТ 9.602-2016 в библиотеке стандартов.
Связанные термины
- Коррозия металлаСамопроизвольное разрушение металла при взаимодействии со средой; для стали — главным образом электрохимическое окисление во влаге.
- Катодная защитаЭлектрохимический метод: трубу делают катодом с помощью протекторов или внешнего тока — коррозия останавливается даже при дефектах изоляции.
- Медь и латунь в трубопроводахЦветные металлы для внутренних сетей: медь — водоснабжение и отопление, латунь (Cu–Zn) — арматура и фитинги.
- ЦинкованиеПокрытие стали цинком (горячее, гальваническое, термодиффузионное), защищающее и барьером, и «жертвенно» — цинк корродирует вместо стали.