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; Минобрнауки 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 подго
товки 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 конструкци
онными 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 продуктов окисления. Во многих случаях стоимость продукта недополученного или испорченного вследствие коррозии или ущерб, 
нанесенный утечкой ценных веществ, а также загрязнениями окружающей среды, могут, по некоторым зарубежным данным, в четыре раза превышать затраты на ремонт и восстановление оборудования, разрушающегося при коррозии. Резкий рост потерь металлофонда в последние годы из-за коррозии обусловлен рядом обстоятельств: 

• 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 значительная 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 металлоконструкции эксплуатируются в средах повышенной агрессивности. 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 строительных конструкций. В настоящее время общий металлофонд 
Российской Федерации составляет 1,6 млрд т, при этом 40–50 % 
металлических конструкций и сооружений работают в агрессивных средах, 30 % в слабоагрессивных, и только около 10 % не требуют антикоррозионной защиты. Для правильной постановки 
практической работы по защите металлических конструкций от 
коррозии необходимо знание теории процессов коррозии и методов 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 проектных решений тщательно изучают характер агрессивных воздействий, условия эксплуатации конструкций, моральный срок 
службы зданий, сооружений и оборудования. При этом широко используются рекомендации фирм, производящих материалы для антикоррозионной защиты и располагающих лабораториями для исследования и обработки защитных систем из выпускаемых ими материалов. В России накоплен определенный опыт проведения 
натурных обследований металлоконструкций промышленного 
назначения для определения скорости коррозионных процессов и 
методов защиты. Проводятся работы в области повышения долговечности и улучшения противокоррозионной защиты строительных зданий, сооружений и других металлоконструкций. Эти работы включают натурные обследования, экспериментальные и 
производственные исследования, а также теоретические разработки. При натурных исследованиях выявляются условия работы 
конструкций, учитывающие особенности влияния на них нагрузок, 
температурно-влажностных и климатических воздействий, агрессивных сред. Таким образом, проблемы коррозии постоянно обостряются из-за непрерывного роста производства металлов и ужесточения условий их эксплуатации. Среда, в которой используются 
металлические конструкции, становится все более агрессивной, 

в том числе и за счет ее загрязнения. Металлические изделия, используемые в технике, работают в условиях все более высоких температур и давлений, мощных потоков газов и жидкостей. Поэтому 
вопросы защиты металлических материалов от коррозии становятся 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 необходимостью сохранения природных ресурсов, защиты окружающей среды. 

5

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КОРРОЗИИ 

МЕТАЛЛОВ 

Коррозия металлов – разрушение металлов вследствие хими
ческого или электрохимического взаимодействия их с коррозионной средой (ГОСТ 5272-68). 

Понятие «коррозия металлов» включает большую группу хи
мических процессов, приводящих к разрушению металла. Эти процессы резко отличаются друг от друга по внешним проявлениям, 
по условиям и средам, в которых они протекают, а также по свойствам 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 ме
таллов, 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 опреде
лить 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 количества металла в окисленную форму с образованием продуктов коррозии, а коррозионного агента в восстановленную форму; 

3. Отвод продуктов коррозии из реакционной зоны. 
В качестве классификационных признаков коррозии исполь
зуют механизм коррозионного процесса, геометрические характеристики коррозионных разрушений, условия взаимодействия металла с коррозионной средой, характер дополнительных воздействий на корродирующий металл в процессе его взаимодействия 
с внешней средой и другие. Классификация коррозионных процессов представлена на рис. 1.1. 

Способность металлов сопротивляться воздействию среды 

называется коррозионной стойкостью или химическим сопротивлением материала. В результате коррозии изменяются свойства металла и, как следствие, происходит ухудшение его функциональных характеристик. Металл при коррозии может частично или полностью разрушаться. Химические соединения, образующиеся в результате взаимодействия металла и коррозионной среды, называют 
продуктами коррозии. Продукты коррозии могут оставаться на поверхности металла в виде оксидных пленок, окалины или ржавчины. Степень адгезии продуктов коррозии с поверхностью металла изменяется в широком диапазоне. Например, ржавчина на 
поверхности железных сплавов образует рыхлый слой, процесс 
коррозии распространяется далеко вглубь металла и может привести к образованию сквозных язв и свищей. Напротив, при окислении алюминия на поверхности образуется плотная сплошная 
пленка оксидов, которая предохраняет металл от дальнейшего разрушения. Коррозия является физико-химическим процессом и закономерности ее протекания определяются общими законами 

термодинамики и кинетики гетерогенных систем. Различают внутренние и внешние факторы коррозии. Внутренние факторы характеризуют влияние на вид и скорость коррозии природы металла 
(состав, структура и т. д.). Внешние факторы определяют влияние 
состава коррозионной среды и условий протекания коррозии (температура, давление и т. д.). Противокоррозионной защитой называют 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 различать разрушение (порчу), происходящее по физическим причинам, которое не является коррозией, а известно как коррозионная 
эрозия, истирание или фреттинг-коррозия или коррозионный износ. 
Коррозионный износ наблюдается в местах контакта плотно сжатых или катящихся одна по другой деталей, если в результате вибраций между их поверхностями возникают микроскопические смещения 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 ударов, воздействующих на поверхность металла. Это определение не 
распространяется на неметаллические материалы. Пластмассы могут набухать или трескаться, дерево – расслаиваться или гнить, гранит 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 гидратированных 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 контактирует с агрессивными средами, например, растворами кислот, солей. 
Коррозийное разрушение может затрагивать всю поверхность металла – сплошная (общая) коррозия, или отдельные участки – местная (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. Электрохимической коррозией называется разрушение металла при контакте 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 которой разрушаемый металл является восстановителем и непосредственно 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 коррозионно активных составляющих. 

Наиболее распространенным и практически важным видом 

химической коррозии металлов является газовая коррозия – коррозия металлов в газах при высоких температурах. Она имеет место 
при работе многих металлических деталей и аппаратов (металлической арматуры нагревательных печей, двигателей внутреннего 
сгорания, газовых турбин и т. д.) и при проведении многочисленных 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 – жаростойкости и жаропрочности. Жаростойкостью называется способность металла сопротивляться коррозионному воздействию газов при высоких температурах. Жаропрочностью называется способность металла сохранять при высоких температурах достаточно 
высокие механические свойства: длительную прочность и сопротивление 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 сгорании топлива в воздухе или кислороде образуется газовая смесь, 
содержащая кислород. Такой вид коррозии металлов наблюдается