Теоретические основы коррозионных процессов

 

Московский государственный технический университет  
имени Н.Э. Баумана 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Теоретические основы 
коррозионных процессов 
 
 
 
Рекомендовано 
Научно-методическим советом МГТУ им. Н.Э. Баумана  
в качестве учебного пособия по курсу 
«Общая химия» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва 
Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана 
2014 

УДК 620.193.4(075.8) 
ББК 24.1 
 
Т33 
 
 
Авторы: 
С.Л. Березина, А.М. Голубев, Н.Н. Двуличанская, Ю.А. Пучков 
 
Рецензенты: 
Ю.В. Герасимов, С.В. Котомин 
 
 
 
Теоретические основы коррозионных процессов : учеб. пособие 
по курсу «Общая химия» / [С.Л. Березина и др.]. — 
М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014. — 69, [3] с.: ил. 
ISBN 978-5-7038-3711-5 
В учебном пособии рассмотрены кинетические и термодинамические 
закономерности коррозионных процессов, особенности коррозии 
металлов и сплавов в различных средах, факторы, влияющие 
на скорость коррозии, методы защиты от нее. Приведены задачи 
практической направленности с примерами решения. 
Для студентов, изучающих курс «Общая химия», а также для 
студентов машиностроительных, материаловедческих и других специальностей 
технических университетов. 
УДК 620.193.4(075.8) 
ББК 24.1 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ISBN 978-5-7038-3711-5 
 МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014 

Т33

ВВЕДЕНИЕ 

Металлы и их сплавы являются основными конструкционными 
материалами, но при коррозионном воздействии окружающей среды 
теряют свои эксплуатационные свойства. Помимо прямых потерь 
металла в результате коррозии, имеются косвенные потери, 
определяемые стоимостью изготовления новых конструкций, затратами 
на ремонт оборудования, особенно в коррозионно-агрессивных 
средах (нефтегазовые сооружения, топливно-энергетический 
комплекс, химические, металлургические производства и 
др.), загрязнением окружающей среды. 
Коррозия (от лат. corrodere — разъедать) — самопроизвольное 
разрушение металлов и сплавов вследствие физико-химического 
взаимодействия с окружающей средой. Коррозию следует отличать 
от эрозии (от лат. erodere — разрушать), представляющей постепенное 
механическое разрушение металла (истирание трущихся частей 
механизмов, износ). Причиной коррозии металлов является их термодинамическая 
неустойчивость (большинство из них находится 
в природе в окисленном состоянии). 
При уменьшении природных запасов и увеличении потребности 
в широко применяемых металлах важными являются исследование 
коррозионных процессов и выбор методов защиты от коррозии. 
Разработка эффективных методов защиты от коррозии металлических 
материалов в различных условиях их эксплуатации требует 
знания теоретических основ коррозионных процессов, в первую 
очередь кинетических и термодинамических закономерностей. 

1. КЛАССИФИКАЦИЯ 
КОРРОЗИОННЫХ ПРОЦЕССОВ. 
ПОКАЗАТЕЛИ КОРРОЗИИ 

Коррозионные процессы классифицируют по механизму, условиям 
протекания, характеру разрушений. 
По механизму процессов различают химическую и электрохимическую 
коррозию. Химическая коррозия протекает в результате 
гетерогенной химической реакции металла с окислителем коррозионной 
среды в неэлектропроводных средах, продукты коррозии пространственно 
не разделены и образуются непосредственно на металлической 
поверхности в зоне реакции. При электрохимической коррозии 
общая реакция взаимодействия металла с электропроводной 
средой представляет собой два сопряженных процесса на участках 
поверхности: анодный (растворение металла) и катодный (восстановление 
окислителя коррозионной среды), которые не обязательно 
локализованы на определенных участках корродируемой поверхности. 

По условиям протекания различают высокотемпературную газовую 
коррозию, коррозию в жидкостях-неэлектролитах, в природных 
условиях (атмосферную, почвенную, в морской воде), контактную, 
биокоррозию (при воздействии продуктов жизнедеятельности 
микроорганизмов), радиационную, коррозию под действием тока от 
внешнего источника или блуждающих токов. 
При механическом внешнем воздействии с одновременным 
участием коррозионной среды различают фреттинг-коррозию, или 
коррозионную эрозию (при действии сил трения в коррозионной 
среде), коррозионную кавитацию (при ударных воздействиях в коррозионной 
среде), коррозионное растрескивание (разрушение металла 
при растягивающих внешних или внутренних напряжениях), 
коррозионную усталость (при знакопеременных или циклических 
механических нагрузках). 

По характеру коррозионного разрушения различают сплошную 
коррозию, захватывающую всю поверхность металла (рис. 1.1, а, б), 
и местную (локальную) (рис. 1.1, в−з). 
 

 
 
а 
б 
в 

 
 
г 
д 
е 

ж 
з 

Рис. 1.1. Виды коррозионных разрушений: 
а — равномерная коррозия; б — неравномерная; в — пятнами; г — язвами;  
д — точками (питтинг); е — избирательная; ж — межкристаллитная;  
з — транскристаллитная 
 
Сплошная коррозия может быть равномерной (атмосферная 
коррозия углеродистой стали), неравномерной (коррозия углеродистой 
стали в морской воде). Локальная коррозия поражает отдельные 
участки поверхности металла и выражается в виде отдельных 
пятен, незначительно углубленных в толщу металла (коррозия латуни 
в морской воде), язв — разрушений в форме углубленных раковин (
коррозия стальных конструкций в грунте), отдельных точек 
диаметром до 2 мм (питтинг), глубоко проникающих в металл (коррозия 
аустенитных хромоникелевых сталей в морской воде). При 
избирательной коррозии разрушается одна структурная составляю-

щая или один компонент сплава. К опасным видам коррозии, снижающим 
прочность конструкций без видимых внешних проявлений, 
относятся межкристаллитная и транскристаллитная. В первом 
случае коррозионные разрушения происходят по границам зерен 
металла, образование между зернами рыхлых продуктов коррозии 
резко ухудшает прочность и эластичность конструкций без видимых 
внешних проявлений (коррозия алюминиевых сплавов, хромоникелевых 
сталей). Во втором случае при коррозионном растрескивании 
коррозионный процесс локализуется в виде узкой трещины, 
распространяющейся не только межкристаллитно, но и через границы 
зерен (алюминиевые, магниевые, медные сплавы, большинство 
высокопрочных сталей в хлорсодержащих средах). 
Скорость коррозии оценивают по изменению одного из показателей 
процесса во времени. 
Массовый показатель коррозии (
),
m
K 
 г/(м2  ч): 

 
,
m
m
K
St




 
(1.1) 

где m — убыль массы металла в единицу времени t с единицы поверхности 
S после удаления продуктов коррозии или увеличение 
массы металла в результате роста пленки продуктов коррозии. 
Объемный показатель коррозии (KV), см/ч: 

 
,
V
V
K
St

 
(1.2) 

где V — объем приведенного к нормальным условиям газа, поглощенного 
или выделившегося в результате коррозии металла с единицы 
его поверхности в единицу времени. 
Глубинный показатель коррозии (KП), мм/год, характеризующий 
среднюю (или максимальную) глубину h разрушения металла в 
единицу времени, используют как критерий коррозионной стойкости 
металлов разной плотности: 

 
П
.
ρ
h
V
m
K
t
St
St






 
(1.3) 

При электрохимической коррозии используют токовый показатель 
iкор, А/см2 (плотность коррозионного тока), связанный с мас-

совым показателем 
m
K   законом Фарадея: 

 
кор
M

26,8
,
10 000
m
z
i
K
М



 
(1.4) 

где ММ — молярная масса вещества; z — количество участвующих 
в анодном процессе электронов; 26,8 А · ч/моль — константа Фарадея. 
 

2. ХИМИЧЕСКАЯ КОРРОЗИЯ 
МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ 

Химическая коррозия металлов характерна для сред, не проводящих 
электрический ток. К ней относится коррозия в жидких неэлектропроводных 
средах (органических и неорганических) и газовая 
коррозия, протекающая по химическому механизму. 

2.1. КОРРОЗИЯ В НЕЭЛЕКТРОЛИТАХ 

К неэлектролитам, не являющимся проводниками электрического 
тока, относятся жидкие бром и фтористый водород, расплавленная 
сера, многие органические вещества (фенол, бензол, толуол, 
хлороформ, бензин, керосин, мазут). 
Расплавленная сера наиболее активно реагирует с Cu, Pb, Sn, 
в меньшей степени с Ti, Al, углеродистой сталью. В жидком броме 
уже при комнатной температуре корродируют многие металлы (Ag, 
Cu, Sn, Ti, Fe, Al), для его хранения используют стальные освинцованные 
емкости. 
Практически важной областью изучения является коррозионная 
активность металлов в среде жидкого топлива — нефти и продуктов 
ее переработки. Коррозионно-активными компонентами нефти являются 
сера и ее соединения — сероводород, сероуглерод, тиофе-
ны, меркаптаны (тиоспирты с общей формулой R — SH). C утяжелением 
фракций перегонки в ряду бензин — керосин — мазут возрастают 
содержание серы и агрессивность коррозионной среды. 
При соприкосновении с бензинами сталь корродирует вследствие 
окисления углеводородов бензинов кислородом воздуха с образованием 
органических кислот; сероводород, элементарная сера и меркаптаны 
образуют с Fe, Pb, Cu, Ni, Ag сульфиды и металлические 
производные меркаптанов — меркаптиды. 
Коррозионный процесс по химическому механизму возможен 
только при контакте металла с растворами неполярных растворителей. 
В большинстве жидких органических растворителей металлы 
корродируют по электрохимическому механизму, что объясняется 

незначительным влиянием электропроводности жидкой среды на 
кинетические характеристики процессов ионизации и разряда. 
При наличии в органических жидкостях даже малых количеств 
влаги уже при комнатной температуре химическая коррозия переходит 
в электрохимическую. Так, присутствие влаги в тетрахлориде 
углерода вследствие его гидролиза 

CCl4 + Н2О = CCl3ОН + НCl 

приводит к образованию агрессивной электропроводной среды, что 
вызывает сильную коррозию стали, являющейся коррозионностойкой 
в сухом CCl4. 
В табл. 2.1 приведены значения стандартных потенциалов некоторых 
металлов и газовых электродов в органических и неорганических 
растворителях по отношению к стандартному водородному 
электроду, позволяющие провести сравнительную оценку электрохимической 
активности элементов. 
Растворение в апротонных средах включает процессы электрохимического 
восстановления кислорода с образованием суперок-
сидных ионов кислорода и последующим восстановлением до пероксидного 
иона 
 
2
O  + е 
2
O  

 
2
O  + е
2
2
O   

В присутствии донора протона супероксидные ионы диспро-
порционируют с регенерацией О2 

2
2O  + 2Н  Н2О2 + О2 

В кислотных средах кислород восстанавливается до Н2О, являющейся 
коррозионным агентом: 

О2 + 4НА + 4е  2Н2О + 4НА– 

Металлы в большинстве органических сред растворяются с образованием 
промежуточных низковалентных ионов. В ацетонит-
рильных растворах солей двухвалентной меди металлическая медь 
корродирует по химическому механизму 

Cu + Cu2+  2Cu+ 

в среде метанола — по электрохимическому 

Cu  Cu+ + е 

Cu+  Cu2+ + е 

Таблица 2.1 

Стандартные потенциалы (0) металлов и газовых электродов 
в различных растворителях при T = 298 K 

Электрод 

0, В, в растворителе 

Н2О 
НСООН 
СН3ОН 
С2Н5ОН 
NН3 

Li+ | Li 
−3,045 
−2,96 
−2,90 
−2,79 
−3,24 

Rb+ | Rb 
−2,980 
−2,93 
— 
— 
−2,93 

K+ | K 
−2,925 
−2,95 
−2,72 
−2,60 
−2,98 

Сs+ | Сs 
−2,920 
−2,92 
−2,95 
— 
−2,95 

Са2+ | Са 
−2,866 
−2,68 
— 
— 
−264 

Nа+ | Nа 
−2,714 
−2,90 
−2,58 
−2,43 
−2,85 

Zn2+ | Zn 
−0,763 
−0,73 
−0,54 
−0,39 
−1,53 

Сd2+ | Сd 
−0,403 
−0,23 
−0,23 
−0,13 
−1,20 

Н+ | Н2 
0,000 
+0,52 
+0,20 
+0,25 
−1,00 

I2 | I− 
+0,536 
— 
+0,56 
+0,55 
+0,45 

Ag+ | Ag 
+0,799 
+0,69 
+0,96 
+1,00 
— 

Br2 | Br− 
+1,065 
— 
+1,04 
+1,03 
+0,83 

Сl2 | Сl− 
+1,359 
+1,51 
+1,32 
+1,30 
+103 

2.2. ГАЗОВАЯ КОРРОЗИЯ  
В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СРЕДАХ 

Газовая коррозия протекает при контакте металлов с газами (О2, 
Сl2, HCl, SО2, H2S, Н2О, СО2) при температурах, превышающих «точку 
росы» — температуру конденсации пара на поверхности металла. 
В связи с этим в природных условиях газовая коррозия наблюдается 
редко, в технологических процессах — достаточно часто.