Домашнее задание к лабораторной работе
1. Газообразные диэлектрики: воздух. Физико-химические харак-теристики.
2. Жидкие диэлектрики: нефтяные масла. Получение, назначение, физикохимические характеристики.
3. Жидкие диэлектрики: синтетические жидкие диэлектрики: совол, совтол. Состав, получение, физико-химические свойства.
4. Жидкие диэлектрики: полисилоксановые жидкости, состав, применение, физико-химические свойства.
5. Слоистые пластики: гетинакс, тестолит. Состав, применение.
6. Волокнистые материалы: дерево, электроизоляционные бумаги, электротехнический картон, фибра. Применение, свойства.
7. Лаки и компаунды: состав, свойства.
8. Клеи растительные, животные, из синтетических смол (2 примера).
9. Неорганические диэлектрики: фарфоры. Состав, физико-хими-ческие свойства, применение.
10. Неорганические диэлектрики: глиноземистая и талько-магнези-альная керамика. Состав, физико-химические свойства, применение.
11. Неорганические диэлектрики: титановая, жаростойкая и сег-нетокерамика. Состав, физико-химические свойства, применение.
12. Неорганические диэлектрики. Состав, физико-химические свойства.
13. Неорганические диэлектрики: стекла. Способы обработки, виды стекол, применение.
14. Неорганические диэлектрики: ситаллы и стеклоэмали. Составы, свойства, применение.
15. Неорганические диэлектрики: микалекс, слюдяные электроизоляционные материалы. Состав, физико-химические свойства, применение.
16. Неорганические диэлектрики: оксидная и фторидная изоляция. Получение, свойства, применение.
17. Полупроводниковые материалы: бор, алмаз, германий. Особенности строения, получения, физико-химические свойства, применение.
18. Полупроводниковые материалы: элементы V группы фосфор, мышьяк. Особенности строения, получения, физико-химические свойства, применение.
19. Полупроводниковые материалы: элементы VI группы селен, теллур. Особенности строения, получения, физико-химические свойства, применение.
20. Полупроводниковые химические соединения типа A(III)B(V): карбид, кремния, оксиды, сульфиды, селениды, теллуриды. Особенности строения, физико-химические свойства.
лабораторная работа № 4
ИЗМЕРЕНИЕ СКОРОСТИ КОРРОЗИИ
Цель работы: изучить сущность процесса электрохимической коррозии и основные методы защиты металлов от коррозии; определить скорость коррозионных процессов с помощью универсального тестера M890C и ему подобных.
Теоретическая часть
Коррозия металлов
Коррозией называется самопроизвольные разрушения металла вследствие физико-химического воздействия внешней среды.
Все коррозионные процессы имеют общую причину – термодинамическую неустойчивость металла в условиях воздействия внешней среды. Сущность коррозии сводится к переходу металла в термодинамически стабильные продукты – оксиды, гидроксиды, основные соли. Как и все самопроизвольные совершающие процессы, коррозия сопровождается уменьшением изобарно-изотермичекого потенциала (т. е. энергия Гиббса ∆G < 0).
По механизму протекания коррозионного разрушения различают химическую и электрохимическую коррозию.
Под химической коррозией понимают окисление металла под влиянием окружающей среды, не сопровождающееся протеканием электродных процессов на границе фаз. Химическая коррозия наблюдается при взаимодействии металлов с раскалёнными газами – газовая коррозия или с органическими жидкостями-неэлектролитами – жидкостная коррозия. Механизм химической коррозии сводится к диффузии ионов (атомов) металла сквозь постепенно утолщающуюся плёнку продуктов коррозии (оксидов и встречной диффузии атомов водорода (рис. 1, а).
В результате химической коррозии металл покрывается слоем продуктов своего окисления – чаще всего плёнкой оксида и гидроксида. Образующая плёнка препятствует диффузии окислителя к металлу, тем самым замедляя, а иногда и прекращая коррозию. Способность такой плёнки защищать металл от дальнейшей коррозии приближённо оценивают по её характеристике, называемой сплошностью.
Показатель сплошности плёнки служит отношение объёма продуктов коррозии (Vпрод) к объёму окисленного металла (Vмет).
Если Vпрод /Vмет = 1,2 – 1,6, то плёнка считается сплошной и плотной.
а б
Рис. 1. Схема химического (а) и электрохимического (б) окисления металлов, где Ме и Ме++ – соответственно металл и ионы металла; МеО – оксид металла, Ө – электроны, К – катодный, А – анодный участки коррозионного гальванического элемента
Под электрохимической коррозией понимают разрушение металла в среде электролита, сопровождающееся возникновением электрического тока в системе. Электрохимическая коррозия в отличие от химической является результатом протекания сопряженных электродных процессов – анодного окисления и катодного восстановления. Сущность электрохимической коррозии заключается в анодном растворении Ме. В зависимости от механизма анодного окисления металла различают:
А) Гальванокоррозию – окисляющийся металл является анодом самопроизвольного возникшего короткозамкнутого гальванического элемента.
Б) Электрокоррозию – окисляющийся металл является анодом электролизной системы, самопроизвольной возникшей под влиянием источника постоянного тока.
Наиболее распространена и вредна гальванокоррозия. В основе её лежат те же процессы, что и при работе гальванического элемента. Возникновение коррозионного гальванического элемента связано с разделением поверхности металла на участки с более низким (анодные) и более высоким (катодные) электродным потенциалом. Такое разделение возможно вследствие:
а) неоднородности металлической фазы (примеси), дефекты структуры оксидной плёнки, неравномерное распределение продуктов коррозии;
б) неоднородности жидкой фазы (неравномерный доступ окислителей, различие концентраций собственных ионов и pH);
в) различия физических условий (температура, радиация, внешнее электрическое поле).
По характеру катодного процесса различают коррозию с водородной деполяризаций: 2Н+ + 2е- = H2↑ (характерная для кислых сред) и с кислородной деполяризацией О2 + 2Н2О + 4е- = 4ОН- (характерна для нейтральных и щелочных сред).
В качестве примера рассмотрим коррозию технического железа в атмосферных условиях. Вследствие неоднородности технического железа (включения цементита, графита и др.) и адсорбции влаги на поверхности образуются микрогальванопары:
А(-) Fe|H2O,O2|Fe3C (+)K.
Процесс ржавления технического железа протекает следующим образом:
А(-): 2Fe – 4e- = 2Fe2+
K(+): O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-
И далее Fe+2 + 2OH- = Fe(OH)2
4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3
Fe(OH)2- = О=Fe-OH + H2O,
где O = Fe-OH – оксид гидроксида железа и есть ржавчина. Схема процесса показана на рис. 2.
Рис. 2. Схема коррозии технического железа
Скорость коррозионных процессов в основном зависит:
1) от химического состава металла (чем больше разница потенциалов металл-примесь, тем выше ЭДС гальванопары и тем интенсивнее коррозия);
2) микроструктуры металла (более однородные металлы обладают повышенной коррозионной стойкостью);
3) состава коррозионной среды: активаторы (Cl-, Br-, H+, SO42-) усиливают коррозию, а пассиваторы (окислители NO2-, Cr2O72-), создающие оксидные плёнки, уменьшают её;
4) pH среды и растворимость продуктов коррозии.
Так коррозия Al усиливается как с увеличением, так и с уменьшением pH, потому что Al – амфотерен; Fe сильнее корродирует при низких pH; коррозия благородных металлов (например: Au, Pt) от pH не зависит;
5) температуры – скорость процесса коррозии монотонно возрастает с ростом температуры.
Общепринятым являются следующие способы выражения скорости коррозии.
А) весовой показатель (К) измеряется в единицах массы потерянного металла (м) с единицы поверхности (S) в единицу времени (t) и выражается в г/м2ч,мг/дм2*сут, г/м2*сут
Кв = м/S·t.
Б) если представить массу как произведение объёма (V) на плотность (ρ), то получим следующее выражение скорости (К):
К = V·ρ/S·t = ρP·d/t,
где d – толщина потерянного металла.
Так как плотность данного металла – величина постоянная, то можно выразить скорость коррозии в линейных единицах через глубинный показатель (П):
П = d/t.
Глубинный показатель характеризует проникновение коррозионного разрушения и выражается в мм/ч или мм/год.
Для практических целей применяют десятибалльную шкалу коррозионной стойкости (табл. 9).
Таблица 9