Федеральное агентство по образованию РФ
Южно-Уральский государственный университет
Кафедра «Физическая химия»
Дисциплина ________________________________________________________
О Т Ч Е Т
по лабораторной работе
«Электрохимическая коррозия с водородной деполяризацией»
Студент группы_______________
____________________________
Челябинск
Цель работы
: установить зависимость скорости коррозии железоуглеродистых сплавов в разбавленной серной кислоте от содержания углерода в сплаве.
Общие положения
В разбавленном растворе серной кислоты (до 20 мас.% H2
SO4
, р
Н » 1) железоуглеродистые сплавы корродируют с водородной деполяризацией:
катодный процесс: 2 H+
(
p-
p)
+ 2  ® Н2 (газ)
|´1 (1)
анодный процесс: Fe(тв)
- 2 ®Fe2+
(р-р)
|´1 (2)
суммарное уравнение: H2
SO4 (
p-
p)
+ Fe(тв)
® Н2 (газ)
+ FeSO4 (
p-
p)
(3)
Водородная деполяризация протекает в кинетическом режиме (самая медленная стадия – или разряд ионов водорода, или рекомбинация атомов водорода в молекулу). Пузырьки водорода формируются преимущественно на поверхности катодных структурных составляющих сплавов (в сталях – на цементите, в сером чугуне – на графите). Поэтому возрастание скорости коррозии uкорр
при постоянной температуре возможно за счет экстенсивного фактора – увеличения площади S
К
катодных участков (при этом скорость  коррозии на единице площади поверхности не изменяется):
 . (4)
Площадь катодных участков на поверхности сплава пропорциональна концентрации углерода в сплаве, поэтому существует зависимость – чем больше содержание углерода, тем больше скорость коррозии сплава.
С ростом температуры скорость химической реакции возрастает в соответствии с уравнением Аррениуса. Для процесса водородной деполяризации это проявляется в уменьшении поляризации катодного процесса. Установлено, что при увеличении температуры на 1 градус перенапряжение выделения водорода уменьшается, в среднем, на 2 мВ. Поэтому с увеличением температуры скорость коррозии железоуглеродистых сплавов в кислых растворах резко возрастает.
Обработка результатов
Таблица 1 – Исходные данные образцов
| Марка сплава |
08КП
|
Ст3
|
45
|
У10
|
АЧС-3
|
| Содержание углерода С, мас.% |
0,09 |
0,24 |
0,43 |
0,96 |
3,5 |
| Плотность материала r, г/см3
|
7,85 |
7,7 |
7,7 |
7,6 |
7,1 |
| Диаметр образца d
, мм |
| Толщина образца h
, мм |
Площадь поверхности образца, см2
:
S
= 2×(p×d
2
/4) + p×d
×h
|
Таблица 2 – Экспериментальные результаты
Время
t, мин |
Объем водорода (абсолютное значение и на единицу площади образца) |
| 08КП
|
Ст3
|
45
|
У10
|
АЧС-3
|
u,
см3
|
u/S
,
см3
/см2
|
u,
см3
|
u/S
,
см3
/см2
|
u,
см3
|
u/S
,
см3
/см2
|
u,
см3
|
u/S
,
см3
/см2
|
u,
см3
|
u/S
,
см3
/см2
|
| 0 |
1. Строим графики зависимости объема выделившегося водорода от длительности коррозии u/S
= f
(t) для каждого сплава (вместе 08КП, Ст3 и 45; вместе У10 и АЧС-3):
2. Скорость коррозии u/(S
×t) вычисляем как угловой коэффициент наклона линейной зависимости u/S
= f
(t). Для этого выбираем на линии
графика две точки и по их координатам вычисляем угловой коэффициент наклона:
 . (5)
3. Объемный показатель коррозии вычисляем по формуле
 , (6)
где Р
= …….…..…….
, мм.рт.ст. - фактическое атмосферное давление; Т
= ……..………
, К - температура. В формуле учтены: переход от минут к часам; пересчет объема водорода к нормальным условия (давление 760 мм.рт.ст., температура 273 К).
3. Массовый показатель коррозии железа К
m
вычисляем из объемного показателя коррозии К
об
на основе эквивалентного соотношения между массой прореагировавшего железа и объемом выделившегося водорода (см. уравнение химической реакции (3)):
 . (8)
4. Глубинный показатель коррозии (проницаемость):
 . (7)
Таблица 3 – Результаты расчета показателей коррозии
| Марка сплава |
08КП
|
Ст3
|
45
|
У10
|
АЧС-3
|
Скорость коррозии
u/(S
×t), см3
/(см2
×мин) |
Объемный показатель коррозии
К
об
, см3
/(см2
×час) |
Массовый показатель коррозии
К
m
, г/(м2
×час) |
Глубинный показатель коррозии
(проницаемость) КП
, мм/год |
5. Строим график зависимости массового показателя коррозии К
m
от концентрации углерода в сплаве:
Таблица 4 – Десятибалльная шкала
коррозионной стойкости металлов
№
группы |
Название
группы
стойкости |
Проницаемость
П
, мм / год |
Балл |
| 1 |
Совершенно
стойкие |
менее 0,001 |
1 |
| 2 |
Весьма
стойкие |
0,001…0,005
0,005…0,01
|
2
3
|
| 3 |
Стойкшие |
0,01…0,05
0,05…0,1
|
4
5
|
| 4 |
Пониженно
стойкие |
0,1…0,5
0,5…1,0
|
6
7
|
| 5 |
Малостойкие |
1,0…5,0
5,0…10,0
|
8
9
|
| 6 |
Нестойкие |
более 10 |
10 |
|
|
4. Оцениваем стойкость железоуглеродистых сплавов в соответствии со шкалой коррозионной стойкости (табл. 4):
| Марка сплава |
№ группы |
Название группы стойкости |
Балл |
| 08КП
|
| Ст3
|
| 45
|
| У10
|
| АЧС-3
|
ВЫВОД:
Вариант 1 «Электрохимическая коррозия с водородной деполяризацией»
| Марка сплава |
08КП
|
Ст3
|
45
|
У10
|
АЧС-3
|
| Толщина образца h
, мм |
1,3 |
2,2 |
2,1 |
3,0 |
1,7 |
| Диаметр образца d
, мм |
9,0 |
15,0 |
12,6 |
10,0 |
8,0 |
Объем водорода, см3
| Время, мин |
08КП
|
Ст3
|
45
|
У10
|
АЧС-3
|
| 0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
| 5 |
0,1 |
0,3 |
0,4 |
1,4 |
11,8 |
| 10 |
0,1 |
0,5 |
0,8 |
3,3 |
22,6 |
| 15 |
0,2 |
0,8 |
1,3 |
4,9 |
35,0 |
| 30 |
0,2 |
1,5 |
2,8 |
11,0 |
66,6 |
| 45 |
0,3 |
2,3 |
4,6 |
16,3 |
95,4 |
| 60 |
0,4 |
3,2 |
6,2 |
23,0 |
Вариант 2 «Электрохимическая коррозия с водородной деполяризацией»
| Марка сплава |
08КП
|
Ст3
|
45
|
У10
|
АЧС-3
|
| Толщина образца h
, мм |
1,8 |
1,8 |
1,8 |
1,8 |
1,8 |
| Диаметр образца d
, мм |
10 |
14 |
12 |
12 |
10 |
Объем водорода, см3
| Время, мин |
08КП
|
Ст3
|
45
|
У10
|
АЧС-3
|
| 0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
| 5 |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
1,6 |
17,6 |
| 10 |
0,1 |
0,4 |
0,7 |
3,8 |
33,7 |
| 15 |
0,2 |
0,7 |
1,1 |
5,7 |
52,3 |
| 30 |
0,3 |
1,3 |
2,5 |
12,8 |
99,4 |
| 45 |
0,3 |
1,9 |
4,0 |
19,0 |
| 60 |
0,5 |
2,7 |
5,5 |
26,8 |
Вариант 3 «Электрохимическая коррозия с водородной деполяризацией»
| Марка сплава |
08КП
|
Ст3
|
45
|
У10
|
АЧС-3
|
| Толщина образца h
, мм |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
| Диаметр образца d
, мм |
10 |
12 |
13 |
14 |
8 |
Объем водорода, см3
| Время, мин |
08КП
|
Ст3
|
45
|
У10
|
АЧС-3
|
| 0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
| 5 |
0,1 |
0,2 |
0,4 |
2,2 |
12,4 |
| 10 |
0,1 |
0,3 |
0,8 |
5,2 |
23,8 |
| 15 |
0,3 |
0,5 |
1,3 |
7,7 |
36,9 |
| 30 |
0,3 |
1,0 |
2,9 |
17,3 |
70,2 |
| 45 |
0,4 |
1,5 |
4,8 |
25,6 |
99,85 |
| 60 |
0,5 |
2,1 |
6,5 |
36,1 |
– |
Вариант 1 «Электрохимическая коррозия с водородной деполяризацией»
| Марка сплава |
08КП
|
Ст3
|
45
|
У10
|
АЧС-3
|
| Толщина образца h
, мм |
1,3 |
2,2 |
2,1 |
3,0 |
1,7 |
| Диаметр образца d
, мм |
9,0 |
15,0 |
12,6 |
10,0 |
8,0 |
Объем водорода, см3
| Время, мин |
08КП
|
Ст3
|
45
|
У10
|
АЧС-3
|
| 0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
| 5 |
0,1 |
0,3 |
0,4 |
1,4 |
11,8 |
| 10 |
0,1 |
0,5 |
0,8 |
3,3 |
22,6 |
| 15 |
0,2 |
0,8 |
1,3 |
4,9 |
35,0 |
| 30 |
0,2 |
1,5 |
2,8 |
11,0 |
66,6 |
| 45 |
0,3 |
2,3 |
4,6 |
16,3 |
95,4 |
| 60 |
0,4 |
3,2 |
6,2 |
23,0 |
Вариант 2 «Электрохимическая коррозия с водородной деполяризацией»
| Марка сплава |
08КП
|
Ст3
|
45
|
У10
|
АЧС-3
|
| Толщина образца h
, мм |
1,8 |
1,8 |
1,8 |
1,8 |
1,8 |
| Диаметр образца d
, мм |
10 |
14 |
12 |
12 |
10 |
Объем водорода, см3
| Время, мин |
08КП
|
Ст3
|
45
|
У10
|
АЧС-3
|
| 0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
| 5 |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
1,6 |
17,6 |
| 10 |
0,1 |
0,4 |
0,7 |
3,8 |
33,7 |
| 15 |
0,2 |
0,7 |
1,1 |
5,7 |
52,3 |
| 30 |
0,3 |
1,3 |
2,5 |
12,8 |
99,4 |
| 45 |
0,3 |
1,9 |
4,0 |
19,0 |
| 60 |
0,5 |
2,7 |
5,5 |
26,8 |
Вариант 3 «Электрохимическая коррозия с водородной деполяризацией»
| Марка сплава |
08КП
|
Ст3
|
45
|
У10
|
АЧС-3
|
| Толщина образца h
, мм |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
| Диаметр образца d
, мм |
10 |
12 |
13 |
14 |
8 |
Объем водорода, см3
| Время, мин |
08КП
|
Ст3
|
45
|
У10
|
АЧС-3
|
| 0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
| 5 |
0,1 |
0,2 |
0,4 |
2,2 |
12,4 |
| 10 |
0,1 |
0,3 |
0,8 |
5,2 |
23,8 |
| 15 |
0,3 |
0,5 |
1,3 |
7,7 |
36,9 |
| 30 |
0,3 |
1,0 |
2,9 |
17,3 |
70,2 |
| 45 |
0,4 |
1,5 |
4,8 |
25,6 |
99,85 |
| 60 |
0,5 |
2,1 |
6,5 |
36,1 |
– |
|