2. Цель работы

Исследовать на лабораторной установке скорость коррозии углеродистой стали марки 10 в присутствии поваренной соли при температуре 90^оС и определить:

- зависимость роста окисной пленки от продолжительности окисления металла в воздухе при этой температуре, построить график этой зависимости;

- константу роста окисной пленки в процессе коррозии;

- отрицательный весовой показатель коррозии ()

и рассчитать относительную ошибку:

- полученного среднего значения убыли веса металла (∆g);

- времени коррозии (τ);

- относительную и абсолютную ошибки при определении поверхности (S) образца металлической пластины из углеродистой стали марки 10.

3. Аппаратура и методика работы

В задание входит исследование кинетики окисления стали марки 10 в воздухе в присутствии поваренной соли при температуре 90^оС. Исследование проводят при помощи аналитических весов 6 (рис. 1), у которых в левой

Рис. 1 Схема установки для исследования ки­нетики газовой коррозии металлов в воздухе при различных температурах: 1— тигельная печь; 2 — образец; 3 — термопара; 4 — терморегулятор; 5 — нихромовый подвес; 6 — аналитиче­ские весы; 7 — изолирующий экран; 8 — разъемная крышка печи с двумя отверстиями; 9 — сигнальная электролампа.

чашке прикреплен подвес 5, состоящий из нескольких звеньев нихромовой проволоки. Проволока пропущена через отверстие в доске, на которой установлены весы, а под ней помещена тигельная электропечь 1 с бифилярной обмоткой. Печь имеет разъемную керамическую крышку 8 из двух частей и снабжена термопарой 3 с электронным терморегулятором 4.

Включают тигельную печь, нагревают ее до заданной температуры и подготавливают образец 2 в виде пластинки с просверленным наверху отверстием диаметром ≈ 1 мм к испытанию: измеряют штангенциркулем размеры образца с точностью ±0,1 мм (отверстие не учитывают), затем зачищают его наждачной бумагой, обезжиривают органическим растворителем и, поместив с нижними съемными звеньями нихромового подвеса на левую чашку весов, уравновешивают разновесами, помещенными на правую чашку весов.

После того как печь нагрета до требуемой температуры, снимают щипцами половину разъемной крышки печи, помещают в печь образец (подвесив его с помощью съемных звеньев к верхнему звену нихромового подвеса) и, поставив снятую половину крышки на место, проверяют, чтобы подвес проходил через центральное отверстие в крышке, не задевая стенок.

Через определенные интервалы времени показатели изменения веса окисляющегося в атмосфере печи образца записы­вают в таблицу.

Если тигельная печь не имеет бифилярной (не обладающей индуктивностью) обмотки, магнитные образцы взвешивают в те моменты времени, когда терморегулятор выключает питание пе­чи током (для этого в цепи служит сигнальная лампа).

По окончании эксперимента печь выключают и, сняв половину крышки, извлекают щипцами из печи подвес с образцом и снимают образец с подвеса.

3. Обработка результатов исследования

Условия опыта: материал образца - листовая углеродистая сталь марки 10 толщиной 2,9 мм, шириной 17,6 мм и длиной 29,5 мм.; поверхность образца S=13,11·10^-4 (м²); точность взвешивания ∆g=± 0,0001(г); температура эксперимента t = 90±1^oС.

Результаты измерений и расчетов записывают в таблицу 1.

Таблица 1. Результаты опыта по исследованию скорости коррозии стали марки 10 в присутствии поваренной соли при 90°C за 2 часа

Номер образца	Начальный вес образца (go), г	Конечный вес образца (g1), г	Убыль веса металла (∆g), г	Отклонения от среднего ∆g/ г
1	11,5762	11,5662	0,0100	-0,0005
2	11,5112	11,5004	0,0108	+0,0003
3	11,6548	11,6445	0,0103	-0,0002
4	11,5756	11,5656	0,0100	-0,0005
5	11,5876	11,5762	0,0114	+0,0009
Среднее арифметическое . . . . .			0,0105	0,0005

Таблица 2. Функциональные справочные характеристики

Объем образо-вавшегося окисла металла (Vок), см3	Объем металла израсходо-ванного на образование окисла металла (VМе), см3	М (Fe2O3)	А (Fe)	dок г/см3 (Fe2O3)	dМе г/см3	х (Fe)
0,00022	0,00134	160	55,85	5,24	7,86	26

Пользуясь справочными данными [1, приложения 1 и 3], рассчитывают отношение объема окисла к объему израсходованного на его образование металла по уравнению (5):

(5)

где: V_ок. — объем окисла металла, см³; V_Ме — объем израсходованного металла на образование окисла металла, см³; d_ок — плотность окисла металла, г/см³; d_Ме — плотность металла, г/см³; А — атомный вес металла; М — молекулярный вес окисла; х — число атомов металла в молекуле окисла.

Зная объем израсходованного металла (V_Ме=0,00134 см³) и отношение , определяем объем образовавшегося окисла металла (V_ок , см³):

Продолжительность воздействия поваренной соли на сталь марки 10 при 90°C была 0,5 час.; 1,0 час.; 1,5 час.; 2,0 час. Убыль веса листовой углеродистой стали марки 10 (∆g,) составила — 0,43; 0,72; 0,95; 1,05 (г) соответственно. На основе полученных экспериментальных данных построен (рис.2) график изменения (убыли) веса ∆g=f(τ) углеродистой стальной пластинки марки 10 от продолжительности нахождения её при 90°C в присутствии поваренной соли.

Рис.2. Кинетика убыли веса (∆g·10^-2) листовой углеродистой стали

марки 10 от продолжительности воздействия (τ) поваренной

соли при 90°C.

При спрямлении кривой [в полулогарифмических координатах ln∆g=f(τ)], можно определить константы (постоянные коэффициенты) скорости коррозии.

По результатам исследования, показанным в табл. 1, оценивают

абсолютную и относительную ошибки эксперимента.

Так как ошибка при расчете убыли веса металла ∆(g_o-g₁)=2∆g=2·0002 =0004 г меньше средней ошиб­ки опыта ∆g^/=0,0005 г, принимаем в качестве предельной аб­солютной ошибки последнее значение.

Таким образом, среднее значение убыли веса металла составляет:

g_o-g₁ = 0,0105± 0,0005 г.

Относительная ошибка полученного среднего значения т.е. 5%.

Поверхность образца рассчитывают по уравнению:

S=2ab+2c(a+b).

Рассчитываем относительные и абсолютные ошибки входящих в это уравнение значений, учитывая, что ∆a=∆b=∆с =∆l= 0,0001 м:

h=2а·b= 2·0,0295·0,0176=0,001038 м²

∆h=±0,0091·0,001038≈±0,0000094 (м²).

m = a + b = 0,0295 + 0,0176 = 0,0471 (м),

n = 2c·(a + b) = 2c·m = 2·0,0029·0,0471≈ 0,000273 (м²),

Рассчитываем теперь поверхность образца и относительную ошибку в ее определении:

S = 2a·b + 2c(a + b) = h + n = 0,001038 + 0,000273 = 0,001311 (м²),

Абсолютная ошибка равна:

∆S = ±0,016·0,001311 ≈ ±0,00002 (м²).

Рассчитываем относительную ошибку времени коррозии:

Отрицательный весовой показатель коррозии рассчитываем по уравнению (3):

(г/м²·час),

относительная ошибка в его определении равна:

или ±8%,

а абсолютная ошибка равна:

(г/м²·час).

Таким образом, (г/м²·час.).

Выводы:

1. Изучена коррозионные свойства углеродистой стали марки 10 в присутствии поваренной соли при 90°C.

2. На основе полученных экспериментальных данных построен график изменения (убыли) веса ∆g=f(τ) углеродистой стальной пластинки марки 10 от продолжительности нахождения её в присутствии поваренной соли при 90°C.

3. Рассчитаны отрицательный весовой показатель коррозии () и убыль веса металла, рассчитаны относительные и абсолютные ошибки в определении измерений показателей и получаемых в эксперименте результатов. Рассчитана величина защитного эффекта (z) и коэффициент защитного дей­ствия (k_з).

Рекомендуемая литература:

1. Томашов Н.Д. Теория коррозии металлов. Металлургиздат, 1952 (с. 141-144).

2. Жук Н.П. Коррозия и защита металлов. Расчеты. Машгиз, 1957.

3. Клинов И.Я. Коррозия химической аппаратуры и коррозионностойкие материалы. Машгиз, 1960.

4. Томашов Н.Д., Жук Н.И., Титов В.А., Веденеева М.А. Лабораторные работы по коррозии и защите металлов. Издательство ГНТИ по черной и цветной металлургии. – М. – 1961. – 240 с.