
- •1. Теоретична частина. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23
- •Програма курсу
- •1. Термодинаміка і кінетика хімічної корозії металів. Газова корозія металів.
- •2. Закономірності росту плівок на металах.
- •1. Механізм електрохімічної корозії металів. Діаграми Пурбе.
- •2. Корозійні процеси з гдрогенною та оксинною деполяризацією. Пасивність металів.
- •1. Електрохімічні методи захисту металів. Захисні середовища.
- •2. Корозійна характеристика металів та сплавів. Сталі та чавуни.
- •4. Види неметалевих антикорозійних покриттів. Розділ I. Хімічна корозія металів
- •Вплив температури і складу середовища на швидкість
- •Приклади тестових завдань
- •Запитання для підготовки до модульної контрольної роботи №1
- •Розділ II. Електрохімічна корозія металів захист від корозії
- •Задачі для самостійного рішення.
- •Приклади тестових завдань.
- •Запитання для підготовки до модульної контрольної роботи № 2
- •Запитання до заліку
- •Додатки
- •Відповіді
- •Література
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+ (А /8 n ) , (14)
де Δm- — втрата маси металу за час досліду τ після видалення продуктів корозії; n – валентність металу.
Глибинний показник корозії (проникнення корозії) KП —це 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+ (АFe /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].