4. Зависимость потенциала металла от характера cреды.

Железо

при рН от --2 до 6,5

Fe <==> Fe²⁺ + 2 e^- E = --0,440 + 0,0259 lg ( [ Fe²⁺] _Fe2+ )

при рН от 7 до 16

Fe + 2 H₂O <==> Fe(OH)₂ + 2 H⁺ + 2 e^- E = --0,047 -- 0,059 pH

Цинк

при рН от --2 до 5.0

Zn < == > Zn²⁺ + 2 e^- E = --0,763 + 0,0295 lg ( [ Zn²⁺] _Zn2+)

при рН от 5,5 до 11,0

Zn + 2 H₂O <==> Zn(OH)₂ + 2 H⁺ + 2 e^- E = --0,400 --0,0591 pH

при рН от 11,0 до 16,0

Zn + 2 OH^- <==> Zn(OH)₂ + 2 e^- E = --1,245 --0,059 lg ( [OH^-] _OH-)

38

Содержание

1. Работа № 1 Потенциостатический метод изучения

коррозионного поведения конструкционных

материалов. ....................................................... 4

2. Работа № 2 Пассивность стали........................................ 9

3. Работа № 3 Контактная коррозия металлов...................16

4. Работа № 4 Кислотостойкость сплавов..........................20

5. Работа № 5 Замедлители коррозии конструкционных

материалов в кислотах.................................27

6. Работа № 6 Защита стали от коррозии

лакокрасочными покрытиями....................32

Приложения .......................................................................... 37

Библиографический список ..................................................39

.

3

Лабораторная работа № 1

Потенциостатический метод изучения коррозионного поведения конструкционных материалов

Теоретическая часть

Анодные поляризационные кривые, представляющие собой зависимость потенциала металла от плотности поляризующего тока Е= f ( i_a ), могут характеризовать коррозионное поведение различных металлов и сплавов.

Плотность поляризующего тока достаточно точно соответствует величине коррозии металла при данном потенциале лишь при отсутствии в растворе (в области изучаемых потенциалов) катодных деполяризаторов. Однако и при наличии деполяризатора (например, кислорода воздуха) анодные поляризационные кривые довольно хорошо характеризуют коррозионное поведение металла в области потенциалов, достаточно удаленных от стационарного потенциала, т.е. в условиях, когда анодный ток значительно больше катодного ( i_a  i_к ).

Даже в том случае, когда по току нельзя точно рассчитать величину коррозионных потерь, по анодным поляризационным кривым можно надежно определять влияние некоторых внутренних и внешних факторов на коррозионное поведение металлов и сплавов.

В опытах с пассивирующимися металлами более правильно измерять анодные поляризационные кривые с помощью электронного потенциостата, позволяющего в широкой области, включая область частичной пассивности, и с достаточной точностью поддерживать заданный потенциал.

Потенциостатические анодные поляризационные кривые стали (рис. 1) имеют следующие характерные области и точки: АВ - область растворения стали в активном состоянии; ВС - область пассивации стали (область частичного пассивного или активно-пассивного состояния); CDEF - область полной пассивности стали; DG - область точечной коррозии стали; ЕН - область перепассивации стали; FKL - область разряда гидроксильных ионов с выделением кислорода; E_ст. - стационарный потенциал; Е _{н. п.} и i _{н. п.} - потенциал и плотность тока начала пассивации; Е_{п. п.} и i _{п. п.} - потенциал (Фладе-потенциал) и плотность тока полной пассивации стали; Е_пр - потенциал пробивания пассивной пленки (потенциал начала точечной коррозии); Е_переп - потенциал начала перепассивации стали; Еo₂ - потенциал начала реакции образования кислорода из гидроксильных ионов.

В зависимости от химического состава и термической обработки стали, а также условий опыта измеренные кривые могут иметь различный вид. На стали, не склонной в условиях опыта к точечной коррозии и перепассивации, измеряется кривая ABCDEFKL (например, на железе, низко

4

Приложения1. Шкала стойкости металлов

Таблица 10

Группа	Коррозионная стойкость	Балл	П , мм/год
1	Совершенно стойкие	1	< 0,001
2	Весьма стойкие	2	0,001-0.005
		3	0,005-0,01
3	Стойкие	4	0,01 - 0,05
		5	0,05 - 0,1
4	Пониженно стойкие	6	0,1 - 0,5
		7	0,5 - 1,0
5	Мало стойкие	8	1,0 -5,0
		9	5,0 -10,0
6	Нестойкие	10	> 10,0

2.Средние коэффициенты активности (+) электролитов при 25⁰ C

Таблица 11

m моль/1000 г воды	HCl	H2SO4	HNO3	H3PO4
0.1	0.796	0.266	0.791	0.352
0.2	0.767	0.209	0.754	0.359
0.3	0.756	0.183	0.735	0.366
0.4	0.755	0.167	0.725	0.374
0.5	0.757	0.156	0.720	0.381
0.6	0.763	0.148	0.717	0.388
0.8	0.783	0.137	0.718	0.404
1.0	0.809	0.132	0.724	0.420
1.2	0.840	0.128	0.734	0.435
1.6	0.916	0.126	0.758	0.466
2.0	1.009	0.128	0.781	0.499
2.5	1.147	0.133	0.819	0.543
3.0	1.316	0.142	0.859	0.592
4.0	1.762	0.170	0.950	0.709
5.0	2.380	0.208	1.054	0.853
6.0	3.220	0.257	1.287	1.032
8.0	5.900	0.386	1.414	1.534
10.0	10.440	0.559	1.679	2.149
15.0	34.100	1.154	2.216	4.520
20.0	68.400	1.940	2.571	7.870
30.0	-----	3.792	2.837	15.960

37

Электрохимические исследования

Поверхность катода _____________________ см²

Поверхность анода _____________________ см²

Таблица 2

Ток	Потенциал катода, В		Потенциал анода, В		Плотность тока мА\см2
мА	по ЭС	по НВЭ	по ЭС	по НВЭ	катода	анода

Потенциалы металла по отношению к стандартному водородному электроду рассчитывают по уравнению (14)

Е_ме^нвэ = Е_ме^эс + Е_эс^нвэ . (14)

По результатам измерений строят графики зависимости потенциалов и тока от времени выдержки образцов в электролите: Е = f ( ) и I = f (  ).

На основании полученных данных проводят обсуждение результатов о сравнительной стойкости исследуемых покрытий. Сравнивая потенциалы образцов с покрытиями и без покрытия, делают выводы о механизме торможения коррозионного процесса покрытием и о влиянии на коррозионную стойкость изделия дефектов покрытия, обнажающих основной металл.

Рекомендуемая литература:

1,3,7,15,18

Вопросы для самопроверки

1. Основные компоненты лакокрасочных покрытий.

2. Эмали, лаки, краски, шпаклевки, их состав и назначение.

3. Способы нанесения лакокрасочных покрытий.

4. Лакокрасочные покрытия для электрохимических производств.

5. Технологии нанесения лакокрасочных покрытий.

36

легированной и углеродистой сталях в разбавленной H₂SO₄ при комнатной температуре). При склонности стали к точечной коррозии измеряемая кривая имеет вид ABCDG (например, на хромистых и хромоникелевых сталях в растворах, содержащих хлор-ион). При отсутствии точечной коррозии, но возможности перепассивации могут быть получены кривые вида ABCDEH или ABCDEHKL (например, на хромистых и хромоникелевых сталях в H₂SO₄; на железе и углеродистых сталях в щелочных средах).

Характеристикой склонности стали к пассивации являются величины i _{н. п}., Е_{н. п.} и Е_{п. п.}; чем меньше i_{н. п.} и более отрицательны значения Е_{н. п.} и Е_{п. п.} , тем легче сталь пассивируется. Стойкость стали в пассивном состоянии характеризуется величиной i _{п. п.} ; чем меньше эта плотность тока, тем более устойчива сталь.

Склонность стали к точечной коррозии характеризуется значением потенциала пробивания Е_пр; чем отрицательнее значение Е_пр, тем больше

склонность стали к точечной коррозии.

О склонности к межкристаллитной коррозии хромоникелевых сталей можно судить по увеличению после провоцирующего отпуска этих сталей тока пассивации i _{н. п.} и сдвигу в положительную сторону потенциала полной пассивности Е_{п. п.} Кроме того, при появлении или усилении склонности к межкристаллитной коррозии обычно наблюдается увеличе-

5

ние плотности тока полной пассивности i _{п. п.}. Изменение указанных характеристик на стали, склонной к межкристаллитной коррозии, вызывается появлением плохо пассивирующихся, обедненных хромом участков.

В условиях легкой самопассивации стали области активного (АВ) и активно-пассивного (ВС) состояния могут на поляризационных кривых отсутствовать или выявляться лишь частично.

Потенциостатическое изучение анодного поведения различных металлов позволяет подобрать к ним легирующие элементы и выявить их действие на характерные точки анодной поляризационной кривой.

Цель работы - исследование влияния химического состава и термической обработки сталей на их пассивацию, склонность к межкристаллитной и точечной коррозии.

2. Аппаратура и методика работы

Работа имеет три варианта:

1. Влияние содержания хрома на пассивируемость стали. Испытывают стали, различающиеся по содержанию хрома (Ст. 3, 1Х13, Х17, Х25 и др.), и хром в 1-н растворе H₂SO₄ при комнатной температуре.

Рабочая поверхность образцов стали с содержанием хрома  13 % в связи с большой величиной i _{н. п.} не должна превышать 0,1 см². Остальные образцы могут иметь поверхность до 0,5 см² (рабочую поверхность образцов устанавливают в соответствии с допустимой для данного потенциостата величиной тока).

2. Влияние химического состава и структуры на склонность стали к точечной коррозии. Исследуют влияние содержания хрома (стали Х13, Х17, Х25), углерода (стали 000Х18Н11 и Х18Н10 после закалки с 1050-1100 ⁰С и отпуска при 650 ⁰С в течение одного часа), легирования молибденом (стали Х18Н10Т и Х17Н13М3Т), а также сопоставляют стойкость закаленных с 1050 ⁰С сталей Х18Н10Т (аустенитной) и 1Х21Н5Т (аустенитно-ферритной). Опыты проводят в 0,5-н растворе NaCl.

3. Влияние химического состава или термообработки на склонность хромоникелевой стали к межкристаллитной коррозии. Опыт проводят в 1-н растворе H₂SO₄ + 0,01 % KCNS;

а) определяют влияние содержания титана (стали 000Х18Н11, 00Х18Н10 и Х18Н10Т), углерода (стали 000Х18Н11, 00Х18Н10, Х18Н10, 2Х18Н9) и ниобия (стали Х18Н10 и Х18Н11Б) на межкристаллитную коррозию сталей, закаленных с 1050-1100 ⁰С и отпущенных при 650 ⁰С в течение одного часа;

б) определяют влияние отпуска при 650 ⁰С в течение одного часа на склонность к межкристаллитной коррозии закаленных с 1050-1100 ⁰С сталей типа Х18Н10 с разным содержанием углерода

6

Затем, включив микроамперметр , замыкают переключателем П пару образец без покрытия - каломельный электрод, определяя после десятисекундной выдержки ток пары. Поочередно включают переключателем П образцы с покрытиями, измеряя каждый раз после десятисекундной выдержки ток пары образец - каломельный электрод и, записывая время от начала опыта.

Затем переключателем П включают потенциометр , поочередно подключают исследуемые образцы и измеряют после минутной выдержки электродные потенциалы образцов по отношению к каломельному электроду. Записывают величины потенциалов и время от начала опыта. Для уменьшения поляризации каломельного электрода поверхность ртути в нем должна превышать поверхность образца.

В течение двух часов через каждые 15-20 мин измеряют величину тока пары образец - каломельный электрод и значения потенциалов образцов, отмечая время от начала опыта, соответствующее производимым замерам. Когда замеры не производят, переключатель П разомкнут ( находится в нулевом положении. По окончании работы образцы вынимают, промывают водой, раствор выливают, стаканы ополаскивают водой.

Вторым вариантом работы может быть определение защитных свойств одного покрытия при разных температурах.

Результаты испытаний записывают в табл. 1и 2.