- •Исследование электрохимической коррозии металлов
- •Электронное издание локального распространения
- •1. Основные понятия
- •1.1. Коррозионный гальванический элемент
- •1.2. Сущность электрохимического метода обработки материалов
- •1.2. Контактная коррозия
- •2. Методика исследования
- •3. Содержание отчета
- •3. Вопросы для самопроверки
- •Литература
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
Саратовский государственный технический университет
Исследование электрохимической коррозии металлов
Методические указания к выполнению лабораторной работы
по курсу «Электротехнологические установки и системы»
для студентов дневной и заочной форм обучения
специальностей ЭТС-180500 и ЭПП -100400
Электронное издание локального распространения
Одобрено
редакционно-издательским
советом Саратовского
государственного
технического университета
Саратов – 2006
Все права на размножение и распространение в любой форме остаются за разработчиком.
Нелегальное копирование и использование данного продукта запрещено.
Составители: доц. Калганова Светлана Геннадьевна
Рецензент проф. Архангельский Ю.С.
410054, Саратов, ул. Политехническая, 77
Научно-техническая библиотека СГТУ
Тел. 52-63-81, 52-56-01
htpp : // lib.sstu.ru
Регистрационный номер……
© Саратовский государственный
технический университет, 2006
Цель работы: изучить сущность электрохимической коррозии металлов, познакомиться с методикой исследования и расчета скорости контактной коррозии металлов.
1. Основные понятия
Коррозиейметаллов называется самопроизвольное разрушение металлических материалов, изделий и конструкций вследствие их физико-химического взаимодействия с окружающей средой. Наиболее распространенный вид коррозия -электрохимическая коррозия. Она проявляется при коррозии металлов под пленками влаги (атмосферная коррозия) в море, в почве, в грунтовых водах, во многих рабочих средах энергетических установок, химических производств и т.д.
Основная особенность механизма электрохимической коррозии состоит в том, что она сопровождается проявлением электрического тока коррозии, так что общую реакцию взаимодействия металла с внешней средой можно разделить на три самостоятельных процесса:
1. анодный процесс - переход металла в раствор в виде ионов и образование эквивалентного количества электронов в металле;
2. процесс перетекания электронов в металле от анодных участков к катодным и соответствующее перемещение катионов и анионов в растворе;
3. катодный процесс - ассимиляция (присоединение) электронов какими-либо атомами, молекулами или ионами раствора (деполяризаторами), способными восстанавливаться на катодных участках.
При взаимодействии металла с раствором электролита между ними возникает разность потенциалов, которая может быть измерена как ЭДС элемента, где один электрод - металл в электролите, а другой - электрод сравнения, потенциал которого условно принят за нуль (стандартный водородный электрод). Эту ЭДС. принято называть электродным потенциаломметалла.
1.1. Коррозионный гальванический элемент
В большинстве практических случаев поверхность металла неоднородна (гетерогенна) по структуре, химическому составу, свойствам защитных пленок, величине внутренних напряжений. Кроме того, раствор электролита может быть неоднородным по концентрации, температуре и т.д. В силу этих причин одни участки поверхности металла имеют более электроположительный потенциал и являются катодами по сравнению с другими являющимися анодами. Возможность протекания анодного и катодного процессов на различных участках поверхности обусловлена наличием электронной проводимости металла и ионной проводимости раствора. Эти участки представляют собой коррозионные гальванические пары или коррозионные элементы.
Таким образом, электрохимическая коррозия металлов является результатом работы большого количества коррозионных элементов на поверхности металла, соприкасающейся с электролитом. В первом приближении эту поверхность можно рассматривать как двухэлектродную (бинарную) систему, то есть состоящую из участков двух видов: анодных (одного типа) и катодных (тоже одного типа).
В этой смысле протекание электромеханического коррозионного процесса аналогично работе короткозамкнутого гальванического элемента. Материальный эффект работы такого элемента проявляется в виде растворения металла на его анодных участках, что и обусловливает разрушение металлов при электрохимической коррозии.
При замыкании в электролите двух электродов с разными потенциалами происходит перетекание электронов от более отрицательного электрода (анода) к менее отрицательному (то есть более положительному) электроду (катоду). Это перетекание электронов выравнивает значения потенциалов замкнутых электродов, и если бы электродные процессы (анодный и катодный) не протекали, потенциалы электродов сравнялись бы, наступила бы их полная поляризация и, как следствие - прекращение коррозии. В действительности анодный и катодный процессы протекают, препятствуя наступлению полной поляризации, то есть действуют деполяризующе. Поэтому атомы, молекулы иди ионы, обеспечивающие протекание катодного процесса, называются "деполяризаторами".
В нейтральных электролитах - при атмосферной коррозии, в пресной и морской воде, в почве - деполяризатором служат молекулы кислорода (коррозия с кислородной деполяризацией).
В кислых электролитах, то есть в растворах кислот, деполяризатором являются ионы водорода (коррозия с водородной деполяризацией).
Величина электрического тока, протекающего за счет движения электронов от анода к катоду в металле и ионов в электролите, характеризует интенсивность работы коррозионного элемента, то есть скорость коррозии данной бинарной системы. Этот электрический ток называется коррозионным токоми определяется выражением
где -начальный потенциал катодного процесса деполяризации;
- начальный потенциал анодного растворения металла;
- катодная поляризуемость;
- анодная поляризуемость;
- омическое сопротивление коррозионного элемента.
Таким образом, величина- может рассматриваться как движущая сила коррозионного процесса или термодинамическая неустойчивость данной коррозионной системы, а величина РК+РА +R - как степень торможения коррозионного процесса.
Величина коррозионных весовых потерь металла qпропорциональна силе коррозионного тока I , то есть :
q = k I ,
где q – потеря веса металла, г:
,
Здесь - время коррозии, с;
А – атомный вес металла;
n – валентность металла в данном коррозионном процессе;
F – постоянная Фарадея, F = 96500А с/г – экв.
Следовательно
(1)
Коррозионные весовые потеримогут быть определены также путем непосредственного взвешивания образца металла до испытаний и после
(2)
где - вес образца до испытания, г;
- вес образца после испытания, г.
Для возможности сравнения коррозионной стойкости различных металлов используется весовой показатель коррозии,определяемый по формуле
(3)
где S – площадь коррозирующей поверхности металла, м2;
- время коррозии, ч.
Степень изменения скорости анодной и катодной реакции зависит от природы металлов, то есть значений их электродных потенциалов, поляризуемости электродных процессов, относительной величины анодных и катодных поверхностей, а также от природы концентрации и температуры электролита.
В реальных условиях рассмотренный характер работы коррозионного гальванического элемента наиболее близко соответствует процессу контактной коррозии деталей машин и металлоконструкций.