Порядок проведения работы

1. Определить полярность покрытия.

2. Определить пористость покрытия.

3. Определить толщину покрытия капельным методом и сравнить ее с данными предыдущей работы.

4. Определить прочность сцепления покрытия с основой.

Необходимое оборудование и материалы

1. Установка для определения полярности.

2. Капельница или пипетка.

3. Секундомер.

4. Металлические образцы с покрытиями.

5. Реактивы, фильтровальная бумага, стальное лезвие и др.

Содержание отчета

1. Ответы на контрольные вопросы.

2. Краткое описание методики выполнения работы.

3. Результаты всех испытаний, представленные в виде таблицы:

Показатели испытаний	Результаты определений
	1 образца	2 образца	3 образца
Материал образца
Материал покрытия
Полярность покрытия (анодное или катодное)
Пористость покрытия
Толщина покрытия, мкм: по данным работы 4 по капельному методу
Прочность сцепления

4. Сопоставление значений толщины покрытия, полученных весовым или капельным методами и объяснение причин расхождения.

5. Вывод о механизме защиты стали данным покрытием.

Контрольные вопросы

1. От каких свойств зависит защитная способность гальванических покрытий?

2. Как можно уменьшить пористость покрытий?

3. Как влияет пористость на долговечность покрытий?

Лабораторная работа 6 определение скорости электрохимической коррозии объемным методом

Цель работы: определение скорости электрохимической коррозии металлов в кислых средах по объему выделившегося водорода.

Теоретические сведения

Действие кислот и щелочей на металлы может быть различным в зависимости от реакционной способности металла и концентрации кислот и щелочей.

В разбавленных кислотах металлы с более отрицательным потенциалом (т.е. находящиеся в левой части ряда активности металлов) окисляются ионом водорода, вытесняя его из растворов. При этом протекают следующие реакции:

Ме – ne  Meⁿ⁺ (1)

nH⁺ + ne  nH  n/2 H₂ , (2)

где n  валентность металла.

Первая реакция - окисление металла - соответствует анодному процессу, вторая реакция - восстановление водорода - катодному процессу. Обе эти реакции всегда протекают с одинаковой скоростью, взаимно обусловливая друг друга и могут быть реализованы как на одной и той же поверхности металла (и даже в одной материальной точке поверхности), так и на разных металлах, если они находятся в электрическом контакте. В последнем случае анодный процесс (1) будет протекать на металле с более отрицательным потенциалом, а катодный процесс (2)  на металле с более положительным в данном электролите потенциалом.

В технических металлах и сплавах видимого разделения участков с анодным и катодным процессами не наблюдается, если поверхность однородна с точки зрения шероховатости поверхности, наклепа, наличия загрязнений, фазового состава металла и т.п. При погружении таких металлов в кислоту происходит выделение водорода по всей поверхности, а объем водорода эквивалентен количеству растворенного металла.

Концентрированные кислоты (особенно горячие) являются более сильными окислителями, поэтому в них неустойчивы и металлы, находящиеся в правой части ряда активности: Cu, Ag, Hg. В концентрированной серной кислоте окислительными свойствами обладает ион S⁶⁺, а в азотной кислоте  ион N⁵⁺. Эти ионы, окисляя металлы, восстанавливаются и образуют газообразные продукты низшей валентности. Так, например, окисление в концентрированной серной кислоте может протекать до различной степени восстановления, в зависимости от реакционной способности металла:

Cu + 2H₂SO₄ = CuSO₄ + SO₂ + 2H₂O,

4Zn + 5H₂SO₄ = ZnSO₄ + H₂S + 4H₂O.

Азотная кислота в зависимости от концентрации и реакционной способности металла может претерпевать следующие стадии восстановления:

5+ 4+ 2+ 1+ 0 3

HNO₃  NO₂  NO  N₂O  N₂  NH₃.

Судить о количестве растворенного металла в таких кислотах по объему выделившихся газообразных продуктов нельзя, так как состав газовой фазы не остается постоянным.

Для некоторых металлов концентрированные кислоты менее опасны, чем разбавленные (например, для железа, свинца и алюминия - серная кислота), потому что на их поверхности образуются нерастворимые соли, играющие роль защитных покрытий.

Окисление металлов в щелочах, так же как и в разбавленной кислоте, происходит за счет ионов водорода по реакции

Ме + nH⁺  Meⁿ⁺ + 0,5nH₂.

Здесь тоже объем выделившегося водорода эквивалентен количеству растворенного металла.

В сильно разбавленных щелочах, ввиду малой концентрации ионов водорода, окисление происходит главным образом за счет растворенного кислорода по реакции

Me + ½O₂ + H₂O  Me(OH)₂ .

Эта реакция идет с поглощением кислорода из воздуха.

Стойкость металлов в щелочах зависит от характера образующегося гидрооксида. Если гидрооксид амфотерен и образует с гидроксиионом комплексный анион, то такой металл будет неустойчив в щелочи. Амфотерные гидрооксиды образуют алюминий, цинк, олово, свинец и др.

Эти металлы в щелочах неустойчивы и окисляются с выделением водорода. Например:

Al + 3H⁺ + 3OH^- = Al(OH)₃ + 1,5H₂ ,

Al(OH)₃ + NaOH = NaAlO₂ + 2H₂O ,

Al + 3H⁺ + 3OH^- + NaOH = NaAlO₂ + 2H₂O + 1,5H₂ .

Если гидрооксиды металлов не амфотерны (например, никеля, магния), то в щелочных растворах они нерастворимы и поверхность металла пассивируется гидрооксидной пленкой, предохраняющей металлы от окисления. В этом случае водород перестает выделяться и коррозия отсутствует. Это явление называется самопроизвольной пассивностью. При действии кислот на металлы также может наблюдаться самопроизвольная пассивность, если на их поверхности образуются нерастворимые продукты окисления или другие пассивные пленки.

Так, например, явление самопроизвольной пассивности наблюдается в высокохромистых чугунах с титаном при действии на них растворов серной кислоты (до массовой доли H₂SO₄ 20 %), а также в растворах соляной кислоты, если к высокоокохромистым чугунам добавить молибден и т.д. Для этих сплавов характерным является интенсивное растворение (и соответственно обильное выделение водорода) в первые периоды испытания, замедление и даже прекращение процесса через некоторое время. Время до наступления пассивного состояния зависит от состава сплавов и концентрации кислоты, его легко установить по прекращению выделения водорода.

Объемный метод используется в тех случаях, когда желательно установить кинетику коррозионного процесса металла или сплава, протекающего с водородной деполяризацией. Измеряя объем выделившегося водорода через равные промежутки времени, можно установить характер изменения скорости коррозии и выяснить способность металла к самопроизвольной пассивации в данных условиях.

Возможны три варианта изменения скорости во времени (рис. 6). Кривая 1 соответствует возрастанию скорости коррозии во времени, кривая 2 характеризует неизменность скорости, кривая 3 указывает на уменьшение скорости.

Рис. 6. График зависимости скорости коррозии от времени