Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Метод. вказів. ХОМ.doc
Скачиваний:
0
Добавлен:
01.05.2025
Размер:
334.34 Кб
Скачать

Вплив температури і складу середовища на швидкість

газової корозії.

З підвищенням температури швидкість газової корозії практично у всіх випадках зростає тому, що при цьому збільшується швидкість дифузійних процесів. Залежність швидкості корозії від температури виражається рівнянням Ареніуса:

K = Ae -Q/RT , (10)

де K – константа швидкості хімічної реакції; А - константа; е - основа натурального логарифма; Q - ефективна енергія активації процесу; R - газова постійна; T - температура, К. Якщо прологарифмувати рівняння, то отримаємо наступне вираження:

lg K m+ = lgA – Q/(2,3RT), (11)

де Q = - 2,3R tg α, α – кут нахилу прямої в координатах lg K m+ = f(1/Т) .

Наведене співвідношення може бути ускладнене або порушене, якщо зі зміною температури змінюється структура або властивості металу або плівки, що утворилася на його поверхні .

Приклад 4. Вплив температури на швидкість газової корозії.

Тантал стійкий проти впливу оксигену повітря до 500° С, а при вищій температурі - окиснюється, покриваючись плівкою Та2O5 ( ρ (Та) =16,6 г/см 3;

ρ (Та2 O5) = 8.7г/см3).

Розрахуйте середню швидкість корозії металу, оцініть енергію активації реакції, якщо процес проходить при температурі 5500С, протягом 20 хвилин і зміна по масі складає 0,05 г/м2; значення А дорівнює 1.

Рішення. Знаходимо масовий показник корозії:

K m+ = Δm +/ τ = 0,05 /0,33 = 0,15 г/(м2 ∙год).

Розраховуємо енергію активації реакції:

Q = 2,3RТ (lgA - lg K m+ ) = 2,3 8,31  823  ( 0 + 0,82)= 12914 Дж/моль.

Для кількісного вираження швидкості корозії металів прийняті показники корозії: глибинний, зміни маси, об'ємний, механічний та інші, котрі є середньою швидкістю процесу за час τ .

Показник зміни товщини плівки Kh продуктів корозії, що утворюються на металі: Kh — це зміна товщини плівки Δh в одиницю часу τ (наприклад, мм/рік)

Kh = Δh/ τ (12)

Показник зміни маси Km це зміна маси зразка металу в результаті корозії, віднесена до одиниці поверхні металу S і до одиниці часу τ [наприклад, г/(м2год)]:

а) позитивний показник зміни маси

K m+ = Δm +/S τ , (13) де Δm+ — збільшення маси зразка металу (г) за час досліду τ (год);

б) негативний показник зміни маси

Km- = Δm -/S τ = K m+ /8 n ) , (14)

де Δm- — втрата маси металу за час досліду τ після видалення продуктів корозії; n – валентність металу.

Глибинний показник корозії (проникнення корозії) KПце глибина (середня або максимальна) корозійного руйнування металу П в одиницю часу τ (наприклад, мм/рік):

Кп =П / τ = Km-  8,7/, (15)

де  - щільність металу, г/см3 .

Глибинний показник корозії придатний як для рівномірної, так і для нерівномірної і місцевої корозії і зручний при порівнянні швидкості корозії різних металів з різною щільністю.

Об'ємний показник корозії КV — це об’єм поглиненого газу або газу , що виділився в процесі корозії металу , (наприклад, оксигену) ΔV, приведений до нормальних умов ( t0 = 0° С и р = 1 атм) і віднесений до одиниці поверхні металу і до одиниці часу [наприклад, см3/(см2 год)]:

КV . = ΔV/ S τ (16)

Механічний показник корозії KMex — це зміна якого-небудь показника механічних властивостей металу за визначений час корозійного процесу, виражена у відсотках. Наприклад, зміна межі міцності металу

Kσ = Δ στ / σо 100% за час τ , (17)

де στ — зміна межі міцності при розтягуванні за час τ корозії; σо — межа міцності при розтягуванні до корозії.

Приклад 5. Вираження швидкості корозії металів через показники корозії.

Розрахуйте глибинний показник швидкості корозії сталевого листа

( =7,982г/см3), розміри якого складають 1,0 х 0,5 х 0,01 м, якщо за 3 місяці приріст маси склав 120 г ( продуктом корозії вважати Fe2O3).

Рішення. Розрахуємо площу поверхні зразка:

S=2(1 0,5)+2(1 0,001) +2(0,5 0,01) =1,03 м2 .

Розрахуємо масові показники швидкості корозії:

Km+ = Δm +/S τ = 120/( 1,03  90  24) = 0,053 г/(м2 год).

Km- = K m+ Fe /8 n ) = 0,053 (56 /(8  3) = 0,123 г/(м2 год).

Розрахуємо глибинний показник швидкості корозії:

Кп =П / τ = Km-  8,7/Fe = 0,123  8,7/ 7,982 = 0,134 мм/рік .

Література [4,5].

Задачі для самостійного рішення.

Причиною високотемпературної атмосферної корозії сталі і чавуна є окислення вуглецю, що входить до складу карбіду Fе 3С на межі окалини і металу. Розрахуйте G0298 (табл.1.) і виразіть кількісний взаємозв'язок між рівноважними тисками реагентів у зазначених процесах:

1. Fе3С(к)+1/2О2(г)=ЗFе(к) +СО(г);

2. Fе3С(к) + СО2(г) = ЗFе(к) + 2СО(г);

3. Fе3С(к) + Н2О(г) = 3Fе(к) + СО(г) + Н2(г);

4. Fе3С(к) + 2Н2(г) = ЗFе(к) + СН4(г).

5. При атмосферній корозії малолегірованих сталей близько 3г/(дм2 год) металу перетворюється в іржу. Розрахуйте лінійну швидкість корозії. Протягом якого терміну цілком проржавіє сталевий лист товщиною 0,5 мм, що піддається корозії по обидва боки, якщо щільність сталі дорівнює 7,6 г/см3 ?

Тантал стійкий проти впливу оксигену повітря до 500° С, а при вищій температурі - окислюється, покриваючись плівкою Та2 O5

( ρ (Та) =16,6 г/см 3; ρ (Та2 O5) = 8.7 г/см3). За наведеними даними розрахуйте середню швидкість корозії металу, виразивши її в г/(см2 ·с ) , оцініть енергію активації реакції:

Варіант . . . . . . . . . . . .. . . 6 7 8 9 10 11

Температура, °С. . . . ... 600 600 600 650 650 650

Тривалість, хв . . . . . . . . . . 20 40 60 10 20 30

Збільшення маси, мг/см2 . . 0,7 1,5 2,4 0,8 2,2 3,5

12. Розрахуйте глибинний показник швидкості корозії сталевого листа

(ρ = 7,98 г/см 3 ), розміри якого складають 0,7м х 0,5м х 0,05м, якщо за три місяці втрата маси становить 20 г.

13. Розрахуйте показник зміни товщини плівки продуктів корозії, що утворилися на металі, якщо процес рівномірної корозії тривав один місяць, а товщина плівки змінилася на 0,002 см .

14. Доведіть можливість протікання процесу окислення металевої конструкції при температурі 500 0С, якщо константа швидкості реакції дорівнює 2.

15. Якому типу корозії піддаються залізовуглецеві сталі в присутності сполук ванадію? Приведіть рівняння реакцій.

Розрахуйте ΔG0298 і визначте можливість протікання процесу корозії:

Варіант . . . . . . . . . . . .. . . . . .. . . . 16 17 18 19 20 21

Метал . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fe Al Cr Zn Cd Та

Температура, °С. . . . .... . . . . . . . . 500 550 600 650 700 750

Парціальний тиск оксигену, атм . . . . . 0,31 0,33 0,22 0,45 0,64 0,97

Тиск дисоціації оксиду, атм . . . .. . . . 0,29 0,15 0,19 0,57 0,71 0,93

22. При якій температурі буде протікати процес корозії, якщо зміна вільної енергії при утворенні оксиду має значення - 19080 кДж/моль, а константа рівноваги реакції дорівнює 10-2.

23. Процес корозії йде за лінійним законом росту оксидної плівки. Визначте час корозії, якщо зміна товщини плівки складає 0,0015 мм, а концентрація окислювача 0,005 моль/м3; коефіцієнт швидкості окислення 0,007 м3/(мм ∙ год).

24. Визначте коефіцієнт дифузії процесу корозії , який проходив за параболічним законом росту оксидної плівки, якщо час корозії становив 7 діб, концентрація окислювача 0,001 моль/ м3 , а товщина плівки за зазначений час склала 0,0012 мм .

25. Розрахуйте константу швидкості реакції окислення металу при 500 0 С , якщо кут нахилу прямої (у координатах 1/Т – lg Km+) дорівнює 330 , а коефіцієнт пропор-ційності (А) становив 1,5.

Визначте, чи буде мати захисні властивості оксидна плівка, якщо:

26 ρ (Fe) = 7,86 г/см 3 ; ρ (Fe2 O3) = 3,5 г/см 3 .

27. ρ (Та ) = 16,6 г/см 3; ρ (Та2 O5)= 8.7г/см 3.

28. ρ (Al) = 2,70 г/см 3; ρ (Al2O3)= 4,00 г/см 3.

29. ρ (Cd) = 8,64 г/см 3 ; ρ ( CdO)= 8,15 г/см 3 .

30. ρ (Cr) = 7,16 г/см 3 ; ρ (Cr2O3)= 5,21 г/см 3 .

31. ρ (Mn) = 7,30 г/см 3 ; ρ (MnO)= 5,40 г/см 3.

32. ρ (Fe) = 7,86 г/см 3 ; ρ (FeO) = 5,70 г/см 3.

33. ρ (Ni) = 8,90 г/см 3 ; ρ (NiO) = 7,45 г/см 3.

34. ρ (Mo) = 10,23 г/см 3 ; ρ (MoO2) = 6,47 г/см 3 .

35. ρ (Pb) = 11,34 г/см 3 ; ρ (PbO) = 9,53 г/см 3 .

36. Визначте щільність оксидної плівки хрому (ІІІ), якщо Vоксида / Vметалу складає 2,07, а щільність хрому - 7,16 г/см3. Вкажіть, чи є дана плівка захисною ?

37. Чи дотримується умова суцільності оксидної плівки у випадку корозії сплаву на основі алюмінію, якщо ρ (Al) = 2,7 г/см3 , а ρ(Al2 O3) = 4,0 г/см3 ?

38. Визначте швидкість поверхневої корозії сталевого виробу розмірами

40 х 15 х 2 см, якщо втрата маси за 100 днів склала 50 г.

При дослідженні швидкості корозії деякої хімічної реакції були отримані наступні дані:

Варіант. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 40 41 42

Температура, К . . . . . . . . . . . . . . . . . 293 303 313 323

Константа швидкості реакції. . . . . . 0,115 0,258 0,532 1,024

Коефіцієнт пропорційності . . . . . . 0,117 0,254 0,525 0,934

Обчисліть енергію активації хімічної реакції.

Література [2].