Электрохимические критерии и способы защиты от коррозии технических материалов и конструкций

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 

Федеральное государственное бюджетное 

образовательное учреждение высшего образования 

«Казанский национальный исследовательский 

технологический университет» 

 
 
 
 
 
 
 

Ж. В. Межевич, И. О. Григорьева 

 
 

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ КРИТЕРИИ 
И СПОСОБЫ ЗАЩИТЫ ОТ КОРРОЗИИ 

ТЕХНИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ 

И КОНСТРУКЦИЙ 

 

 

Учебно-методическое пособие 

 
 
 

 

 
 
 
 

 

 

Казань 

Издательство КНИТУ 

2018 

УДК 620.0197.5(075) 
ББК 34.66я7 

М43

 

Печатается по решению редакционно-издательского совета 

Казанского национального исследовательского технологического университета 

 

Рецензенты: 

канд. техн. наук, доц. С. Ю. Ситников  
канд. хим. наук, доц. А. В. Желовицкая 

 

 
 
 
 
М43 

Межевич Ж. В. 
Электрохимические критерии и способы защиты от коррозии 
технических материалов и конструкций : учебно-методическое 
пособие / Ж. В. Межевич, О. И. Григорьева; Мин-
обрнауки России, Казан. нац. исслед. технол. ун-т. – Казань : 
Изд-во КНИТУ, 2018. – 200 с. 
 
ISBN 978-5-7882-2598-2

 
Рассмотрены общая характеристика коррозии металлов, методы оценки 

скорости коррозионных процессов, способы защиты металлов от коррозионных 
разрушений. 

Предназначено для бакалавров, обучающихся по направлению подготовки 
18.03.01 «Химическая технология», изучающих дисциплину «Защита 
от коррозии», и магистрантов, обучающихся по направлению подготовки 
18.04.01 «Химическая технология», изучающих дисциплины «Технология 
защиты от коррозии» и «Современные технологии защиты от коррозии в 
природных условиях». 

Подготовлено на кафедре технологии электрохимических производств. 
 

 

ISBN 978-5-7882-2598-2
© Межевич Ж. В., Григорьева О. И., 2018
© Казанский национальный исследовательский 

технологический университет, 2018

УДК 620.0197.5(075) 
ББК 34.66я7

ВВЕДЕНИЕ 

Металлы и сплавы являются наиболее важными конструкционными 
материалами. В условиях эксплуатации металлических 
конструкций вследствие химического или электрохимического 
взаимодействия с окружающей средой происходит их разрушение. 
В условиях эксплуатации у большинства металлов более термодинамически 
устойчивым является окисленное состояние, в которое 
они переходят в результате коррозии. 

Экономические потери от коррозии в промышленно развитых 

странах достигают 3–5 % национального дохода. По некоторым 
данным коррозия ежегодно «съедает» до 20 % выплавляемого 
в мире металла. Значительная доля изделий, вышедшая из строя 
вследствие коррозии, вновь используется металлургией, однако 
около 10 % металла теряется безвозвратно, рассеиваясь в виде про-
дуктов окисления. Во многих случаях стоимость продукта недопо-
лученного или испорченного вследствие коррозии или ущерб, 
нанесенный утечкой ценных веществ, а также загрязнениями окру-
жающей среды, могут, по некоторым зарубежным данным, в че-
тыре раза превышать затраты на ремонт и восстановление обору-
дования, разрушающегося при коррозии. Резкий рост потерь ме-
таллофонда в последние годы из-за коррозии обусловлен рядом об-
стоятельств: 

• постоянно растет производство металлов: человечество вы-

плавило не менее 35 млрд т сплавов железа, а мировой фонд 
в настоящее время составляет около 10 млрд т, очевидно, что зна-
чительная часть этой разницы рассеяна в окружающей среде за 
счет коррозии; 

• существенно изменилась структура использования метал-

лов: возросла металлоемкость таких отраслей, как металлургия, 
строительная, химическая, целлюлозно-бумажная, где металло-
конструкции эксплуатируются в средах повышенной агрессивно-
сти. Это привело не только к непропорциональному увеличению 
коррозионных потерь, но и к изменению характера коррозионных 
повреждений; 

• возросла агрессивность атмосферы и естественных вод из-

за промышленных выбросов; 

• недооценивается важность проблемы защиты от коррозии 

на стадиях проектирования, изготовления и эксплуатации строи-
тельных конструкций. В настоящее время общий металлофонд 
Российской Федерации составляет 1,6 млрд т, при этом 40–50 % 
металлических конструкций и сооружений работают в агрессив-
ных средах, 30 % в слабоагрессивных, и только около 10 % не тре-
буют антикоррозионной защиты. Для правильной постановки 
практической работы по защите металлических конструкций от 
коррозии необходимо знание теории процессов коррозии и мето-
дов борьбы с ней. 

Вопросам проектирования антикоррозионной защиты строи-

тельных конструкций уделяют серьезное внимание как у нас 
в стране, так и за рубежом. Западные фирмы при выборе проект-
ных решений тщательно изучают характер агрессивных воздей-
ствий, условия эксплуатации конструкций, моральный срок 
службы зданий, сооружений и оборудования. При этом широко ис-
пользуются рекомендации фирм, производящих материалы для ан-
тикоррозионной защиты и располагающих лабораториями для ис-
следования и обработки защитных систем из выпускаемых ими ма-
териалов. В России накоплен определенный опыт проведения 
натурных обследований металлоконструкций промышленного 
назначения для определения скорости коррозионных процессов и 
методов защиты. Проводятся работы в области повышения долго-
вечности и улучшения противокоррозионной защиты строитель-
ных зданий, сооружений и других металлоконструкций. Эти ра-
боты включают натурные обследования, экспериментальные и 
производственные исследования, а также теоретические разра-
ботки. При натурных исследованиях выявляются условия работы 
конструкций, учитывающие особенности влияния на них нагрузок, 
температурно-влажностных и климатических воздействий, агрес-
сивных сред. Таким образом, проблемы коррозии постоянно обост-
ряются из-за непрерывного роста производства металлов и ужесто-
чения условий их эксплуатации. Среда, в которой используются 
металлические конструкции, становится все более агрессивной, 

в том числе и за счет ее загрязнения. Металлические изделия, ис-
пользуемые в технике, работают в условиях все более высоких тем-
ператур и давлений, мощных потоков газов и жидкостей. Поэтому 
вопросы защиты металлических материалов от коррозии стано-
вятся все более актуальными. Полностью предотвратить коррозию 
металлов невозможно, поэтому единственным путем борьбы с ней 
является поиск способов ее замедления. Актуальность решения 
проблемы противокоррозионной защиты диктуется также и необ-
ходимостью сохранения природных ресурсов, защиты окружаю-
щей среды. 

5

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КОРРОЗИИ 

МЕТАЛЛОВ 

Коррозия металлов – разрушение металлов вследствие хими-

ческого или электрохимического взаимодействия их с коррозион-
ной средой (ГОСТ 5272-68). 

Понятие «коррозия металлов» включает большую группу хи-

мических процессов, приводящих к разрушению металла. Эти про-
цессы резко отличаются друг от друга по внешним проявлениям, 
по условиям и средам, в которых они протекают, а также по свой-
ствам реагирующих металлов и образующихся продуктов реакции. 
Однако для их объединения имеются все основания, так как, несмотря 
на резкие отличия, все эти процессы имеют не только общий 
результат – разрушение металла, но и единую химическую 
сущность – окисление металла. 

Причина коррозии – термодинамическая неустойчивость металлов, 
вследствие чего большинство из них встречаются в природе 
в окисленном состоянии (оксиды, сульфиды, силикаты, алюминаты, 
сульфаты и т. д.). Таким образом, коррозию можно определить 
как самопроизвольный процесс, протекающий при взаимодействии 
металла с окружающей средой, сопровождающийся 
уменьшением свободной энергии Гиббса и разрушением металла. 

Зная знак термодинамического потенциала, можно определить 
возможность или невозможность самопроизвольного протекания 
коррозионного процесса. Таким образом, 
при  ∆GТ < 0 – коррозионный процесс возможен; 

∆GТ > 0 – коррозионный процесс невозможен; 
∆GТ = 0 – система находится в равновесии. 
Изобарно-изотермический потенциал можно рассчитать по 

уравнению 

∆𝐺Т

% = −𝑅𝑇2,303𝑙𝑔𝐾1,  
(1.1) 

где Kp – константа химического равновесия. 

Коррозия протекает на границе раздела двух фаз «металл – 

окружающая среда», т. е. является гетерогенным многостадийным 
процессом и состоит как минимум из трех основных многократно 
повторяющихся стадий: 

1. Подвода реагирующих веществ (в том числе коррозион-

ного агента) к поверхности раздела фаз. 

2. Собственно реакции взаимодействия металла с коррозион-

ной средой, итогом которой является переход некоторого количе-
ства металла в окисленную форму с образованием продуктов кор-
розии, а коррозионного агента в восстановленную форму; 

3. Отвод продуктов коррозии из реакционной зоны. 
В качестве классификационных признаков коррозии исполь-

зуют механизм коррозионного процесса, геометрические характе-
ристики коррозионных разрушений, условия взаимодействия ме-
талла с коррозионной средой, характер дополнительных воздей-
ствий на корродирующий металл в процессе его взаимодействия 
с внешней средой и другие. Классификация коррозионных процес-
сов представлена на рис. 1.1. 

Способность металлов сопротивляться воздействию среды 

называется коррозионной стойкостью или химическим сопротив-
лением материала. В результате коррозии изменяются свойства ме-
талла и, как следствие, происходит ухудшение его функциональ-
ных характеристик. Металл при коррозии может частично или пол-
ностью разрушаться. Химические соединения, образующиеся в ре-
зультате взаимодействия металла и коррозионной среды, называют 
продуктами коррозии. Продукты коррозии могут оставаться на по-
верхности металла в виде оксидных пленок, окалины или ржав-
чины. Степень адгезии продуктов коррозии с поверхностью ме-
талла изменяется в широком диапазоне. Например, ржавчина на 
поверхности железных сплавов образует рыхлый слой, процесс 
коррозии распространяется далеко вглубь металла и может приве-
сти к образованию сквозных язв и свищей. Напротив, при окисле-
нии алюминия на поверхности образуется плотная сплошная 
пленка оксидов, которая предохраняет металл от дальнейшего раз-
рушения. Коррозия является физико-химическим процессом и за-
кономерности ее протекания определяются общими законами 

термодинамики и кинетики гетерогенных систем. Различают внут-
ренние и внешние факторы коррозии. Внутренние факторы харак-
теризуют влияние на вид и скорость коррозии природы металла 
(состав, структура и т. д.). Внешние факторы определяют влияние 
состава коррозионной среды и условий протекания коррозии (тем-
пература, давление и т. д.). Противокоррозионной защитой назы-
вают процессы или средства, применяемые для уменьшения или 
прекращения коррозии металла. 

 

Рис. 1.1. Виды коррозии 

Давая определение коррозии как разрушение металлов в ре-

зультате химической или электрохимической реакции, нужно раз-
личать разрушение (порчу), происходящее по физическим причи-
нам, которое не является коррозией, а известно как коррозионная 
эрозия, истирание или фреттинг-коррозия или коррозионный износ. 
Коррозионный износ наблюдается в местах контакта плотно сжа-
тых или катящихся одна по другой деталей, если в результате виб-
раций между их поверхностями возникают микроскопические сме-
щения сдвига. 

Родственная ей кавитационная коррозия возникает при кави-

тационных режимах обтекания металла агрессивной средой, когда 
непрерывное возникновение и «захлопывание» мелких вакуумных 
пузырьков создает поток разрушающих микрогидравлических уда-
ров, воздействующих на поверхность металла. Это определение не 
распространяется на неметаллические материалы. Пластмассы мо-
гут набухать или трескаться, дерево – расслаиваться или гнить, гра-
нит может крошиться, а портландцемент – выщелачиваться, но 
термин «коррозия» относится только к химическому воздействию 
на металлы. Ржавлением называется коррозия железа и его сплавов 
с образованием продуктов коррозии, состоящих в основном из гид-
ратированных оксидов железа. Цветные металлы, следовательно, 
корродируют, но не ржавеют. 

Коррозия металлов наносит большой экономический ущерб. 

В результате коррозии выходят из строя оборудование, машины, 
механизмы, разрушаются металлические конструкции. Особенно 
сильно подвергается коррозии оборудование, которое контакти-
рует с агрессивными средами, например, растворами кислот, солей. 
Коррозийное разрушение может затрагивать всю поверхность ме-
талла – сплошная (общая) коррозия, или отдельные участки – мест-
ная (локальная) коррозия. В зависимости от механизма процесса 
различают химическую и электрохимическую коррозию. 

Химическая коррозия – разрушение металла из-за окисления 

его окислителями, находящимися в коррозийной среде. Электро-
химической коррозией называется разрушение металла при кон-
такте с электролитами с возникновением в системе электрического 
тока. Рассмотрим более подробно явление химической коррозии. 

2. ХИМИЧЕСКАЯ КОРРОЗИЯ 

Химическая коррозия металлов протекает в коррозионных 

средах, не проводящих электрический ток. Она представляет собой 
гетерогенную окислительно-восстановительную реакцию, в кото-
рой разрушаемый металл является восстановителем и непосред-
ственно вступает во взаимодействие с окислителем коррозионной 
среды. По виду агрессивной среды, в которой протекает процесс 
химической коррозии, различают: 

а) химическую коррозию в жидкостях-неэлектролитах; 
б) химическую газовую коррозию. Большое число металличе-

ских конструкций подвергается разрушению вследствие газовой 
коррозии и коррозии в жидком топливе при наличии в нем корро-
зионно активных составляющих. 

Наиболее распространенным и практически важным видом 

химической коррозии металлов является газовая коррозия – корро-
зия металлов в газах при высоких температурах. Она имеет место 
при работе многих металлических деталей и аппаратов (металли-
ческой арматуры нагревательных печей, двигателей внутреннего 
сгорания, газовых турбин и т. д.) и при проведении многочислен-
ных процессов обработки металлов при высоких давлениях (при 
нагреве перед прокаткой, ковкой, штамповкой, при термической 
обработке и т. п.) Поведение металлов при высоких температурах 
может быть описано с помощью двух важных характеристик – жа-
ростойкости и жаропрочности. Жаростойкостью называется спо-
собность металла сопротивляться коррозионному воздействию га-
зов при высоких температурах. Жаропрочностью называется спо-
собность металла сохранять при высоких температурах достаточно 
высокие механические свойства: длительную прочность и сопро-
тивление ползучести. 

Самый распространенный случай химической коррозии – вза-

имодействие металла с кислородом (газовая коррозия). Чаще всего 
она встречается при эксплуатации различных топочных устройств 
паровых котлов, двигателей внутреннего сгорания, когда при сго-
рании топлива в воздухе или кислороде образуется газовая смесь, 
содержащая кислород. Такой вид коррозии металлов наблюдается