Коррозия и гальванические покрытия

Коррозия – страшный бич для металлов и их сплавов. Около 1/3 годового производства металлов во всем мире уничтожает эта «трудно излечимая болезнь». Противостоять ей непросто. Коррозия – это разрушение металлов и сплавов под воздействием окружающей среды. С точки зрения химии, это процесс окисления, в котором снова принимает участие электрон. Не имеет значения, превратится ли при этом металл в оксид, карбонат, гидроксид или сульфид. Важно, что он отдает свои электроны, окисляется.

Очень часто электроны достаются кислороду воздуха, а продуктом коррозии является оксид. Если в процессе участвует еще и атмосферная влага, может образоваться и гидроксид. Так кислород воздуха совместно с влагой разъедают железо, при этом образуется ржавчина.

В окислении меди участвует диоксид углерода, окружающего воздуха. Подвергшаяся коррозии медь покрывается красивой по цвету патиной – основным карбонатом меди. Серебро на воздухе чернеет – это на его поверхности при участии содержащихся в воздухе соединений серы образуется сульфид серебра. Во всех этих процессах виновник известен. Соответствующий процесс можно записать химическим уравнением. Поэтому такие случаи мы относим к химической коррозии.

– А есть другие виды коррозии? Может ли металл перейти в связанное состояние без химического процесса?

– Разумеется, не может. Поэтому название другого типа коррозии – электрохимическая коррозия – можно считать условным. И здесь происходит химический процесс, но по правилам электрохимии – с образованием гальванического элемента.

Металлы высокой степени чистоты не подвергаются электрохимической коррозии. Ну, а если они содержат примеси? Тогда другое дело: оба металла связаны «коротко», не хватает только электролита, чтобы получился гальванический элемент. А электролит найти легко – хотя бы влага, содержащаяся в атмосфере. Мы знаем, что примесей мало и на поверхности металла они сгруппированы на отдельных маленьких участках. Здесь возникнет множество микроскопических гальванических элементов. Возникнет... и начнет работать. Труднее всего придется самому неблагородному металлу – тому, который имеет более отрицательный электродный потенциал, короче говоря, основному металлу. Вот почему особенно опасны примеси, которые стоят ближе к концу в ряду относительной активности металлов. Следует остерегаться именно примесей благородных металлов.

Самый простой способ защиты от коррозии – это изолировать металл от окружающей среды. Достаточно поместить металлическую деталь в инертную атмосферу или изолировать в вакууме – и все. Она сохранится. Только для чего нам такие «консервированные» детали? Нужно, чтобы они работали. Тогда изолируем их другим способом – покроем смазкой, лаком, асфальтом, краской... Это дешево и легко выполнимо. Да и покрытие можно подновлять хоть каждую неделю. Словом, это удачное решение. Но иногда этот метод нельзя использовать, так как части трутся друг о друга, окраска стирается или обкалывается, или же мы хотим, чтобы деталь была блестящей и чистой. Представьте, к примеру, как бы мы пользовались крашеными и лакированными вилками и ножами. Поэтому для защиты металла от коррозии часто требуется другой металл.

– Только какой металл выбрать для покрытия?

– Он должен быть устойчив к действию окружающей среды, по возможности иметь привлекательный внешний вид, быть дешевым и доступным.

– И это все?

– Нет. Не советовал бы вам, например, золотить железное изделие, даже если бы золото стало самым распространенным, дешевым и доступным металлом. Оно окажет плохую услугу нашей железке. Золото стоит значительно дальше железа в ряду относительной активности металлов, и при малейшей царапине на покрытии на этом месте возникнет гальванический элемент – коррозия начнет свою разрушительную работу. На поверхности золота будет выделяться водород, а железо вскоре превратится в кучу ржавчины, покрытую золотой пленкой. Нет, ни в коем случае материал покрытия не должен подбираться из тех металлов, которые расположены за основным металлом в ряду относительной активности! На практике чаще всего железо покрывают цинком. Цинк доступен и недорог, сравнительно устойчив к действию окружающей среды, а самое важное – стоит впереди железа в ряду относительной активности.

– Ну, а как же быть, если хочется иметь и позолоченные, и посеребренные предметы или хотя бы покрывать железо никелем и хромом – металлами, стоящими позади него в ряду активности. Они и устойчивы, и тверды, и красивы! Нельзя ли как-нибудь обойти ряд потенциалов?

– Если очень хочется, то можно: представьте себе, что железный предмет мы покрыли медью. Сделать это нетрудно, но покрытие не будет устойчивым. Теперь нанесем на него слой никеля – и никакое повреждение покрытию не страшно. Пусть даже возникнет элемент между никелевым и медным электродами. На каком-то участке никель разрушится, а на меди выделится водород. А железо в буквальном смысле «останется в стороне от схватки» металлов с коррозией. Так работают многослойные покрытия. Никель можно покрыть и хромом. И совсем не нужны толстые слои, даже наоборот, они должны быть тонкими. Они выполняют роль, которую предопределили им электродные потенциалы.

– Так нам надо снова обращаться к ряду электродных потенциалов?

– О нем мы должны помнить всегда: и при конструировании гальванического элемента, и при проведении электролиза, и при нанесении гальванических покрытий, и при борьбе с коррозией, и при каждом окислительно-восстановительном процессе...


Полезное чтиво:
Как сохранить покрытие корпуса
Электролиз воды
Как происходит электролиз под давлением
Опыты с тяжёлой водой
Как сделать солёную воду пресной
Электролиз поваренной соли