Электрохимическая коррозия с водородной деполяризацией

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.% H2SO4, рН  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:   H2SO4 (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 корр при постоянной температуре возможно за счет экстенсивного фактора – увеличения площади SК 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 , 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(d 2/4) + dh













Таблица 2 – Экспериментальные результаты



Время
, мин

Объем водорода (абсолютное значение и на единицу площади образца)



08КП

Ст3

45

У10

АЧС-3



,
см3

/S,
см3/см2

,
см3

/S,
см3/см2

,
см3

/S,
см3/см2

,
см3

/S,
см3/см2

,
см3

/S,
см3/см2

0











































































































































































































	1. Строим графики зависимости объема выделившегося водорода от длительности коррозии /S = f() для каждого сплава (вместе 08КП, Ст3 и 45; вместе У10 и АЧС-3):












2. Скорость коррозии /(S) вычисляем как угловой коэффициент наклона линейной зависимости /S = f(). 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 Кm вычисляем из объемного показателя коррозии Коб 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
/(S), см3/(см2мин)











Объемный показатель коррозии
Коб, см3/(см2час)











Массовый показатель коррозии
Кm, г/(м2час)











Глубинный показатель коррозии
(проницаемость) КП, мм/год













	5. Строим график зависимости массового показателя коррозии Кm 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

–