Задание 4
Определить скорость электрохимической коррозии в заданных условиях, используя справочные данные о потенциалах и кинетических константах коррозионного процесса.
Исходные данные
Металл |
Раствор |
Концентрация, m |
Контактирующий металл |
Хром |
Н2SO4 |
0,05 |
Кобальт |
Решение задачи
Скорость электрохимической коррозии определяется величиной тока. Ток, в свою очередь, зависит от величины перенапряжения и описывается уравнением
(4.1)
Рассмотрим удельную скорость коррозии на 1 кв. см. Таким образом, плотность тока будет равна току.
В данном уравнении отношение концентрации поверхностной к объемной принято равным единице, поскольку коэффициент диффузии катионов водорода достаточно большой и диффузионными торможениями можно пренебречь.
Коэффициенты i0, α и β можно найти из уравнения Тафеля:
(4.2)
Где
,
.
Зная b можно найти α.
Для Cr в серной кислоте а = 0.8В, b=0.1 В.
Данные для хрома взяты из учебного пособия «Химическое сопротивление материалов и защита от коррозии» [9, с. 15].
Для водорода с электродом из хрома с концентраций H2SO4 0.5 моль/л.
a = 0,8 В b = 0,11 В Коэффициенты взяты из справочника [7, с. 153].
Тогда можно найти α (коэффициент переноса) для каждого процесса.
Для водородной кривой:
(4.3)
(4.4)
Α для анодного процесса:
(4.5)
(4.6)
Зная коэффициенты переноса и коэффициент a из уравнения Тафеля, можно найти плотности токов обмена для каждого процесса:
Для катодного процесса:
А/кв.см. (4.7)
Для анодного процесса:
А/кв.см.
(4.8)
Зная
токи обмена и коэффициенты переноса,
можно записать уравнение зависимости
тока от перенапряжения
(4.9)
Тогда коррозионная диаграмма для катодного процесса будет иметь вид:
А/кв.см. (4.10)
Соответственно для анодного:
А/кв.см. (4.11)
Используя средства программы excel, построим графические характеристики по заданным уравнениям и найдем точку пересечения коррозионных диаграмм.
Рис. 4.1. Стационарный потенциал окисления хрома
В начале решения было принято, что токи равны плотностям тока, потому что площадь образца принята за 1 кв. см. Из анализа решения, проделанного в программной среде MathCAD (Решение приведено в приложении 1) и рисунка можно с достаточной степенью точности сказать, что стационарный потенциал будет равен -0,62 В а ток при единичной площади образца – 5.7*10-4 А.
Таким образом, максимальная скорость коррозии будет определяться величиной:
моль/(кв.м*с).