Паршин А.Г., Пахомов В.С., Лебедев Д.Л. - Химическое сопротивление материалов и защита от коррозии, страница 7

Подготавливают стальной образец так же, как указано в п. 4.3.1. Значение измеренной массы образца заносят в табл. 4,1. Обработка свинцового образца аналогична обработке медного и цинкового. Подготовленные стальной и свинцовый образцы закрепляют в крышке стакана и подсоединяют через движковый реостат и амперметр к источнику тока. Защищае­мый образец подключают к отрицательному полюсу (рис.4). Рассчитывают силу тока, которую необходимо установить для достижения плотности защитного тока i_з = 24 мА/см².

Наливают в стакан 5%-ный раствор серной кислоты до уровня, проходящего по ножкам образцов. Помещают образ­цы в раствор, замыкают ключом электрическую цепь, движко­вым реостатом устанавливают необходимую силу тока и фик­сируют время начала испытаний. Проводят испытания в тече­ние часа, измеряя потенциалы обоих электродов через 10, 25 и 45 мин после начала опыта.

По истечении часа источник тока отключают, измеряют потенциалы металлов при отключенном источнике и оцени­вают интенсивность газовыделения на электродах при элек­трозащите и в отсутствие ее.

После завершения опыта стальной образец вынимают из раствора, удаляют продукты коррозии, промывают водой, вы­тирают фильтровальной бумагой, высушивают и взвешивают;

свинцовый электрод промывают водой и вытирают фильтро­вальной бумагой. Раствор переливают в бутыль, стакан ополаскивают водой. Все результаты наблюдений и измерений заносят в табл. 4.1. и 4.2.

4.3.3. Радиус действия протектора

Задача данной части работы - определить влияние элек­тропроводности раствора на радиус действия цинкового про­тектора при защите стали Ст3 в нейтральной среде. Исследо­вания проводят в дистиллированной воде и 1%-ном растворе хлористого натрия. Удельную электропроводность растворов необходимо определить по справочникам.

а) Объекты исследования и аппаратура

1. Образцы стали Ст3 (2 шт.) - пластинка 40х20х3.

2. Цинковый протектор (2 шт.) - полоска, проволока.

3. Агрессивные среды - дистиллированная вода, 1%-ный раствор NaCl.

4. Ванночки или чашки Петри (2 шт.),

5. 1%-ный раствор красной кровяной соли.

6. Стеклянная палочка, наждачная бумага, вата, фильт­ровальная бумага, ацетон.

б) Методика проведения эксперимента

Две стальные пластинки зачищают наждачной бумагой и протирают ватой, смоченной ацетоном. В отверстия, имею­щиеся в стальных пластинках, вставляют небольшие кусочки цинковой проволоки и плотно закручивают для создания хо­рошего контакта цинка и стали.

В одну чашку Петри наливают дистиллированную воду, в другую 1%-ный раствор NaCl. В обе чашки из капельницы добавляют по 5 капель раствора красной кровяной соли К₃Fе(СN)₆ (индикатор на ионы железа Fe²⁺) и перемешивают. Пластинки помещают на дно чашек.

Через 10-15 мин осматривают стальные пластинки с протекторами, не вынимая их из раствора. Измеряют расстояние от протектора до синих пятен, появившихся на поверхно­стях стальных пластинок, описывают их количество и распо­ложение на образцах (зарисовывают).

Появление синих пятен вызвано образованием "турнбул-левой сини" вследствие реакции красной кровяной соли с двухвалентными ионами железа, появившимися в растворе в результате коррозии тех участков стального образца, на кото­рые не распространяется защитное действие цинкового про­тектора.

Результаты наблюдений заносят в табл. 4.3. Образцы вынимают, промывают водой, высушивают фильтровальной бумагой. Растворы выливают в раковину, чашки споласкивают водой.

4.4. Обработка опытных данных

1. Рассчитывают по формулам (4.3) и (4.4) и заносят в табл. 4.1 показатели катодной защиты и контактной коррозии - защитный эффект (z), коэффициент защитного действия (k_з), для всех случаев (пары Fe-Zn, Fe-Cu, электрозащита). При этом скорость коррозии стали в различных условиях определяют по формуле (1.12).

2. Строят график изменения потенциалов электродов во вре­мени для всех случаев φ = f(τ), предварительно пересчитав измеренные потенциалы относительно нормального водо­родного электрода по формуле (3.5).

3. Рассчитывают равновесные потенциалы цинка, меди, желе­за и водородного электрода, принимая концентрацию ио­нов металлов в растворах [Zn²⁺] = [Fe²⁺] = [Си²⁺] = 10⁶ моль/л и, учитывая, что кислотный показатель среды 5%-ной H₂S0₄ рН ⁼ 0,1. Равновесные потенциалы металлов определяют по формуле (3.6).

Равновесный потенциал водородного электрода находят по формуле

(4.5)

где - равновесный потенциал водородного электро­да. В;

- стандартный потенциал нормального водород­ного электрода (при = 1 и = 1), В;

- активность ионов водорода в растворе, моль/л;

- парциальное давление водорода над раствором, атм;

n - число электронов, участвующих в реакции вос­становления ионов водорода:

Н⁺Н₂0+ e1/2Н₂+Н₂0 (4.6)

При температуре 25°С и парциальном давлении водоро­да в атмосфере воздуха = 510^-8 атм равновесный потенциал водородного электрода

=0,215 - 0,059 pΗ, (4.7)

где рН = -lg - кислотный (водородный) показатель среды.

4. Рассчитывают и заносят в табл. 4.2 токовые показатели коррозии стали (железа) и токи растворения железа для всех случаев

(4.8)

I = iS (4.9) где i - токовый показатель коррозии, А/м²;

К - массовый показатель коррозии, г/(м²ч);

n - валентность ионов металла, переходящих в раствор;

А - моль растворяющегося металла, г;

26,8 - количество электричества, необходимое для рас­творения 1 моль/n металла, А· ч;

I - ток растворения металла. А;

S - площадь поверхности коррелирующего металла, м².

5. Строят полную коррозионную поляризационную диа­грамму изученной системы в координатах ток (I) - по­тенциал (φ) аналогично представленной на рис.4.

При этом: а) применяют расчетные значения равновесных потен­циалов цинка, железа, меди и водорода в качестве ис­ходных точек для построения соответствующих анод­ных и катодных кривых;

б) для построения анодной кривой железа используют экспериментальные значения установившихся потен­циалов железа и соответствующих им токов его рас­творения в различных условиях (табл. 4.2):

- без контакта (_Fe-I₁)

- контакт с цинком (_Fe/Zn-I₂)

- контакт с медью (_Fe/Cu-I₃)

- электрозащита (_{Fe э.з.}-I₄)

в) при построении катодных кривых для всех металлов принимают, что перенапряжение водорода (опреде­ляющее наклон катодных кривых) на цинке в два раза, а на меди в полтора раза выше, чем на железе, т.е. _Zn = 2_Fe; _Cu = 1,5_Fe;

г) при построении анодных кривых цинка и меди ис­пользуют катодные кривые для этих металлов и экс­периментальные значения их потенциалов коррозии без контакта (см. табл. 4.2).

6. Делают выводы об основных закономерностях кон­тактной коррозии и катодной защиты:

а) изменение электродных потенциалов и скоростей кор­розии металлов при контакте;

б) эффективность протекторной защиты и электрозащи­ты;

в) влияние электропроводности среды на эфф-ть катодной защиты.

4.5. Вопросы для самоконтроля

1. Как и почему изменяются потенциал и скорость коррозии меди при контакте ее со сталью (железом)?

2. Какие продукты выделяются на электродах при контактной коррозии и электрозащите в изученной системе?

3. Будут ли изменяться (если будут, то как и почему) потенци­ал и скорость коррозии стальной (железной) детали при увеличении размеров контактирующей с ней медной детали?

4. Как изменится потенциал и скорость коррозии железа в ус­ловиях электрозащиты при увеличении катодного тока, подводимого от внешнего источника?

5. С каким контролем протекает коррозия цинка, железа и ме­ди в растворе серной кислоты в отсутствие контакта (опре­делить по результатам работы)?

6. Можно ли применить медные заклепки в алюминиевом ап­парате? (Наоборот?). Решение объяснить.

Библиографический список

1.Пахомов B.C. Коррозия и защита химической аппарату­ры. Электрохимическая коррозия металлов: Учебное по­собие. -М.: МИХМ, 1983. -80 с.

2..Жук Н.П. Курс теории коррозии и защиты металлов. -М.:Металлургия, 1980. -С. 270-277; 287-299; 357-364.

; -равновесные потенциалы первого и второго металлов;

- равновесный потенциал окислителя;

_κορ1; _κορ2 - потенциалы коррозии первого и второго ме­таллов без контакта;

I_кор1; I_кор2 - скорости коррозии первого и второго металлов без контакта;

Рис. 4. Поляризационная диаграмма короткозамкнутой двухэлектродной системы (гальванической макропары)

φ_ - компромиссный потенциал (общий потенциал пары),

-скорости растворения первого и второго металлов при контакте;

- скорости катодных процессов металлов при кон­такте.

1
- милливольтметр; 2 - контактная клемма; 3 - изолирую­щая пластина; 4 - электролитический мостик; 5 - хлорсе-ребрянный электрод сравнения; 6 - раствор КС1, 7 - стек­лянный стакан; 8 - рабочие электроды; 9 - рабочий рас­твор; 10 - коаксильный кабель

Рис. 5. Схема установки для измерения потенциалов при контактной коррозии

1
- защищаемый образец; 2 - агрессивный раствор; 3 -вспомогательный электрод; 4 - источник тока (выпрями­тель); 5 - ключ; 6 - реостат; 7 - амперметр

Рис. 6. Схема установки при электролите:

Приложение 1

ИНСТРУКЦИЯ О ПОЛЬЗОВАНИИ ЛАБОРАТОРНЫМИ АНАЛИТИЧЕСКИМИ ВЕСАМИ ВЛА-200г-М

Лабораторные аналитические весы модели ВЛА-200г-М (рис.7) предназначены для точного (±0,0002 г) определения массы веществ при проведении лабораторных анализов.

Порядок взвешивания на аналитических весах следующий:

1. Включить весы в электрическую сеть.

2. Установить риску оптического экрана на нулевую отметку оптической шкалы 1, для чего освободить коромысло весов от опор поворотом арретира 2 влево до отказа; совместить с помощью микрометрического винта 3 риску оптического эк­рана с нулевой отметкой оптической шкалы, после чего вы­ключить весы плавным поворотом арретира вправо до отказа.

3. Приступить к взвешиванию, отодвинув левую боковую двер­ку весов, положить образец на левую чашку. Открыв правую боковую дверку весов, поместить на правую чашку весов гирьки из разновесов, соответствующих примерной массе образца в граммах (гирьки брать только пинцетом).

4. Плавным поворотом арретира влево до отказа включить весы и определить в какую сторону смещается оптическая шкала относительно риски оптического экрана. Если риска экрана будет за пределами крайней отметки оптической шкалы "+10", то масса образца больше массы выбранных гирек и на правую чашку весов нужно установить гирьки массой на один грамм больше (прибавить гирьки). Если риска оптиче­ского экрана оказывается за пределами другой крайней отметки оптической шкалы "-10", то масса образца меньше массы выбранных гирек и на правую чашку весов нужно ус­тановить гирьки массой на один грамм меньше (снять гирь­ки).