Методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу «Химическое сопротивление материалов и защита от коррозии» для студентов специальности 170500 «Машины и аппараты химических производств» (стр. 1 из 2)

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

_____________________________________________________________________

«УТВЕРЖДАЮ»

Декан ХТФ

_____________В.М. Погребенков

«_______» _______________2008г.

К А Ф Е Д Р А О Б Щ Е Й Х И М И Ч Е С К О Й Т Е Х Н О Л О Г И И

Влияние состава среды на скорость электрохимической коррозии металлов

Методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу «Химическое сопротивление материалов и защита от коррозии» для студентов специальности 170500 «Машины и аппараты химических производств»

Томск 2008

УДК 620.197 (075.8)

Влияние состава среды на скорость электрохимической коррозии металлов

Составитель к.х.н., доц. каф. ОХТ Ю. Н. Обливанцев

Рецензент к.т.н., доц. каф. ОХТ О. И. Налесник

Методические указания рассмотрены и рекомендованы методическим семинаром кафедры общей химической технологии “____”____________ 2008г.

Зав. каф. ОХТ, д.т.н., проф. В.В. Коробочкин

Цель работы:

Исследовать влияние pH раствора, концентрации нейтральных, окисляющих и ингибирующих солей на скорость коррозии различных металлов. Оценить коррозионную стойкость металла в данной коррозионной среде.

1.Пояснение к работе

К числу важнейших внешних факторов электрохимической коррозии следует прежде всего отнести влияние концентрации водородных ионов (pH – среды). Влияние pH – среды может быть двояким: непосредственное (прямое) и непрямое.

Непосредственное влияние pH проявляется в изменении эффективности катодного потенциала водородного и кислородного электродов(изменяется на 0,059 В в отрицательную область при изменении pH на единицу). Примером подобного влияния может служить ускорение коррозии цинка, железа, магния, алюминия при переходе от нейтральных сред к растворам непассивирующих кислот (HCl).

Если катодная реакция не осуществляется водородной или кислородной деполяризацией, то влияние pH проявляется в том случае, когда в реакции деполяризации участвуют H₃O⁺ или OH^–.

Например: при участии в катодном процессе перекиси водорода как деполяризатора по реакции

H₂O₂ + 2e = 2OH^–

образуются гидроксил - ионы и изменяется рН. На анодный процесс прямое влияние pH среды не оказывает, т.к. в нем не участвуют водородный и гидроксильный ионы, за исключением каталитического влияния ОН^- в сильно щелочных растворах на анодное растворение железа.

Непрямое влияние pH на скорость коррозии (но, тем не менее, часто основное) состоит в изменениии возможности образования защитных пленок. В этом отношении металлы можно разбить на группы:

1) металлы, достаточно устойчивые как в кислых, так и в щелочных растворах (Au, Pt, Ag).

2) металлы, малостойкие в кислых, недостаточно стойкие в нейтральных и коррозионностойкие в щелочных растворах (Mn);

3) металлы, неустойчивые в кислых, но корозионностойкие в щелочных растворах (Co, Cd);

4) металлы, коррозионностойкие в нейтральных растворах, но неустойчивые как в кислых, так и в щелочных растворах (Al, Be, Cu );

5) металлы, корозионностойкие в кислых, но неустойчивые в щелочных растворах (Ta, Mo).

Влияние концентрации солей в растворе может быть различно в зависимости от свойств солей. Повышение концентрации окисляющей соли повлечет за собой возможность пассивирования металла и уменьшение скорости коррозии. Однако при невысоких концентрациях скорость коррозии может увеличиться (K₂Cr₂O₇). Если соль- это катодный деполяризатор (персульфат), то увеличение концентрации может привести к увеличению скорости коррозии.

Водные растворы гидролизующихся солей влияют на скорость коррозии через изменение pH среды. (это AlCl₃, Na₂CO₃ и т.д.). Если растворенная соль образует с анодными или катодными продуктами труднорастворимое соединение, то скорость коррозии с увеличением концентрации этой соли уменьшается до некоторого предела (таковы – пленка углекислого или фосфорнокислого железа, т.е. железа в растворах углекислых и фосфорнокислых солей, пленка на свинце в растворах сульфатов, пленка (OH)₂ на металлах в растворе сульфата цинка). Катионы и анионы солей могут адсорбироваться на поверхности металла и, изменяя строение ДЭС или разрушая защитную пленку, могут уменьшать или увеличивать скорость коррозии.

Соли, образующие с ионом корродирующего металла комплексные соединения, уменьшают концентрацию металла в растворе и тем самым смещая потенциал анодного процесса в отрицательную сторону, облегчает коррозию, но тоже до некоторого предела (соли аммония, цианиды).

Присутствие органических соединений в растворе приводит к уменьшению или увеличению коррозии в зависимости от характера адсорбции этих соединений и способности их участвовать в электродных коррозионных процессах. Они могут быть ингибиторами и стимуляторами коррозии.

2. Используемые приборы и реактивы

В работе используются стеклянные стаканы, емкостью 200‑250 мл, и образцы металлов: железо Армко, сталь углеродистая, сталь нержавеющая, цинк, свинец, магний, алюминий.

Образцы выполняются в виде пластин размером 30x40 мм в количестве 10 штук на каждый металл. Для выполнения работы берутся образцы, указанные преподавателем.

Электролиты заданной концентрации готовятся лаборантом и насыщаются кислородом до равновесной концентрации путем длительного пропускания через раствор воздуха.

3. Методика эксперимента

Образцы для испытаний тщательно зачищают наждачной бумагой, промывают теплой водой, сушат фильтровальной бумагой и обезжиривают спиртом или ацетоном.

Подготовленные образцы взвешивают на аналитических весах и помещают на стеклянных крючках в стаканы емкостью 200–250 мл. Стаканы заполняют исследуемым раствором и замечают время начала испытания. Объём раствора во всех стаканах должен быть равным (или уровень раствора).

По истечении необходимого времени растворы осторожно сливают в соответствующие емкости, извлекают образцы и осторожно, чтобы не нарушить внешнего вида образца , промывают водой. Отмечают время конца испытания.

По внешнему виду образцов делают оценку характера коррозионного разрушения – сплошное, равномерное, местное, пятнами, язвами, и т.д. Одновременно дают заключение о характере пленки на образцах– рыхлая, плотная. Для оценки внешнего вида образцов используют микроскоп.

Снимают продукты коррозии мягкой карандашной резинкой, образцы промывают водой, сушат и взвешивают. Результаты наблюдения и взвешивания записывают в таблицу №1.

4. Указания по обработке результатов эксперимента и их обсуждению

Рассчитывают отрицательный показатель массы:

, где

– убыль массы, г,

S – поверхность образца, м²,

– время коррозионных испытаний, час.

Кроме этого рассчитывается глубинный показатель

, где

– масса образца до и после испытания, г.
S – поверхность, м²,

– время, ч,
d – удельная масса металла, г/м³.

По десятибалльной шкале делают оценку коррозионной устойчивости металла и строят графики зависимости

K_m = f(pH); K_m = f(c)_соли

Делают выводы об устойчивости металла в данной среде, механизме коррозионного процесса и о влиянии pH или концентрации соли.

5.Варианты выполнения работы

Вариант №1

Цель работы: изучить влияние pH раствора на скорость коррозии металлов.

Образцы исследуемых металлов и номера растворов указываются преподавателем. Время выдержки образцов в растворах 48 часов.

Растворы: № 1 – 3% NaCl (pH=0)
№ 2 – —׀׀— (pH=1)
№ 3 – —׀׀— (pH=2)
№ 4 – —׀׀— (pH=3)
№ 5 – —׀׀— (pH=4)
№ 6 – —׀׀— (pH=6)
№ 7 – —׀׀— (pH=7)
№ 8 – —׀׀— (pH=10)
№ 9 – —׀׀— (pH=12)
№ 10 – —׀׀— (pH=14)

Вариант №2

Цель работы: изучить влияние концентрации нейтральных солей NaCl, КСI на скорость коррозии углеродистой стали.

Металлы: сталь углеродистая – 10 образцов размером30x40 мм.

Растворы: NaCl, KCl – 0,25М, 0,5М, 1М, 1,5М, 2М,

Время выдержки образцов – 48 часов.

Вариант №3

Цель работы: изучить влияние окисляющей соли K₂Cr₂O₇ или K₂CrO₄ на скорость коррозии стали в нейтральных средах.

Металлы: сталь нержавеющая, – 5 образцов , алюминиевый сплав – 5 образцов размером 30x40 мм.

Растворы: K₂Cr₂O₇ или K₂CrO₄ – 0,001%, 0,005%, 0,01%, 0,05%, 0,1%.

Время выдержки образцов не менее– 24 часов.

Таблица наблюдений.

Металл

Температура ,K

Таблица 1.

Состав р-ра

(pH)

Время испытаний, ч

Нач. масса, г

Конеч масса, г

Отриц показ. Измен. Массы, г/м²ч

Глубинный показатель коррозии мм/год

Устойчивость металла по шкале

Характер коррози онного процесса