Паршин А.Г., Пахомов В.С., Лебедев Д.Л. - Химическое сопротивление материалов и защита от коррозии (1093328), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

После окончания работы необходимо проверить, чтобы бутыль с кислотой и склянка с ацетоном были закрыты проб­ками, и привести свое рабочее место в порядок. Образцы ос­тавляют на рабочем месте, а использованную фильтровальную бумагу выбрасывают.

Рис. 1. Схема установки для изучения кинетики электрохимической коррозии металлов объемным методом

1.4. Обработка опытных данных

Результаты опытов и произведенных на их основе вычис­лений заносят в табл. 1.1.

Рассчитывают объем водорода, выделившегося с едини­цы поверхности каждого образца и среднюю скорость корро­зии для каждого металла за максимальное время испытаний по количеству выделившегося водорода (объемный показатель коррозии) по формуле

(1.11)

где V - объем водорода, выделившегося за время испытаний, см³;

Р - атмосферное давление при проведении испытаний, мм рт. ст.

- давление насыщенного водяного пара при температуре испытаний, мм рт. ст. (см. приложение 2);

S - площадь поверхности образца, см²;

τ - время испытаний, ч;

Т - температура испытаний, К.

Рассчитывают для каждого металла массовый показатель коррозии по следующей формуле

(1.12)

где m_н - начальная масса образца, г;

m_к - конечная масса образца, г;

S - площадь поверхности образца, м²;

τ - время испытаний, ч.

Затем проверяют эквивалентность значений К_об и К_мас, для чего определяют массовый показатель коррозии К^’_мас из К_об по формуле

(1.13)

где К_об - объемный показатель коррозии, см³/см²;

А - атомная масса металла, г;

22429 - объем 1 моль водорода, см³;

n - валентность растворяющегося металла

и сравнивают его с массовым показателем коррозии, рассчи­танным по изменению массы образца по формуле (1.12). Глубинный показатель коррозии находят по формуле

(1.14)

где К_мас - массовый показатель коррозии, г/(м²ч),

р - плотность металла: чугуна - 7,2 г/см³; стали и же­леза - 7,8 г/см³; цинка и его сплавов - 7,1 г/см³.

Кроме того, коррозионную стойкость исследуемых ме­таллов оценивают по десятибалльной шкале коррозионной стойкости (см. приложение 3).

Результаты работы представляют в виде заполненной табл. 1.1, а также в виде графика динамики коррозии иссле­дуемых металлов, откладывая по оси ординат удельный объем выделившегося водорода (см³/см²), а по оси абсцисс - время коррозии в минутах. При построении указанной зависимости все три динамические кривые наносят на один график в одном масштабе.

1.5. Вопросы для самоконтроля

1. Напишите уравнения анодной и катодной реакций, проте­кающих при коррозии сплавов железа и цинка в разбавлен­ной серной кислоте.

2. Рассчитайте величину Э.Д.С. процесса коррозии железа в разбавленной серной кислоте.

3. С каким контролем протекает коррозия сплавов железа и цинка в разбавленной серной кислоте?

4. Что называется перенапряжением водорода, и от каких фак­торов оно зависит?

5. Почему электроположительные примеси в сплавах могут существенным образом влиять на скорость коррозии при ка­тодном восстановлении ионов водорода?

Библиографический список

1. Пахомов B.C. Коррозия и защита химической аппаратуры. Электрохимическая коррозия металлов: Учебное пособие. М.:МИХМ, 1983.-76 с.

2. Жук Н.П. Курс теории коррозии и защиты металлов. М.: Металлургия, 1980. - С.149-188, 341-369.

Лабораторная работа 2

КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ С КИСЛОРОДНОЙ ДЕПОЛЯРИЗАЦИЕЙ

2.1. Цель работы

Изучение влияния доступа кислорода к аноду и катоду на силу тока модели коррозионного элемента, работающего с кислородной деполяризацией, а также качественное определе­ние продуктов катодной и анодной реакций при коррозии же­леза в нейтральном растворе.

2.2. Теория вопроса

Электрохимические коррозионные процессы, у которых катодная деполяризация осуществляется растворенным в элек­тролите кислородом, называют процессами с кислородной деполяризацией. Это самый распространенный вид коррозии, примерами которой являются разрушение железа во влажной атмосфере, нейтральных и щелочных растворах; коррозия не­ржавеющих сталей, меди в нейтральных и кислых средах.

Термодинамическая возможность электрохимической коррозии в данной среде определяется равновесными потен­циалами процесса ионизации металла и восстановле­ния окислителя

< (2.1)

Самопроизвольное протекание коррозии металлов с ки­слородной деполяризацией возможно при условии

< (2.2)

где - равновесный потенциал кислородного электрода в данной среде.

Коррозионный процесс при кислородной деполяризации включает в себя следующие реакции:

1) анодный процесс (окисление металла)

Me + тН₂ОМеⁿ⁺тН₂О + пе (2.3)

2) катодный процесс (восстановление кислорода) в ней­тральных и щелочных средах протекает по реакции 0₂ + 2Н₂0 - 4е 40Н^- (2.4)

в кислых средах

0₂ + 4Н₂ + 4е  2Н₂0 (2.5)

Оба процесса (ионизация металла и восстановление ки­слорода) протекают одновременно и сопряжено (связанно), но подчиняются каждый свойственным ему закономерностям.

Скорость электрохимической коррозии в большинстве случаев определяется:

1) торможением электрохимических стадий электродных реакций (т.е. переходом заряда через границу металл-электролит), которое характеризуется электрохимическим перенапряжением (ионизации металла, кислорода и др.);

2) транспортными затруднениями, связанными с ограни­чением подвода окислителя (кислорода) к металлу или от­водом продуктов реакции (анодной или катодной) и харак­теризуемыми обычно перенапряжением диффузии.

Перенапряжение ионизации кислорода зависит от свойств и структуры металла, на поверхности которого восстанавлива­ется кислород, температуры, рН раствора и др.

Перенапряжение диффузии кислорода зависит от концен­трации кислорода в растворе и условий диффузии его к метал­лу.

В большинстве практических случаев коррозии металла с кислородной деполяризацией при отсутствии пассивации ско­рость процесса определяется скоростью катодной реакции (т.е. восстановлением кислорода), а для последней наиболее за­трудненными (лимитирующими) стадиями являются: в непод­вижных растворах - диффузия кислорода, а при больших ско­ростях движения электролита - переход заряда (перенапряже­ние ионизации кислорода). Это вызвано малой растворимостью и медленной диффузией кислорода в электролитах, а также дополнительными затруднениями диффузии кислорода в слу­чае образования на поверхности металла пленок труднораство­римых продуктов коррозии.

Скорость коррозии с кислородной деполяризацией при замедленной диффузии кислорода определяется уравнением

(2.6)

где I_диф - скорость восстановления кислорода, выраженная в токовых единицах;

- коэффициент диффузии кислорода;

 - толщина диффузионного слоя;

- концентрация кислорода в растворе;

- концентрация кислорода у поверхности металла (ка­тода);

n - число электронов, участвующих в реакции восстанов­ления кислорода;

F - число Фарадея;

S_k - площадь катода.

С увеличением I_диф значение уменьшается и при << достигается предельная скорость восстановления кислорода (и соответственно коррозионного про­цесса)

(2.7)

Повлиять на скорость электрохимического процесса лег­че всего путем изменения условий, определяющих скорость замедленной стадии. В частности, при замедленной диффузии кислорода скорость процесса можно повысить за счет умень­шения толщины диффузионного слоя (путем перемешивания раствора), за счет увеличения концентрации растворенного кислорода, в модели гальванического элемента за счет возрас­тания площади поверхности катода (увеличение фронта диф­фузии кислорода).

2.3. Проведение работы

При контакте двух металлов с разными электродными по­тенциалами образуется гальванический элемент, в котором анодный процесс ионизации металла обычно протекает с более отрицательным потенциалом, а катодный процесс восстанов­ления окислителя с более положительным потенциалом. Внешний измеряемый ток элемента будет соответствовать скоростям электродных процессов, протекающих на электро­дах такого элемента (без учета скорости процессов саморас­творения электродов).

В работе исследуют гальванический элемент Zn/NaCI + Н₂О + O₂/Cu, для чего используют медные и цинковые элек­троды разных размеров. Форма электродов такова, что с изме­нением величины их поверхности условия доступа кислорода воздуха при погружении образцов в электролит не менялись.

Электроды с одной стороны очищают наждачной бума­гой (другая сторона изолирована эмалью), измеряют площадь их поверхности и обезжиривают ацетоном зачищенную сторо­ну.

Гальваническую цепь собирают согласно схеме, пред­ставленной на рис 2.

Поскольку равновесный потенциал цинка = -0,76 В, а меди = +0,32 В, то в гальванической паре они будут вы­полнять соответственно роль анода и катода.

Образцы жестко укрепляют в клеммах текстолитовой пластинки и погружают в стеклянную ванночку с 3%-ным рас­твором NaCl. Уровень раствора должен быть приблизительно на 1 см выше края широкой части электродов.

а) Влияние площади поверхности анода и катода на силу тока гальванического элемента

Характеристики

Список файлов книги