WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |

Катодная электрохимическая защита - эффективный и экономически выгодный метод защиты от коррозии металлических конструкций в морской воде, почве и других нейтральных агрессивных средах. В кислых средах металлы НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ характеризуются малой катодной поляризуемостью (малым смещением потенциала в отрицательную сторону при протекании катодного тока). В таких условиях значительная часть защитного катодного тока тратится непроизводительно на катодное восстановление ионов водорода. В результате коэффициент защитного действия к3 невелик. Применение катодной защиты в таких средах ограничено.

Катодная защита находит широкое применение в промышленности для защиты подземных трубопроводов, коммуникаций и резервуаров, морских судов и металлоконструкций, эксплуатирующихся в морской воде, а также технологического оборудования - конденсаторов, теплопроводников.

Проведение работы Работа состоит из ряда взаимно дополняющих друг друга опытов, в которых проявляются различные аспекты электрохимической коррозии, рассмотренные в теоретическом разделе:

влияние возможности возникновения гальванических пар на скорость коррозии, катодная защита.

Опыт 1. Роль гальванопары, возникающей в процессе растворения металла, на его скорость А. Внести в пробирку 15-16 капель разбавленного раствора H2SO4, предварительно замерив значение рН раствора, и гранулу цинка. Отметить выделение водорода. Коснуться медной проволокой гранулы цинка. На каком металле будет наблюдаться выделение водорода Записать схему коррозионного медноцинкового гальванического элемента с водородной деполяризацией на катоде.

Б. В две конические пробирки налить по 10 капель 2н раствора серной кислоты (замерить значение рН раствора) и внести примерно равные кусочки цинка.

Наблюдать медленное выделение водорода в пробирках. В одну пробирку добавить 1-2 капли раствора сульфата меди. Что наблюдается Почему возросла скорость выделения водорода при прибавлении раствора сульфата меди Опыт 2. Контактная коррозия металлов А. Две конические пробирки заполнить наполовину дистиллированной водой и добавить в каждую по 2 - 3 капли 2 н. раствора серной кислоты (замерить значение рН раствора) и по 2 - 3 капли раствора гексацианоферрата(Ш) калия Кз[Fе(СN)6]. Перемешать растворы стеклянной палочкой.

Взять две железных проволочки (скрепки), хорошо очищенные наждаком.

Одной скрепкой плотно зажать небольшую цинковую пластинку, другой - оловянную. Опустить пластинки в пробирки с растворами. Через некоторое время наблюдать синее окрашивание в растворе, где находится оловянная пластинка в контакте с железом. Чем оно вызвано Почему синее окрашивание в другой пробирке появляется очень медленно Объяснить, как влияет образование гальванических пар на коррозию металлов. Как будет протекать коррозия у следующих пар металлов: медь - железо, железо - алюминий, медь - олово НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ Б. В две пробирки налить 1/2 их объема дистиллированной воды, добавить в каждую по 2 - 3 капли разбавленного раствора серной кислоты и раствора гексацианоферрата (III) калия K3[Fe(CN)6] (замерить значение рН раствора). Последний является реактивом на ионы Fe2+, с которыми он дает интенсивно синее окрашивание. Растворы перемешать стеклянной палочкой. В одну пробирку опустить полоску оцинкованного железа, в другую - луженого железа. В какой пробирке появляется синее окрашивание по краям металлической пластинки + Объяснить причину появления ионов Fe в растворе. Составить уравнения реакций анодных и катодных процессов при действии гальванопар Fe -Zn и Fe - Sn с водородной деполяризацией. Для сравнения составить схему действия гальванопары Fe - Sn с кислородной деполяризацией.

Опыт 3. Протекторная защита В пробирку с разбавленным раствором уксусной кислоты (замерить значение рН раствора) прибавить несколько капель раствора KI и поместить в не пластины цинка и свинца в контакте друг с другом. Ионы I играют роль индикатора на ионы Рb2+, образуя с ними малорастворимое соединение РbIжелтого цвета. Для сравнения в пробирку с таким же раствором поместить только свинец. В каком случае скорее образуется иодид свинца Какой металл играет роль протектора Обработка опытных данных Проводится в соответствии с п. 2.4 лабораторной работы № 2.

Построить коррозионные диаграммы в соответствии с рис. 3.1.

Сделать выводы об основных закономерностях контактной коррозии и катодной защиты:

а) изменение электродных потенциалов и скоростей коррозии металлов при контакте;

б) эффективность протекторной защиты;

в) влияние электропроводности среды на эффективность катодной защиты.

Лабораторная работа № ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТИ КОРРОЗИИ МЕТАЛЛОВ В КИСЛОТАХ И ЩЕЛОЧАХ ОБЪЕМНЫМ МЕТОДОМ Действие кислот и щелочей на разные металлы различно в зависимости от реакционной способности металла и концентрации кислоты или щелочи.

В разбавленных кислотах и щелочах металлы с более отрицательным потенциалом окисляются ионом водорода, вытесняя его из растворов. При этом протекают следующие реакции окисления – восстановления:

Ме – ne Me ; (a) nH + ne n/2 H2. (б) НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ Эти реакции протекают с одинаковой скоростью, взаимно обуславливая друг друга, и могут быть реализованы как на одной и той же поверхности металла (и даже в одной материальной точке поверхности), так и на разных металлах, если они находятся в контакте. В последнем случае анодный процесс (реакция а) будет протекать на металле с более отрицательным потенциалом, а катодный процесс (реакция б) будет протекать преимущественно на металле с более положительным потенциалом.

В технических металлах и сплавах видимого разделения участков с анодными и катодными процессами не наблюдается, если поверхность однородна с точки зрения чистоты обработки, наклепа, наличия загрязнений и т.д. При погружении таких металлов в кислоту происходит выделение водорода со всей поверхности, объем которого эквивалентен количеству растворенного металла. Концентрированные кислоты (особенно горячие) являются более сильными окислителями, поэтому в них не устойчивы благородные металлы.

Так, например, окисление в концентрированной серной кислоте может протекать до различной степени восстановления ее, в зависимости от реакционной способности металла, с выделением SO2 и даже H2S.

Азотная кислота в зависимости от концентрации и реакционной способности металла проходит следующие стадии восстановления:

HNO3 NO2 NO N2 NH3.

Судить о количестве растворенного металла в таких кислотах по объему выделившихся газообразных продуктов трудно, так как состав газовой фазы является сложным и не остается постоянным в процессе окисления металла, поскольку некоторые газы хорошо растворяются в воде (SO2, NO2), а другие образуют комплексные соединения.

Для некоторых металлов концентрированные кислоты менее опасны, чем разбавленные. Например, серная кислота для железа, свинца и алюминия.

Потому что на их поверхности образуются нерастворимые соли, играющие роль защитных покрытий. В сильно разбавленных щелочах ввиду малой концентрации ионов водорода окисление происходит, главным образом, за счет кислорода по реакции (для двухвалентного металла):

Me + O2 + H2O Me(OH)2.

Эта реакция идет с поглощением кислорода из воздуха.

Стойкость металлов в щелочах зависит от характера образующейся гидроокиси. Если гидроокись амфотерна, и может образовывать с гидроксидионом растворимый комплексный продукт, то металл будет неустойчив в щелочи. Такие гидроокиси образуют алюминий, цинк, олово, свинец и др.

Если гидроокиси металлов не амфотерны (гидроокиси никеля, магния), то они не растворяются в щелочных растворах, и поверхность металла пассивируется гидроокисной пленкой, предохраняющей его от окисления. В этом случае водород перестает выделяться, и коррозия не протекает.

Явление самопроизвольной пассивности наблюдается и при действии разбавленных кислот на некоторые сплавы, например, при действии серной кислоты концентрацией до 20 % на высокохромистые чугуны с добавками титана или соляной кислоты на высокохромистые чугуны с добавкой молибдена и т.п. Для этих сплавов характерным является интенсивное растворение ( и, соответственно, обильное выделение водорода). В первые периоды испытания:

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ замедление и даже прекращение процесса через некоторое время. Время до наступления пассивного состояния зависит от состава сплава и концентрации раствора. Это время легко установить по прекращению выделения водорода, а также по изменению знака потенциала.

Объемный метод широко используют в лабораторной практике, когда нужно установить кинетику коррозионного разрушения металла или сплава в кислотах или щелочах, окисляющих ионом водорода. Измеряя объем водорода через равные промежутки времени, можно выяснить характер изменения скорости коррозии и установить способность металла к самопроизвольному пассивированию в данных условиях.

Наблюдения за объемом выделяющегося водорода можно производить с помощью бюретки, опущенной в стакан. В первом случае нижняя часть бюретки соединяется с воронкой, под которую помещаем испытуемый образец. Раствор наливаем в стакан с помощью водоструйного насоса, засасываем его в бюретку до метки. Затем бюретку отключаем от насоса и производим запись показаний уровня жидкости в ней через 10 минут.

Проведение работы и оценка полученных результатов Опыт производят на двух образцах. Желательно иметь сплавы с различной способностью к самопроизвольному пассивированию. Взвешенные на аналитических весах образцы помещают в стакан, куда наливают раствор.

Можно начинать опыт, отсчитывая объем выделяющегося водорода.

Длительность испытания – 1,5 часа. По окончании испытания образцы необходимо взвесить на тех же аналитических весах и с той же точностью.

Потерю в весе выразить в г/(м · ч), произвести оценку стойкости металла по 10бальной шкале. В том случае если сплав перешел в пассивное состояние в процессе испытания, необходимо определить время коррозии, а весовые потери разделить не на все время испытания, а на то, в течение которого происходило растворение.

По данным наблюдений построить графики:

1. Объем водорода, отнесенный к единице поверхности S – время в мин.

2. Изменения относительного объема водорода во времени V – время в мин.

Для построения первого графика необходимо объем водорода, полученный за каждый отсчет, разделить на поверхность образца.

Для построения второго графика необходимо найти разницу показаний относительно объема водорода между ближайшими отсчетами и разделить на время между отсчетами (10 мин).

По общему объему водорода, выделившегося за время опыта, можно вычислить весовые потери в граммах, пользуясь уравнением:

M · Vo Х = ;

n · 11.2 · VH2 · P · НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ Vo = _, 760 (273 + t) где M – aтомный вес Ме;

Vo – объем выделившегося водорода, мл;

n – валентность Ме;

VH2 – измеренный объем водорода, мл;

P – давление, Па;

t – температура раствора, С.

В отчете описать все процессы, которые Вы наблюдали.

Оценить стойкость металла в данной агрессивной среде в соответствии с ГОСТ 5272-90.

Сделать заключение о целесообразности использования данного сплава в агрессивной среде, в которой проводили испытания.

Лабораторная работа № ИЗУЧЕНИЕ КИНЕТИКИ ОКИСЛЕНИЯ МЕТАЛЛОВ ПРИ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ При повышении температуры увеличивается скорость химических процессов и усиливается газовая коррозия. Пленки начинают утолщаться за счет взаимной диффузии металла и реагента через ранее образовавшийся слой продуктов коррозии.

Увеличение толщины пленки на различных металлах протекает по различным законам (в зависимости от природы образующихся окислов и сплошности покрытия):

1. По прямолинейному, согласно уравнению у = К1 ;

2. По параболическому, согласно уравнению у = К2 ;

3. По логарифмическому, согласно уравнению у = К3 lg.

Здесь у – толщина пленки; – время; К1, К2, К3 – константы, зависящие от температуры и природы образующихся окислов.

Окисление по первому закону происходит в том случае, если образующаяся пленка окиси не предохраняет металл от окисления. Это имеет место при окислении таких металлов, на которых образуются несплошная пленка (щелочные и щелочноземельные) или летучие продукты окисления (при этом у характеризует потерю в весе).

Основные типы кривых окисления, в соответствии с указанными выше законами, изображены на рис. 6.

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ Рис. 6. Основные типы кривых окисления металлов:

1 - у = К1 ; 2 - у= К2 ; 3 - у = К Однако окисление металлов по тому или иному закону в чистом виде обычно не происходит. При изменении температуры наблюдается изменение закона окисления почти для всех металлов. При более низких температурах окисление часто происходит по логарифмическому закону, при более высоких температурах — по параболическому. Для некоторых металлов (молибден, вольфрам) при высоких температурах окисление следует закону прямой линии, когда образующиеся окислы становятся летучими. При длительном испытании некоторых металлов и сплавов, содержащих эти металлы (хром, алюминий, кремний), при определенных температурах также наблюдается искажение основного закона окисления—кривые обращаются в прямые линии, почти параллельные оси времени. В этом случае процесс газовой коррозии практически прекращается, и константа скорости окисления становится близкой к нулю.

Отклонения от того или иного закона находятся в тесной связи со строением образующихся продуктов окисления, с их прочностью и сплошностью.

С повышением температуры интенсивность окисления металлов и сплавов сильно возрастает, так как повышается скорость диффузии, что приводит к увеличению константы скорости окисления. Температурная зависимость константны скорости окисления подчиняется экспоненциальному закону:

Q/RT K = A e, НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ где А — константа, зависящая от металла и среды;

Q - энергия активации, или теплота разрыхления, зависящая от температуры, металла и среды, кал/моль;

R - газовая постоянная (R 2 кал/(град·· моль));

Т – абсолютная температура, К.

Наиболее вредные газы - хлор и хлористый водород, так как при повышении температуры хлориды многих металлов становятся летучими. В этом случае на поверхности металла отсутствует защитный слой, и металл окисляется с большой скоростью по закону прямой линии.

Изучение кинетики окисления металлов можно производить, различными методами:

1. Путем непрерывного нагрева и взвешивания испытуемого металла в процессе выдержки при заданной температуре;

2. Путем периодического нагрева образцов, выдерживания их в течение определенного времени при заданной температуре и охлаждения до нормальной температуры с последующим взвешиванием.

Наиболее точные результаты дает первый метод. Однако если учесть то обстоятельство, что в практике оборудование часто эксплуатируется в условиях непрерывной смены температур (например, оборудование печей конвейерного типа), второй метод исследования также представляет интерес.

Скорость газовой коррозии определяется по изменению веса (обычно по привесу) в единицу времени, выраженному в г/л2 • ч. Эта величина не может оставаться постоянной, если окисление идет по параболическому или логарифмическому законам. Поэтому для определения закона окисления необходимо произвести аналитическое исследование полученных экспериментальных данных.

Определение скорости окисления металлов при высоких температурах Целью настоящей работы является установление закона окисления для различных металлов (железа, меди, алюминия, магния) при высоких температурах.

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 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.