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







Цель 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 H3O+ или OH–.

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

H2O2 + 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:

		металлы, достаточно устойчивые как в кислых, так и в щелочных растворах (Au, Pt, Ag).

		металлы, малостойкие в кислых, недостаточно стойкие в нейтральных и коррозионностойкие в щелочных растворах (Mn);

		металлы, неустойчивые в кислых, но корозионностойкие в щелочных растворах (Co, Cd);

		металлы, коррозионностойкие в нейтральных растворах, но неустойчивые как в кислых, так и в щелочных растворах (Al, Be, Cu );

		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 (K2Cr2O7). 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, Na2CO3 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 200250 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

Km = f(pH); Km = 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 K2Cr2O7 или K2CrO4 на скорость коррозии стали в нейтральных средах.

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

Растворы: K2Cr2O7 или K2CrO4 – 0,001%, 0,005%, 0,01%, 0,05%, 0,1%.

Время выдержки образцов не менее– 24 часов.





Таблица наблюдений.

Металл 

Температура ,K

Таблица 1.

Состав р-ра

(pH)

Время испытаний, ч

Нач. масса, г

Конеч масса, г

Отриц показ. Измен. Массы, г/м2ч

Глубинный показатель коррозии мм/год

Устойчивость металла по шкале

Характер коррози онного процесса























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

Таблица 2.

Группа стойкости

Скорость коррозии металла

Мм/год

Балл

Совершенно-стойкие

менее 0,001

1

Весьма стойкие

свыше 0,001 до 0,005

2



свыше 0,005 до 0,01

2

Стойкие

свыше 0,01 до 0,05

4



свыше 0,05 до 0,1

5

Пониженно-стойкие

свыше 0,1 до 0,5

6



свыше 0,5 до 1,0

7

Малостойкие

свыше 1 до 5

8



свыше 5 до 10

9

Нестойкие

свыше 10





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

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

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.

6