Казалось бы, химия наука оторванная от быта, но тем не менее важна для инженера. Сегодняшний пост про электрохимическю (гальваническую) коррозию.
Нельзя просто так взять, и соединить два разных металла. Точнее можно, но могут быть проблемы. Многие помнят из школьного курса химии ряд напряженности металлов. Вот он:
| Li | K | Sr | Ca | Na | Mg | Al | Zn | Cr | Fe | Cd | Co | Ni | Sn | Pb | H | Cu | Ag | Hg | Pt | Au |
| -3,04 | -2,93 | -2,89 | -2,86 | -2,71 | -2,37 | -1,7 | -0,76 | -0,74 | -0,44 | -0,40 | -0,28 | -0,23 | -0,14 | -0,12 | 0 | +0,52 | +0,79 | +0,85 | +0,96 | +1,69 |
Более подробная таблица есть в википедии.
Данная таблица говорит, что например, если мы в апельсин (электролит) воткнем цинковую проволочку и медную, то потенциал между ними будет 0,76+0,52 = 1,28В. При этом при протекании тока один металл — цинк, так как он левее будет разрушаться. Чем дальше разнесены по таблице металлы, тем больше потенциал в их паре, тем интенсивнее реакция.
При соприкосновении двух металлов, и наличия электролита начинается процесс электрохимической коррозии, вот наглядная картинка отсюда:
В паре металлов разрушается более электроотрицательный металл, тот который в таблице левее — алюминий в данном случае. Электролитом может служить простая влага воздуха. Это основная причина почему нельзя скручивать вместе алюминиевый и медный провод, их постепенно сожрет коррозия и контакт будет потерян. Такая мина замедленного действия. Но про это будет отдельная статья.
Примеры коррозии. Пара медь — железо. Железо в ряду левее, и оно разрушается:
Источник. Чтобы такого не происходило медная труба должна соединяться через изолирующую пластиковую вставку, исключающей электрический контакт металлов. Но если вставка будет повреждена — начинается процесс коррозии.
Или вот. Нержавеющая сталь и оцинкованное железо. Цинк разрушился обнажив железо:
Вот фото сделанное мной:
Видно, что ржавчина появляется только после того как растворится цинк. Электрохимическая защита лучше окраски тем, что действует до последнего, и не отшелушится при старении, как краска.
Вот еще хорошая демонстрация отсюда. Стальной болт — медная гайка, медный болт — стальная гайка, и алюминиевый болт — медная гайка.
Настоятельно рекомендую знающим английский язык почитать подробно тут.
Видел как то в интернете мастер делал орнамент на клинке расчеканивая в углубление медный провод. После шлифовки выглядело красиво. Но теперь мы знаем, что будет при контакте с водой.
Катодная защита.
Зло гальванической коррозии можно обратить во благо. Как мы видим, если у нас есть два металла, то в присутствии воды начнет разрушаться более электроотрицательный, активный металл. Пока он полностью не разрушится — не начнется обычная коррозия второго металла. Поэтому железо оцинковывают для защиты от коррозии. Если взять и поцарапать оцинкованный болт, то у нас появится место контакта железа, цинка и электролита. И прелесть в том, что начнет разрушаться цинк, а не железный болт. Только когда разрушится весь цинк — болт начнет ржаветь. Поэтому оцинкованное железо служит дольше, слой «жертвенного» металла дает дополнительные годы эксплуатации.
Ситуация полностью наоборот случится если мы покроем железо оловом. Железо лудят если оно контактирует с пищей. Олово, попавшее в пищу безопаснее железа или цинка. Но олово правее железа в ряду напряженности металлов, а значит при наличии царапины и воды начнет разрушаться железо. И этот процесс не прекратится пока не останется тонкая скорлупка олова.
Картинка отсюда:
Но к счастью не обязательно покрывать защищаемый металл жертвенным. Достаточно их соединить электрически и поместить в один электролит. Пример — катодная защита трубопроводов:
Магниевая болванка будет разрушаться, защищая железный трубопровод от ржавчины. Такой же магниевый электрод помещают в бойлеры, это позволяет сделать бак дешевым, из тонкой стали,а сам электрод сделать расходным материалом. Они даже продаются.