Контактная коррозия металлов

1. Теоретическая часть

Контакт двух разнородных металлов встречается в электрохимических технологиях довольно часто и является довольно распространенной причиной местного коррозионного разрушения конструкций, детали которых изготовлены из различных металлов.

Контактной коррозией называется электрохимическая коррозия металлов, имеющих в электролите разные стационарные электродные потенциалы и приведенных в контакт один с другим. Возникновение контактной коррозии требует учета допустимости контакта металлов как в конструкциях, так и в крепежных соединениях.

При замыкании в электролите двух металлов с разными электродными потенциалами образуется макрогальванический элемент. Металл с более электроотрицательным электродным потенциалом в данном электролите будет анодом, а с более положительным потенциалом - катодом макроэлемента. В результате работы такой пары растворение металла анода увеличивается, а катода - уменьшается или полностью прекращается.

Таким образом, коррозия какого-либо металла (например, низколегированной или углеродистой стали) в электролите может быть замедлена контактом с более электроотрицательным металлом (например, с цинком) или ускорена контактом с более электроположительным металлом (например, с медью). Замедление коррозии металлов при их контакте с металлами, имеющими более отрицательные электродные потенциалы, используют для защиты металлических конструкций с помощью протекторов.

Поведение различных металлов в контакте друг с другом можно оценить, исходя из их положения в ряду потенциалов металлов, составленном для различных сред. Совместимость же различных конструкционных металлов в конструкциях оценивают по специальным таблицам, а также исходя из условий эксплуатации конструкции.

Скорость контактной коррозии можно оценить построением коррозионной диаграммы.

Коррозионные диаграммы имеют большое значение для изучения и расчетов процессов электрохимической коррозии металлов. На основании коррозионной диаграммы можно определить величину тока пары и, следовательно, скорость коррозии анода (саморастворение - растворение вследствие работы микропар при этом не учитывается, так как оно мало по сравнению с контактной коррозией), установить контроль коррозионного процесса и дать его количественную оценку.

16

где g₀ - g₁ - разница в весе образца до испытаний и после, г;

S - поверхность образца ,м^{2 ;}

 - время испытаний, час

и по формуле (7) глубинный показатель коррозии П. Коррозионную стойкость оценивают по десятибалльной шкале (см. Прил. 1).

3. Обработка опытных данных

Химические исследования

Марка материала __________________________

Термообработка ___________________________

Размеры образцов ___________________________

Раствор ___________________________

Температура раствора ________________________

Длительность испытаний ______________________

Таблица 1

Электро	№	Поверх-	Масса, г		К-	П
литы	образца	ность см2	до	после	г/м2 ч	мм/год

Электрохимические исследования

Материал образцов

Поверхность образцов _____________________ см²

Температура раствора _____________________ ^оС

Таблица 2

№	Образец	Температура	Потенциал, В		Степень
п/п		оС	по ЭС	по НВЭ	контроля ,%

По заданиям 9 и 10 строят графики зависимости коррозии от времени и температуры. По заданию 10 строят также график

lg K_m^— = f ( 1/T ) и находят постоянные коэффициенты уравнения температурной зависимости

K_m^— = Ae^—Q/RT , (9)

используя уравнения (6) - (8). Рассчитывают по полученной эмпирической формуле показатель изменения массы при одной из исследованных температур и сравнивают с результатами соответствующего опыта.

25

РЭ -рабочий электрод: ЭС - электрод сравнения: ЭлКл - элек-

тролитический ключ: мВ - иономер-милливольтметр.

Потенциалы измеряют по отношению к насыщенному хлорсеребряному электроду сравнения (ЭС), потенциал которого при всех температурах принят равным +0.200 мВ по отношению к НВЭ.

Сначала измеряют потенциалы образцов в кислоте при комнатной температуре. Измерение проводят в течение 10 мин, поочередно делая замеры потенциалов исследуемых образцов через 2-3 мин. Затем включают нагреватель. После нагрева термостата до заданной температуры снова измеряют потенциалы образцов в течение 20-30 мин. Результаты измерений записывают в табл. 2. По окончании измерений образцы вынимают и промывают водой. При выполнении девятого варианта работы измерения потенциалов проводят на одном образце в одной колбе.

По заданиям 1-10 рассчитывают по формуле (8) показатель изменения массы (весовой показатель коррозии) - K_m^-- , (г/м² ч)

K_m^-- = g₀ — g₁ / S  , (8)

24

Если в качестве электродов гальванического элемента служат анодные и катодные составляющие структуры какого-либо металла, то такая пара может моделировать работу коррозионных микроэлементов данного металла.

Для определения контролирующего фактора рассчитывают степень контроля общего процесса каждой его ступенью, т.е. долю сопротивления этой ступени по отношению к общему сопротивлению всего процесса. Степень анодного, катодного и омического контроля (в процентах) рассчитывают по формулам:

 Е_а  Е_а

С_а = -------------------------- * 100% = ---------------- *100% , (2)

 Е_а + Е_к + U_ом Е_к^о - Е_а^о

 Е_к  Е_к

С_к = -------------------------- * 100% = ---------------- *100% , (3)

 Е_а + Е_к + U_ом Е_к^о - Е_а^о

 U_ом  U_ом

С_ом = -------------------------- * 100% = ---------------- *100% , (4)

 Е_а + Е_к + U_ом Е_к^о - Е_а^о

где ( %) С_а - степень анодного контроля;

С_к - степень катодного контроля;

С_ом - степень омического контроля.

Анодная поляризация, т.е. смещение потенциала анода при протекании через него тока (В)

Е_a = Е_a – Е_a⁰ ,

где Е_a⁰ - потенциал анода разомкнутой пары;

Е_a - эффективный потенциал анода (потенциал анода при протекании через него тока).

Катодная поляризация (В)

Е_к = Е_к⁰ – Е_к ,

где Е_к⁰ - потенциал катода разомкнутой пары;

Е_к - эффективный потенциал катода (потенциал катода при протекании через него тока).

Омическое падение потенциала при величине тока пары I (В )

U_ом = I R = Е_к – Е_a ,

где R - омическое сопротивление, Ом.

17

Цель работы - изучение процесса контактной коррозии (расчет потерь массы и контролирующего фактора коррозионного процесса, определение вида и допустимости контакта) по коррозионной диаграмме. Последнюю получают измерением величины токов и потенциалов электродов коррозионной пары в заданном электролите.