Recopilación de puntos de conocimiento sobre corrosión química y corrosión electroquímica.

El fenómeno de la corrosión de los metales es muy complejo. Según los diferentes mecanismos de corrosión de los metales, normalmente se puede dividir en dos categorías: corrosión química y corrosión electroquímica.

1 Corrosión química

El daño causado por la reacción química directa entre materiales metálicos y gases secos o no electrolitos se denomina corrosión química. La corrosión de los materiales de acero en ambientes de gas a alta temperatura suele ser corrosión química. En la producción real, a menudo se encuentran los siguientes tipos de corrosión química.

a. Oxidación del acero a alta temperatura

Cuando los materiales de acero se calientan en el aire, el hierro reacciona químicamente con el O2 en el aire. La reacción por debajo de 570 °C es la siguiente:

　3Fe 202 Fe304

El Fe304 generado es una película densa de color negro azulado o tostado, que impide la reacción continua del O2 y el Fe y desempeña el papel de una película protectora. A 570 ℃t22_k, se genera un residuo de incrustaciones de óxido con FeO como componente principal. La reacción es la siguiente: 2Fe O2 2FeO

El FeO generado es un material que está suelto y que el O2 puede agrietarse fácilmente. para operar a altas temperaturas. Reacciona con Fe para causar que la corrosión se desarrolle más profundamente.

No solo el oxígeno en el aire provocará la oxidación del acero a alta temperatura, sino que el CO2 y el vapor de agua en ambientes de alta temperatura también provocarán la oxidación del acero a alta temperatura. p>

Fe CO2 FeO CO; Fe H2O FeO H2

La temperatura tiene una gran influencia en la oxidación del acero a alta temperatura. A medida que aumenta la temperatura, la velocidad de corrosión aumenta significativamente. se calientan en medios oxidantes de alta temperatura (O2, C02, H20, etc.), causarán corrosión por oxidación severa.

b. Descarburación del acero

La cantidad de carbono contenida en el acero está estrechamente relacionada con las propiedades del acero. Cuando el acero se calienta en un medio oxidante a alta temperatura, el C o Fe3C de la superficie puede reaccionar fácilmente con O2, C02, vapor de agua, H2, etc. en el medio:

Fe3C (C) 1 /2O2 3Fe CO; Fe3C (C) C02 3Fe 2CO;

Fe3C (C)H20 3Fe CO H2; Fe3C (C)2H2 3Fe CH4

La reacción anterior reduce el contenido de carbono. en la superficie de la pieza de acero, lo que este fenómeno se denomina "descarburación del acero". La dureza y resistencia de las piezas de acero disminuyen significativamente después de la descarburación de la superficie, lo que afecta directamente la vida útil de las piezas. Cuando la situación es grave, las piezas se desecharán, provocando grandes pérdidas en la producción.

c.Fragilización por hidrógeno

Los compuestos que contienen hidrógeno reaccionan químicamente sobre la superficie del acero, por ejemplo:

Reacción de decapado: FeO 2HCl = FeCl2 H20

Fe 2HCl = FeCl2 2H

Reacción de sulfuro de hidrógeno: Fe H2S = FeS 2H

Oxidación con vapor a alta temperatura: Fe H20 = FeO 2H

Estos reacciones El hidrógeno producido en el acero existe inicialmente en estado atómico. El hidrógeno atómico es de tamaño pequeño y puede difundirse fácilmente en el acero a lo largo de los límites de los granos, deformando la red del acero, generando fuertes tensiones, reduciendo la tenacidad y causando. la fragilidad del acero. Este proceso de destrucción se llama "fragilización por hidrógeno". En los procesos que implican síntesis de amoníaco, síntesis de metanol, hidrogenación de petróleo y otros compuestos que contienen hidrógeno, existen riesgos de fragilización por hidrógeno en los equipos de acero. En particular, se debe prestar atención a los riesgos de los componentes de acero de alta resistencia.

d. Vulcanización a alta temperatura

El proceso en el que los materiales de acero reaccionan con medios que contienen azufre (azufre, sulfuro de hidrógeno, etc.) a altas temperaturas para generar sulfuros y causar daños. se llama "vulcanización a alta temperatura". La reacción es la siguiente:

Fe S = FeS; Fe H2S = FeS H2

La reacción de vulcanización a alta temperatura generalmente ocurre en los límites de los granos. la superficie de los materiales de acero y se expande gradualmente a lo largo de los límites de los granos hacia el interior. Después de la vulcanización a alta temperatura, la resistencia mecánica de los componentes se reduce significativamente y se desecha todo el componente.

En la producción de petróleo, la refinación y la producción de productos químicos a alta temperatura, a menudo se produce corrosión por sulfuro a alta temperatura, a la que se debe prestar atención.

e. Hinchazón del hierro fundido

Los gases corrosivos penetran en el hierro fundido a lo largo de los límites del grano, inclusiones de grafito y grietas finas y provocan reacciones químicas. compuestos generados, Por lo tanto, no sólo se reduce considerablemente la resistencia mecánica de los componentes de hierro fundido, sino que también aumenta significativamente el tamaño de los componentes. Este proceso de destrucción se denomina "hinchazón del hierro fundido". La práctica ha demostrado que cuando la temperatura máxima de calentamiento excede la temperatura de transformación de fase del hierro fundido, el fenómeno de hinchamiento aumentará considerablemente.

Reacción anódica: Fe — 2e = Fe2

Reacción catódica: 2H 2e = H2

El H en la película de agua libera H2 después de recibir electrones en el cátodo, y H20 continúa Después de la ionización, la concentración de OH- aumenta y se difunde por toda la película de agua, lo que hace que Fe2 y OH- se combinen entre sí para formar la precipitación de Fe(OH)2. El Fe(OH)2 puede continuar oxidándose a Fe(OH)3:

4Fe(OH)2 · 2H20 O2 = 4Fe(OH)3

El Fe(OH)3 puede estar deshidratado Formación nFe203·mH20, nFe203·mH20 es el principal componente del óxido. Dado que en esta corrosión se precipita H2, se denomina "corrosión por desprendimiento de hidrógeno".

El O2 suele estar disuelto en solución acuosa, que es más fácil que los iones H para obtener electrones y reaccionar en el cátodo. Reacción catódica: 02 2H20 4e = 40H—

Reacción anódica: Fe — 2e = Fe2

El OH producido en el cátodo y el Fe2 producido en el ánodo se difunden en la solución para generar Fe (OH) 2, se oxida aún más para generar Fe (OH) 3 y se convierte en óxido. Este tipo de corrosión se llama corrosión por absorción de oxígeno.

En medios ácidos fuertes, debido a la gran concentración de H, el acero está dominado por la corrosión por desprendimiento de hidrógeno; en medios débilmente ácidos o neutros, la corrosión que se produce es la corrosión por absorción de oxígeno.

　2 Corrosión electroquímica

a. La corrosión electroquímica se refiere a la reacción galvánica cuando el metal o la aleación entra en contacto con la solución electrolítica. El metal más activo se oxida y hay corrosión asociada con la electricidad. corriente. Se llama corrosión electroquímica.

[Principio de corrosión galvánica] Tomemos como ejemplo la oxidación del acero en el aire. En el aire húmedo, la superficie del acero se cubre con una capa extremadamente delgada de película de agua debido a la adsorción y el agua. se ioniza débilmente para producir una pequeña cantidad de H. y OH—. Al mismo tiempo, debido a la disolución del CO2 en el aire, el H en el agua aumenta:

H2O CO2H2CO3H HCO3—

De esta manera se forma una capa de película de solución electrolítica en la superficie, que en contacto con el acero, el hierro y las impurezas o el carbono forman innumerables células galvánicas diminutas. Entre ellos, el hierro es el electrodo negativo y el carbono es el electrodo positivo. La reacción primaria de la batería ocurre:

　（—）Fe—2e=Fe2 ( )2H 2e=2H

　2H. =H2 ↑

A medida que la concentración de H disminuye, el equilibrio de ionización del agua se desplaza hacia la derecha, la concentración de OH— aumenta gradualmente y el OH— se combina con Fe2 para formar Fe(OH)2.

Fe2 2OH—=Fe(OH)2↓ El Fe(OH)2 se oxida por el oxígeno del aire para formar hidróxido de hierro 4Fe(OH)2 O2 2H2O=4Fe(OH)3↓

De esta forma se produce óxido en la superficie del acero. El hidrógeno se libera durante el proceso de corrosión anterior, que se denomina corrosión por evolución de hidrógeno.

La corrosión por desprendimiento de hidrógeno se produce en un medio ácido fuerte. Si la película de electrolito formada en la superficie del acero es débilmente ácida o neutra, el hierro en el electrodo negativo aún se oxidará a Fe2, mientras que en el electrodo negativo. La principal reacción del electrodo positivo es la reducción de electrones del oxígeno disuelto en la película de agua: (-) Fe—2e=Fe2 () 2H2O O2 4e=4OH—Este tipo de corrosión del acero causada por la disolución del oxígeno en el El aire se llama corrosión que absorbe oxígeno. De hecho, la corrosión de metales como el acero es causada principalmente por esta corrosión que absorbe oxígeno.

Hay muchos factores que afectan la corrosión electroquímica de los metales. El primero es la naturaleza del metal. Cuanto más activo es el metal, menor es su potencial de electrodo estándar y más fácil es corroerse. . Algunos metales, como Al, Cr, etc., aunque el potencial del electrodo es muy bajo, pueden formar una película de óxido que recubre herméticamente la superficie del metal, evitando que continúe la corrosión. Si la película de óxido se daña, se corroerá rápidamente. En segundo lugar, si las impurezas contenidas en el metal son más activas que el metal, la microbatería formada utilizando el metal como cátodo no se corroerá fácilmente. Si la impureza es menos reactiva que el metal, el metal se convierte en el ánodo de la microbatería y se corroe.

b.Corrosión del suelo

El suelo es un material poroso con capilares que se llenan de aire y agua. Las sales contenidas en el suelo se disuelven en el agua y se convierten en soluciones electrolíticas. Por lo tanto, las tuberías de petróleo, gas, agua y equipos metálicos enterrados en el suelo tienen las condiciones para formar corrosión electroquímica y causar daños por corrosión, lo que resulta en perforaciones de tuberías, fugas de agua, fugas de aceite, fugas de aire y fallas de telecomunicaciones, causando daños graves. . Además, estos oleoductos están enterrados bajo tierra y son muy difíciles de mantener, lo que provoca graves pérdidas a la economía nacional.

La corrosión del suelo es un proceso de corrosión relativamente complejo. Diferentes contenidos de oxígeno en varias partes del suelo, suelo desigual en diferentes áreas, diferentes profundidades de partes metálicas o tuberías enterradas en el suelo, diferencias en la temperatura del suelo, acidez, contenido de sal, permeabilidad del aire, temperatura, etc., todos afectan el trabajo. Las características de corrosión de las baterías e incluso los microorganismos del suelo tienen un impacto en la corrosión del metal. Por lo tanto, los equipos y tuberías enterrados bajo tierra deben tomar estrictas medidas anticorrosión para minimizar las pérdidas.

c. Corrosión del agua de mar

El agua de mar es una solución electrolítica natural con una concentración de sal extremadamente alta. Además de la corrosión electroquímica general, la corrosión de las piezas estructurales metálicas en el agua de mar también incluye otras causas. especificidad.

(1) Los iones de cloruro son iones con una actividad corrosiva extremadamente fuerte, lo que hace que la pasivación de la superficie del acero al carbono, hierro fundido, acero aleado y otros materiales pierda su efecto, e incluso pasiva la superficie del acero con alto contenido de níquel. -Acero inoxidable al cromo, también puede provocar graves daños por corrosión.

(2) El impacto de las olas agita y renueva la solución electrolítica en la superficie de los componentes. Al mismo tiempo, el lavado de las olas hace que la capa de óxido corroída se caiga, acelerando el progreso de la corrosión.

(3) El crecimiento de organismos marinos en la superficie de piezas estructurales metálicas (como la parte submarina del costado del barco) puede dañar gravemente la capa protectora (como la pintura) del objeto original, provocando Los componentes se corroen y dañan. Al mismo tiempo, el crecimiento de organismos marinos. Los productos de metabolitos (que contienen sulfuros) empeoran aún más el ambiente de corrosión de los componentes metálicos, lo que lleva a un aumento de la corrosión.

Debido a los efectos combinados de los factores de corrosión electroquímica general y las condiciones anteriores, las áreas de corrosión más graves para los componentes estructurales metálicos sumergidos en agua de mar se distribuyen en el área de elevación capilar del agua ligeramente por encima de la línea de flotación. . En esta zona actúan al mismo tiempo diversos factores que aceleran la corrosión y provocan consecuencias de corrosión muy graves.

No solo las piezas estructurales metálicas sumergidas en agua de mar están sujetas a una corrosión severa, sino que también las piezas estructurales metálicas instaladas en áreas costeras se ven afectadas por la humedad y la niebla salina en la atmósfera, y también se corroen severamente.

El titanio, el circonio, el niobio y el tantalio son muy buenos materiales resistentes a la corrosión del agua de mar, pero son caros y su uso está sujeto a ciertas restricciones.

d. Los materiales y equipos de corrosión localizada común son un todo cooperativo. El daño local en un área determinada provocará la falla operativa de todo el equipo, e incluso provocará el desguace de todo el equipo, especialmente los aviones, en navegación marítima. Barcos, maquinaria de plataformas de perforación marinas, etc., los daños locales causarán consecuencias inimaginables. Por lo tanto, la corrosión local es el tipo de corrosión más peligroso y debe atraer la atención del personal técnico y de ingeniería. Las corrosiones localizadas comunes incluyen las siguientes:

(1) Corrosión galvánica Cuando metales diferentes entran en contacto en el mismo electrolito, debido a los potenciales desiguales de los metales que forman una batería de corrosión, el metal con un potencial menor es corroe primero. El proceso de destrucción se llama corrosión de contacto o corrosión bimetálica. Por ejemplo, un recipiente de hierro está protegido por un revestimiento de estaño y el estaño de la superficie se raya, lo que provoca daños en la batería primaria de Sn-Fe, en la que (Fe2/Fe3) es baja y el hierro es el daño del ánodo.

Por lo tanto, si la superficie se daña en tales condiciones, se deben tomar medidas inmediatas (recubrimiento de reparación) para evitar consecuencias graves.

(2) La corrosión por orificios se produce en áreas locales de la superficie del metal y los orificios de corrosión se desarrollan hasta profundidades. Las áreas restantes no están corroídas o se corroen ligeramente. Esta forma de corrosión se llama corrosión por orificios, o para abreviar. Corrosión por hundimiento o picadura. Los metales (aleaciones) que pueden pasivarse en el aire, como el acero inoxidable, el aluminio y las aleaciones de aluminio, a menudo sufren corrosión por picaduras en medios que contienen iones cloruro. El acero al carbono también sufrirá corrosión por picaduras en agua que contiene iones cloruro.

(3) La corrosión por grietas de las piezas metálicas en el medio, debido a la formación de espacios particularmente pequeños (ancho entre 0,025~0,1 mm) entre metales y metales o metales y no metales, provoca que el medio en el espacio está estancado, lo que provoca corrosión del metal en el espacio, lo que se denomina corrosión por grietas.

Al principio, la corrosión que absorbe oxígeno se produce tanto dentro como fuera del espacio. Debido al estancamiento, el oxígeno consumido en la costura es difícil de reponer. Se forma una macro batería de diferencia de concentración de oxígeno dentro y fuera de la costura. La falta de oxígeno dentro de la costura es el ánodo y el oxígeno rico fuera de la costura es el cátodo. . A medida que la picadura de corrosión se profundiza y se expande, la fuerza de la corrosión aumenta rápidamente.

(4) Corrosión selectiva de aleaciones Durante el proceso de corrosión, el medio de corrosión no se corroe según la proporción de la aleación, sino que se produce la disolución selectiva de un determinado componente (generalmente un componente con menor potencial). , provocando que la estructura y las propiedades de la aleación se deterioren, y esta corrosión se denomina corrosión selectiva. Como la corrosión por descincificación del latón (compuesto por 30Zn y 70Cu).

(5) Corrosión por tensión Cuando hay tensión interna en el metal o bajo la acción de una tensión externa fija, se puede promover el proceso de corrosión.