Учебное пособие: 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

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

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: Изд. ТПУ. 2008 – 8 с.

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

Ц ель 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 H₃ O⁺ или OH^– .

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

H₂ O₂ + 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 (K₂ Cr₂ O₇ ). 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 , Na₂ CO₃ 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 K₂ Cr₂ O₇ или K₂ CrO₄ на скорость коррозии стали в нейтральных средах.

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

Растворы: K₂ Cr₂ O₇ или K₂ CrO₄ – 0,001%, 0,005%, 0,01%, 0,05%, 0,1%.

Время выдержки образцов не менее– 24 часов.

Таблица наблюдений.

Металл

Температура ,K

Таблица 1.

Десятибалльная шкала коррозионной стойкости металлов (по ГОСТ 13819–68)

Таблица 2.

Требования к отчету

Отчет должен содержать: цель работы, описание и рисунок установки, методику эксперимента, экспериментальные данные в виде таблицы, графические зависимости скорости коррозии от рН или концентрации раствора соли, вид коррозионного разрушения и выводы по работе.

Литература

1. 1.Семёнова И.В., Флорианович Г.М., Хорошилов А.В. Коррозия и защита от коррозии. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002. – 336 с.

2. Жук Н.П. Курс теории коррозии и защиты металлов. – М.: Металлургия, 1976.- 472 с.

3. Воробьева Г.Я. Коррозионная стойкость материалов в агрессивных средах химических производств. – М.: Химия, 1976. – 380 с.

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: Изд. ТПУ. 2008 – 8 с.

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

Подписано к печати .08.

Формат 60х84/16. Бумага офсетная.

Печать RISO. Усл. печ. л. . Уч.-изд. л.

Тираж экз. Заказ Цена свободная.

Издательство ТПУ. 634050, Томск, пр. Ленина 30.