WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 6 |

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ Опыт 1. Коррозия как результат различного доступа кислорода Хорошо очистить стальную пластинку наждаком, промыть ее и вытереть фильтровальной бумагой. На поверхность пластинки нанести большую каплю специально приготовленного реактива. Реактив состоит из 3% -го раствора хлорида натрия, нескольких капель гексацианоферрата(Ш) калия и фенолфталеина. В продолжении 30 - 40 минут наблюдать появление окрашивания капли. Чем оно вызвано Составить схему коррозионного процесса, написать уравнения реакций.

Опыт 2. «Устойчивость» защитной пленки А1 в щелочных растворах Положить в пробирку кусочек алюминиевой стружки, залить ее водой и взболтать. Убедиться в том, что реакция не происходит. Добавить в пробирку 4-5 капель раствора едкого натрия (NaOH) и прогреть раствор над спиртовкой, доведя его до кипения. После этого жидкость слить, алюминиевую стружку несколько раз промыть водой для удаления щелочи и оставить ее постоять с водой. Выделение какого газа наблюдается Написать уравнения реакций.

Опыт 3. Разрушение защитной пленки А1 солями ртути Алюминий способен проявлять высокую химическую активность, если с его поверхности снять защитную оксидную пленку. Чтобы удалить оксидную пленку, опустить алюминиевую пластинку в раствор щелочи, промыть водой и осушить фильтровальной бумагой. Затем поместить на минуту в раствор соли ртути (II) и вновь промыть пластинку водой. При этом идет реакция 2А1 + 3Hg2+ = 2А13+ + 3Hg, и на поверхности алюминия образуется амальгама — его раствор в металлической ртути. На амальгамированном алюминии оксидная пленка не удерживается и поверхность металла на воздухе быстро покрывается хлопьями. Снять хлопья фильтровальной бумагой и поместить пластинку в пробирку с водой. Написать уравнения соответствующих реакций.

Ускоряющее влияние на коррозию алюминия оказывает также возникающая гальванопара Аl - Hg. Написать схему ее действия.

Опыт 4. Сравнение эффективности разрушения защитной пленки различными анионами Опустить в каждую из двух конических пробирок с растворами солей хлорида и сульфата меди (II) по одной небольшой алюминиевой пластинке.

Наблюдать протекающие в пробирках процессы. Замерить рН исходных растворов. Если есть разница в протекании процессов, объяснить е. Какой газ выделяется Каким образом он получается Написать уравнения реакций и схему происходящих процессов.

Опыт 5. Удаление защитной пленки с магния Внести в каждую из двух конических пробирок по 1,5-2 мл дистиллированной воды и по нескольку крупинок магния. Содержимое одной из них нагреть на водяной бане до кипения и кипятить в течение мин. При этом не наблюдается растворения магния вследствие того, что он НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ покрыт защитной пленкой гидроксида. Во вторую пробирку добавить капель насыщенного раствора хлорида аммония и наблюдать быстро протекающие процессы. Какой газ выделяется Каким образом он получается Написать уравнения реакций и схему происходящих процессов.

Обработка опытных данных 1. Рассчитывают начальную ЭДС коррозионного элемента, равновесные анодные и катодные потенциалы, принимая концентрацию ионов металлов в растворах (например, [Аl] и др.) равной 106 моль/л и учитывая, что кислотный показатель среды рН = 7 (в тех опытах, в которых он не замерялся).

Расчеты равновесных потенциалов металлов проводят по формуле М+ /М = 0 + RT/nF · 2,3 lg[M+ ].

Расчет равновесного потенциала водородного электрода проводят по формуле H = 0 + RT/nF · 2,3 lg ан / Рн2, где H – равновесный потенциал водородного электрода, В;

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

ан - активность ионов водорода в растворе, моль/л;

Рн2 - парциальное давление водорода над раствором, атм;

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

Н+· · Н2О + е 1/2Н2 + Н2О.

При 25°С и парциальном давлении водорода в атмосфере воздуха (рн= 5 · 108 атм) равновесный потенциал водородного электрода = 0,215-0,059 рН, где рН = -lg аH+ - кислотный показатель среды.

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ Рис.4.Упрощенный вид поляризационной диаграммы 2. Строят полную коррозионную поляризационную диаграмму изученной системы в координатах ток (i) -потенциал () типа представленной на рис.4.

При этом:

а) используют расчетные значения равновесных потенциалов железа, меди и других металлов, водорода и кислорода в качестве исходных точек для построения соответствующих анодных и катодных кривых;

б) при построении катодных кривых для всех металлов учитывают перенапряжение водорода (определяющее наклон катодных кривых, см.

табл. П.2), полагая, например, что оно на меди в полтора раза выше, чем на железе, т.е.

Cu =1,5 Fe.

3. Подробно описывают протекание опыта. Оценивая газовыделение, можно применять условные показатели: "отсутствует", "очень слабое", "слабое", "среднее", "сильное", "очень сильное".

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ Таблица 3. Перенапряжения водорода (Н) и ионизация кислорода (о) на различных металлах Металл Н, В О, В Платина 0,02 0,Железо 0,35 1,Никель 0,25-0,37 1,Медь 0,48 1,Серебро 0,57 0,Алюминий 0,58 - Цинк 0,72 1,Олово 0,7-0,86 1,Свинец 1,16 1,Лабораторная работа №КОНТАКТНАЯ КОРРОЗИЯ И КАТОДНАЯ ЗАЩИТА МЕТАЛЛОВ ОТ КОРРОЗИИ Цель работы Цель работы - изучение явления контактной коррозии металлов, ознакомление с методом катодной электрохимической защиты с помощью протектора.

Теория вопроса Контактная коррозия Контактной коррозией называется электрохимическая коррозия металлов, имеющих разные электродные (коррозионные) потенциалы и находящихся в растворе электролита в контакте друг с другом.

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ Металл, погруженный в раствор электролита, в котором он термодинамически неустойчив (т.е. если в растворе имеется окислитель, равновесный потенциал которого положительнее равновесного потенциала металла в данных условиях), подвергается электрохимической коррозии.

При этом на поверхности металла протекают анодная реакция растворения металла и катодная реакция восстановления окислителя. Корродирующая поверхность приобретает некоторый компромиссный электродный потенциал (потенциал коррозии), при котором скорость растворения металла (анодный ток) равна скорости восстановления окислителя (катодный ток).

При замыкании в растворе электролита двух металлов, имеющих в данных условиях разные потенциалы коррозии, образуется гальванический макроэлемент.

Для правильного понимания процессов, протекающих в таком макроэлементе, целесообразно провести анализ его работы с помощью поляризационной диаграммы (рис. 5). Пусть металлы "1" и "2", имеющие в данных условиях равновесные потенциалы 1 и 2, погружены в раствор, в котором присутствует окислитель с равновесным потенциалом ок Если электрического контакта между металлами нет, то точки (1 и 2) пересечения анодных (линии А1 и А2) и катодных (линии К1 и К2) поляризационных кривых для каждого из металлов отвечают условию стационарности коррозионного потенциала (iА = iк) и потому определяют величины исходных скоростей коррозии (iкор1, iкор2 ) и потенциалов коррозии металлов ( кор 1, кор 2).

Если металлы "1" и "2" замкнуть накоротко, т.е. привести в контакт (электрически соединить), то в случае когда омическое сопротивление раствора пренебрежимо мало, контактирующие металлы должны приобрести некоторый одинаковый компромиссный потенциал _.

Величина этого потенциала может быть найдена графически из условия стационарности электродного потенциала - сумма всех анодных токов должна быть равна сумме всех катодных токов.

Для этого необходимо провести графическое суммирование парциальных анодных (линии А1 и А2) и катодных (линии К1 и К2) поляризационных кривых. Точка пересечения () суммарной анодной поляризационной кривой (А) и суммарной катодной поляризационной кривой (К) отвечает равенству:

iA = iK.

Абсцисса кривой является искомым компромиссным потенциалом.

Установившийся в короткозамкнутой двухэлектродной системе компромиссный потенциал имеет значение, промежуточное между первоначальными потенциалами коррозии металлов кор 1, кор 2.

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ Рис. 5. Поляризационная диаграмма короткозамкнутой двухэлектродной системы (гальванической макропары) Таким образом, в результате контакта происходит смещение потенциала коррозии более электроотрицательного металла "1" (анодного металла) в положительную сторону - анодная поляризация и смещение потенциала коррозии более электроположительного металла "2" (катодного металла) в отрицательную сторону - катодная поляризация. Это приводит к соответствующему изменению скоростей анодных и катодных электродных процессов на контактирующих металлах. Действительно, при новом общем потенциале металл "1" будет растворяться (корродировать) со скоростью iкор большей, чем скорость его коррозии до контакта. Металл "2", наоборот, при контакте растворяется со скоростью iiкор1 меньшей, чем скорость его коррозии до контакта. Таким образом, растворение анодного металла увеличивается, а катодного - уменьшается.

Если общий потенциал макропары будет меньше равновесного потенциала катодного металла, то растворение (коррозия) этого металла "2" прекратится вовсе.

При установившемся потенциале макропары на изначально более электроотрицательном металле "1" скорость анодного процесса существенно больше скорости катодного процесса, а на изначально более электроположительном металле "2" скорость катодного процесса значительно больше скорости анодного процесса.

Разница в скоростях катодного и анодного процессов для каждого металла создает внешний ток, который данный металл направляет другому (или принимает от него), и представляет собой по существу поток электронов от анодного металла к катодному.

Для двухэлектродной системы внешние токи каждого из металлов равны по абсолютной величине и противоположны по направлению. В нашем случае внешний ток металла "1" будет анодным, а металла "2" - катодным. Таким образом, в гальванической макропаре металл "1" работает анодом, а металл "2" - катодом. За счет внешнего тока и осуществляется соответствующая поляризация электродов.

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ Таким образом, коррозия металла в растворе электролита может быть замедлена с помощью контакта с более электроотрицательным металлом (анодный контакт) или ускорена вследствие контакта с более электроположительным металлом (катодный контакт). Сказанное справедливо для случаев коррозии металлов в активном состоянии. Если возможна пассивация основного металла, то катодный контакт может способствовать наступлению пассивного состояния основного металла и уменьшению его скорости коррозии. С другой стороны, для пассивного металла анодный контакт опасен, так как может привести к переходу из пассивного состояния в активное и увеличению скорости коррозии.

Контактная коррозия является распространенной причиной ускоренного разрушения конструкций, смонтированных из разнородных металлов.

Эффективность ускоряющего действия катодного контакта на коррозию основного металла в условиях активного растворения зависит от величины равновесного электродного потенциала катодного металла в данных условиях и затрудненности (перенапряжения) анодного и катодного процессов на катодном металле, а также от соотношения поверхностей катодного и основного (анодного) металлов. Контактная коррозия тем интенсивней, чем положительнее равновесный потенциал катодного металла, чем выше перенапряжение его анодного растворения и чем меньше перенапряжение восстановления окислителя на его поверхности, а также чем больше отношение поверхностей катодного и основного металлов.

Катодная электрохимическая защита На изменении скорости растворения металла при его катодной поляризации (смещение потенциала в отрицательную сторону) основана электрохимическая катодная защита металлов от коррозии. Осуществить катодную защиту можно двумя способами.

Один из них заключается в присоединении к защищаемому металлическому изделию какого-либо другого металла, имеющего в данной агрессивной среде потенциал более отрицательный, чем потенциал защищаемого металла.

Присоединяемый металл работает анодом в гальванической паре с защищаемым металлом и ускоренно растворяется. Этот способ называется "протекторной защитой", а присоединяемый электрод - протектором. Материалом для протекторов в случае защиты конструкций из нелегированной стали часто служит цинк или сплавы на основе алюминия и магния. В процессе защиты протекторы постепенно растворяются, поэтому их периодически заменяют новыми.

Второй способ электрохимической катодной защиты состоит в катодной поляризации защищаемого изделия от постороннего (внешнего) источника постоянного тока (выпрямителя, аккумуляторной батареи и т.п.) - так называемая "катодная защита внешним током" или "электрозащита". При этом защищаемый металл подсоединяют к отрицательному полюсу внешнего источника, а к положительному полюсу присоединяют погруженный в агрессивную среду вспомогательный электрод из электропроводящего материала. В качестве материалов вспомогательных электродов применяются такие, которые или совсем не растворяются при анодной поляризации в данных условиях (графит), или растворяются с очень малыми скоростями из-за НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ образования защитных слоев (Рb). На вспомогательных нерастворимых электродах в водных растворах протекает анодная реакция выделения из воды газообразного кислорода.

Эффективность катодной электрохимической защиты принято характеризовать двумя показателями: защитным эффектом Z = (K0 - K1)/K0 · 100.

и коэффициентом защитного действия:

k3 = (m0 m1 )/ i3, где Z - защитный эффект, %;

Kо - массовый показатель коррозии металла без защиты, (г/м·ч);

К1 - массовый показатель коррозии металла при применении катодной защиты, (г/м·час);

k3 - коэффициент защитного действия, г/А;

m0 - массовые потери металла без катодной защиты, г/м2;

m1 - массовые потери металла при катодной защите, г/м ;

i3 - плотность защитного катодного тока, А/м.

Катодной электрохимической защитой можно достичь полного прекращения коррозии металла. Это происходит, если при присоединении протектора к металлу или пропускании через него постоянного тока от внешнего источника электродный потенциал металла достигнет значения его обратимого (равновесного) потенциала (в случае сплава - равновесного потенциала наиболее электроотрицательной анодной составляющей сплава). Для стали таким потенциалом является равновесный потенциал железа в данных условиях.

Электрохимическая защита применяется в случае коррозии металлов, находящихся в хорошо проводящих средах - растворах электролитов, поскольку чем выше электропроводность среды, тем значительнее смещается потенциал металла в отрицательную сторону при его катодной поляризации.

В случае протекторной зашиты радиус действия протектора, т.е. протяженность металлической конструкции, на которую распространяется защитное действие присоединенного протектора, при прочих равных условиях тем больше, чем выше электропроводность среды. Например, в морской воде он достигает нескольких метров, а в водопроводной воде ограничен несколькими сантиметрами.

При катодной защите внешним током выбор оптимальной плотности катодного тока производится из необходимости достижения высокого защитного эффекта при достаточно хорошем коэффициенте защитного действия к3, т.е. значительного уменьшения коррозионных потерь на каждую единицу плотности защитного катодного тока.

Если при электрозащите плотность защитного тока может регулироваться в широких пределах, то при защите с помощью протектора степень защиты зависит от его электрохимических характеристик: начального электродного потенциала, анодной поляризуемости (степени изменения потенциала при протекании внешнего тока), величины поверхности.

Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 6 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.