Теория коррозии и методы защиты металлов

Московский государственный технический университет  
имени Н.Э. Баумана 

Ю.А. Пучков, М.Р. Орлов, С.Л. Березина 
 
 
Теория коррозии  
и методы защиты металлов 
 
 
 
 
Методические указания  
к выполнению лабораторных работ  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва 
Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана 
2014 

УДК 620.197(075.8) 
ББК 39.66 
 П90 
 

 

 
Рецензент  Б.Ф. Якушин 

 

 
Пучков Ю. А. 
П90 
 
Теория коррозии и методы защиты металлов : метод. указания к выполнению лабораторных работ / Ю. А. Пучков,  
М. Р. Орлов, С. Л. Березина. — М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2014. — 67, [1] с. : ил. 

ISBN 978-5-7038-3850-1 

 
Рассмотрены явления и процессы, происходящие при 
электрохимической и химической коррозии, а также экспериментальные методы их изучения. Дано описание используемых при выполнении лабораторных работ приборов и оборудования. 
Для студентов, обучающихся по специальности «Материаловедение в машиностроении». 
Рекомендовано Учебно-методической комиссией Научноучебного комплекса «Фундаментальные науки» МГТУ им.  
Н. Э. Баумана. 
 
 
УДК 620.197(075.8) 
ББК 39.66 
 
 
 
 

 

 

ISBN 978-5-7038-3850-1 
 
 
       МГТУ им. Н.Э.  Баумана, 2014 

РАБОТА № 1 
ИЗМЕРЕНИЕ ЭЛЕКТРОДНЫХ ПОТЕНЦИАЛОВ,  
ЕМКОСТИ ДВОЙНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СЛОЯ  
И СОПРОТИВЛЕНИЯ ЗАЩИТНОЙ ПЛЕНКИ 

Цель работы — изучение методики измерения электродных 
потенциалов, определение временных зависимостей электродных 
потенциалов сталей в различных средах; изучение влияния содержания хрома на стационарный электродный потенциал сталей. 

Краткие теоретические сведения 

Электрохимическая коррозия (согласно ГОСТ 5272–68) — 
взаимодействие металла с коррозионной средой (раствором электролита), при котором ионизация атомов металла и восстановление окислительного компонента коррозионной среды протекают 
не в одном акте и их скорости зависят от электродного потенциала. 
Под электродным потенциалом металла понимают напряжение 
разомкнутой цепи гальванической ячейки, составленной из электрода данного металла, погруженного в электролит, и водородного 
электрода сравнения, потенциал которого принят равным нулю  
(т. е. потенциал измеряют по водородной шкале). 
Электродный потенциал возникает в результате взаимодействия металла и электролита, приводящего к протеканию электродных реакций, образованию двойного электрического слоя (ДЭС)  
и появлению электрического тока. 
Межфазный слой металла и электролита в целом электронейтрален. Однако вследствие неравномерного распределения заряженных частиц в электролите образуется ДЭС с характерным для 

него распределением электрического потенциала (рис. 1.1). Расстояние между обкладками ДЭС составляет менее 1 нм, поэтому 
напряженность электрического поля может достигать 10 В/м. 

 
а 
 
 
б 

Рис. 1.1. Распределение зарядов и изменение потенциалов в ДЭС: 
а — по Гельмгольцу (плотная часть ДЭС); б — по Гуи и Чапмену  
(диффузная часть ДЭС) 

Реакцию растворения металла в электролите можно представить в самом общем виде: 
 
Me → МеZ++ Zе– 
(1.1) 
Однако реакция (1.1), как и все другие электродные реакции, 
протекает в несколько стадий: 
 
Meреш → Меад 
(1.2) 

 
Меад→ (МеZ+)ад + Zе– 
(1.3) 

 
(МеZ+)ад + mH2O → МеZ+mH2O, 
(1.4) 
где Meреш — атом металла решетки; Меад — атом адсорбированного металла. 

Реакция (1.2) описывает стадию разрушения кристаллической 
решетки (металл из решетки Meреш переходит в адсорбированный 
слой); реакция (1.3) — стадию переноcа адсорбированного иона 
через ДЭС; реакция (1.4) — стадию переноса катиона металла из 
ионной обкладки ДЭС в электролит. 
На металлической поверхности в электролите при коррозии 
могут протекать и другие реакции, например, 
 
2H+ + 2e– → Н2 
(1.5) 

 
O2 + 2H2О + 4e– → 4ОН– 
(1.6) 
Каждая из реакций (1.5), (1.6) протекает в прямом и обратном 
направлениях, но с разными скоростями в зависимости от числового значения электродного потенциала. 
Анодная реакция — реакция окисления, т. е. потеря электронов 
атомами, молекулами, соединениями и т. д. При анодной реакции 
положительно заряженный ион переходит в электролит или отрицательный ион разряжается на электроде. Электрический ток в результате анодных реакций протекает от поверхности электрода  
в электролит. Это направление протекания электрического тока 
называют анодным, а плотность обозначают iа. 
Электрод или его отдельные участки, на которых преобладают 
анодные реакции окисления, называют анодом или анодными участками. На аноде электроны от контактной поверхности уходят  
в глубь металла. 
Катодная реакция — реакция восстановления, т. e. приобретения электронов. При катодной реакции на электроде происходит 
разряд положительно заряженных ионов или образование отрицательных ионов. Ток в результате катодных реакций протекает во 
внутренней цепи от электролита к электроду, его плотность обозначают iк. 
Электрод или отдельные участки электрода, на которых восстановление является основной реакцией, называют катодом или катодными участками. На катоде электроны, поступающие из внешней цепи, вступают в реакцию (выводятся из реакционной зоны). 
Различают равновесные, или обратимые, электродные потенциалы, и неравновесные — необратимые. 

Равновесные электродные потенциалы устанавливаются в том 
случае, если на электроде протекает только одна окислительновосстановительная реакция, например,  

 
Me
Me
.
Z
Ze




  

В этом случае наблюдаютcя и баланc электрического тока 


а
к ,
i
i

 и баланc вещества (масса металла и концентрация ионов 

в электролите не изменяются, коррозия отсутствует). Любая окислительно-восстановительная реакция при ее равновесном электродном потенциале характеризуется равновесной плотностью тока обмена о
а
к.
i
i
i

 
 Величина io определяет устойчивость электродного потенциала реакции к внешним воздействиям: чем 
больше io, тем устойчивее значения электродного потенциала, 
меньше поляризация (см. далее работу № 2). 
Стандартный электродный потенциал 
0
Me
Me

Z

 — это потенциал 

электрода с активностью ионов металла в растворе, равной 
1 моль/л. Стандартные электродные потенциалы определяют экспериментально компенсационным методом (рис. 1.2). Однако для 
неустойчивых электродов (щелочные и щелочно-земельные металлы в водных растворах их солей и оснований) важное значение 
имеют термодинамические расчеты. 
Если падение внешнего потенциала от элемента Вестона на участке АС равно ЭДС элемента, то гальванометр покажет отсутствие 
тока в цепи. Отсюда легко найти ЭДС испытуемого элемента 
0x
E  

 

2

0
0
0
Cu
2H
Cu
H
.
Z
x
W AC
E
E
AB


 
 

 

Поскольку  

 

2

0
2H
H
0,



 

то 

 
0
0
Cu
Cu
.
Z
x
E

 
 

Стандартные электродные потенциалы рассчитывают по изменению изобарно-изотермического потенциала 
0
rG

 соответствующей окислительно-восстановительной реакции:  

 

0
0
,
rG
ZF

  
 
(1.7) 

где Z — эквивалентное число; F — постоянная Фарадея, Кл · моль–1. 

 

Рис. 1.2. Схема установки для измерения электродных потенциалов  
и ЭДС гальванических элементов: 
1 — стандартный водородный электрод; 2 — исследуемый электрод (например, 
Cu); 3 — соляной мостик; 4 — переменное сопротивление АВ с линейным  
законом изменения; 5 — гальванометр; 6 — источник компенсационного тока 
(например, элемент Вестона W) 

Электрохимический ряд напряжений металлов (табл. 1.1) — 
это ряд из увеличивающихся по числовому значению стандартных 
электродных потенциалов металлов.