Задание 5
Определить влияние на электрохимическую коррозию данного металла контакта с другим металлом и оценить соотношение площадей, при котором скорость коррозия меняется на 10%.
Металл и среда те же что и в предыдущем задании. А контактирующий металл Co.
Решение задачи
Для кобальта справочных данных по коэффициентам из уравнения Тафеля в рассмотренных справочниках нет. Поэтому возьмем коэффициенты сходного по свойствам с кобальтом металла – Ni.
Стандартный потенциал Co φ0 = -0.28 В.
Равновесный потенциал Co найдем по формуле:
(5.1)
Учитывая, что активность чистого компонента Co равна единице, а концентрацию Co2+ примем в начальный момент времени минимальной и равной 10-6 моль/литр, найдем равновесный потенциал.
В
Для Ni в растворе серной кислоты с концентрацией н = 2 при комнатной температуре коэффициенты, известные из [7, c. 152], равны:
I0 = 8.3*10-10 А/см2, β = 0.35.
Следовательно, α = 0.65.
Тогда можно построить зависимости тока от перенапряжения (учтем что площадь образца принята раной 1 см2).
А/кв.см. (5.2)
Для водорода коэффициент a и b возьмем из того же источника, что и для Ni.
a = 0.65, b = 0.12.
Тогда по формуле 4.3. найдем α.
(5.3)
И ток обмена найдем по формуле 4.7.
(5.4)
После обработки данных (представлено в приложении 2) и построения графических зависимостей определим стационарный потенциал и значение величины тока.
Рис 5.1. Стационарный потенциал окисления кобальта
φст = -0,2391 В, I = 5.39*10-5 ±0,05*10-6 А.
Таким образом скорость коррозии
моль/(кв.м.*с).
Поскольку стационарный потенциал процесса коррозии Co находится правее стационарного потенциала хрома, то необходимо учесть изменение катодного тока. Изменениями анодного тока можно пренебречь. В этом случае необходимо суммировать уравнения для катодных токов. В результате получим новую катодную кривую. Затем найдем стационарный потенциал процесса с участием второго металла и определим ток для этого процесса.
Таблица 5.1.
Для процесса окисления хрома |
|
|||||||||||||||||||||||||||
Потенциал, В |
Показатель 1 эксп. Для кат. Процесса |
Показатель 2 эксп. Для кат. Процесса |
ток для кат. Процесса, А |
Ток по абс. Вел. Для кат. Процесса, А |
Показатель 1 эксп. Для ан. Процесса |
Показатель 2 эксп. Для ан. Процесса |
Ток Для ан. Процесса. А. |
|||||||||||||||||||||
-0,45 |
-7,2283034 |
6,20720477 |
-2,6488E-05 |
2,65E-05 |
14,8450682 |
-34,8143224 |
0,02799827 |
|
||||||||||||||||||||
-0,455 |
-7,33306142 |
6,29716426 |
-2,8981E-05 |
2,9E-05 |
14,7299902 |
-34,544444 |
0,02495476 |
|
||||||||||||||||||||
-0,46 |
-7,43781944 |
6,38712375 |
-3,1709E-05 |
3,17E-05 |
14,6149121 |
-34,2745655 |
0,02224209 |
|
||||||||||||||||||||
-0,465 |
-7,54257746 |
6,47708324 |
-3,4694E-05 |
3,47E-05 |
14,4998341 |
-34,004687 |
0,0198243 |
|
||||||||||||||||||||
-0,47 |
-7,64733548 |
6,56704273 |
-3,796E-05 |
3,8E-05 |
14,384756 |
-33,7348086 |
0,01766933 |
|
||||||||||||||||||||
-0,475 |
-7,7520935 |
6,65700222 |
-4,1533E-05 |
4,15E-05 |
14,269678 |
-33,4649301 |
0,01574862 |
|
||||||||||||||||||||
-0,48 |
-7,85685152 |
6,74696171 |
-4,5443E-05 |
4,54E-05 |
14,1545999 |
-33,1950516 |
0,01403669 |
|
||||||||||||||||||||
-0,485 |
-7,96160954 |
6,8369212 |
-4,972E-05 |
4,97E-05 |
14,0395219 |
-32,9251732 |
0,01251085 |
|
||||||||||||||||||||
-0,49 |
-8,06636756 |
6,92688069 |
-5,4401E-05 |
5,44E-05 |
13,9244438 |
-32,6552947 |
0,01115088 |
|
||||||||||||||||||||
-0,495 |
-8,17112558 |
7,01684018 |
-5,9521E-05 |
5,95E-05 |
13,8093658 |
-32,3854162 |
0,00993874 |
|
||||||||||||||||||||
-0,5 |
-8,2758836 |
7,10679967 |
-6,5124E-05 |
6,51E-05 |
13,6942877 |
-32,1155377 |
0,00885837 |
|
||||||||||||||||||||
-0,505 |
-8,38064162 |
7,19675916 |
-7,1254E-05 |
7,13E-05 |
13,5792097 |
-31,8456593 |
0,00789543 |
|
||||||||||||||||||||
-0,51 |
-8,48539964 |
7,28671865 |
-7,7961E-05 |
7,8E-05 |
13,4641316 |
-31,5757808 |
0,00703717 |
|
||||||||||||||||||||
-0,515 |
-8,59015766 |
7,37667814 |
-8,53E-05 |
8,53E-05 |
13,3490536 |
-31,305902 |
0,00627221 |
|
||||||||||||||||||||
-0,52 |
-8,69491568 |
7,46663763 |
-9,3329E-05 |
9,33E-05 |
13,2339755 |
-31,0360239 |
0,0055904 |
|
||||||||||||||||||||
-0,525 |
-8,7996737 |
7,55659712 |
-0,00010211 |
0,000102 |
13,1188975 |
-30,7661454 |
0,0049827 |
|
||||||||||||||||||||
-0,53 |
-8,90443172 |
7,64655661 |
-0,00011173 |
0,000112 |
13,0038195 |
-30,4962669 |
0,00444106 |
|
||||||||||||||||||||
-0,535 |
-9,00918974 |
7,7365161 |
-0,00012224 |
0,000122 |
12,8887414 |
-30,2263885 |
0,00395831 |
|
||||||||||||||||||||
-0,54 |
-9,11394776 |
7,82647559 |
-0,00013375 |
0,000134 |
12,7736634 |
-29,95651 |
0,00352802 |
|
||||||||||||||||||||
-0,545 |
-9,21870578 |
7,91643508 |
-0,00014634 |
0,000146 |
12,6585853 |
-29,6866315 |
0,00314452 |
|
||||||||||||||||||||
-0,55 |
-9,3234638 |
8,00639456 |
-0,00016011 |
0,00016 |
12,5435073 |
-29,4167531 |
0,0028027 |
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
Для процесса окисления кобальта (столбец потенциалов тот же что и для хрома) |
|
|||||||||||||||||||||||||||
Показатель 1 эксп. Для кат. Процесса |
Показатель 2 эксп. Для кат. Процесса |
ток для кат. Процесса, А |
Ток по абс. Вел. Для кат. Процесса, А |
Показатель 1 эксп. Для ан. Процесса |
Показатель 2 эксп. Для ан. Процесса |
Ток Для ан. Процесса. А. |
|
|||||||||||||||||||||
-6,61027002 |
6,814489744 |
-0,00349 |
0,003489 |
0,40501242 |
-0,21808361 |
5,77E-10 |
|
|||||||||||||||||||||
-6,70607103 |
6,913250465 |
-0,00385 |
0,003851 |
0,15187966 |
-0,08178135 |
2,01E-10 |
|
|||||||||||||||||||||
-6,80187205 |
7,012011186 |
-0,00425 |
0,004251 |
-0,10125311 |
0,054520903 |
-1,3E-10 |
|
|||||||||||||||||||||
-6,89767306 |
7,110771907 |
-0,00469 |
0,004692 |
-0,35438587 |
0,19082316 |
-4,2E-10 |
|
|||||||||||||||||||||
-6,99347408 |
7,209532628 |
-0,00518 |
0,005179 |
-0,60751863 |
0,327125416 |
-7E-10 |
|
|||||||||||||||||||||
-7,08927509 |
7,308293349 |
-0,00572 |
0,005717 |
-0,86065139 |
0,463427673 |
-9,7E-10 |
|
|||||||||||||||||||||
-7,18507611 |
7,40705407 |
-0,00631 |
0,00631 |
-1,11378416 |
0,59972993 |
-1,2E-09 |
|
|||||||||||||||||||||
-7,28087712 |
7,505814791 |
-0,00697 |
0,006965 |
-1,36691692 |
0,736032187 |
-1,5E-09 |
|
|||||||||||||||||||||
-7,37667814 |
7,604575512 |
-0,00769 |
0,007688 |
-1,62004968 |
0,872334444 |
-1,8E-09 |
|
|||||||||||||||||||||
-7,47247915 |
7,703336233 |
-0,00849 |
0,008486 |
-1,87318244 |
1,0086367 |
-2,1E-09 |
|
|||||||||||||||||||||
-7,56828017 |
7,802096954 |
-0,00937 |
0,009367 |
-2,12631521 |
1,144938957 |
-2,5E-09 |
|
|||||||||||||||||||||
-7,66408118 |
7,900857675 |
-0,01034 |
0,010339 |
-2,37944797 |
1,281241214 |
-2,9E-09 |
|
|||||||||||||||||||||
-7,7598822 |
7,999618395 |
-0,01141 |
0,011413 |
-2,63258073 |
1,417543471 |
-3,4E-09 |
|
|||||||||||||||||||||
-7,85568321 |
8,098379116 |
-0,0126 |
0,012597 |
-2,88571349 |
1,553845728 |
-3,9E-09 |
|
|||||||||||||||||||||
-7,95148423 |
8,197139837 |
-0,01391 |
0,013905 |
-3,13884626 |
1,690147984 |
-4,5E-09 |
|
|||||||||||||||||||||
-8,04728524 |
8,295900558 |
-0,01535 |
0,015348 |
-3,39197902 |
1,826450241 |
-5,1E-09 |
|
|||||||||||||||||||||
-8,14308626 |
8,394661279 |
-0,01694 |
0,016942 |
-3,64511178 |
1,962752498 |
-5,9E-09 |
|
|||||||||||||||||||||
-8,23888727 |
8,493422 |
-0,0187 |
0,0187 |
-3,89824454 |
2,099054755 |
-6,8E-09 |
|
|||||||||||||||||||||
-8,33468829 |
8,592182721 |
-0,02064 |
0,020641 |
-4,15137731 |
2,235357012 |
-7,7E-09 |
|
|||||||||||||||||||||
-8,4304893 |
8,690943442 |
-0,02278 |
0,022784 |
-4,40451007 |
2,371659268 |
-8,9E-09 |
|
|||||||||||||||||||||
-8,52629032 |
8,789704163 |
-0,02515 |
0,025149 |
-4,65764283 |
2,507961525 |
-1E-08 |
|
|||||||||||||||||||||
Сумма экспонент для катодных процессов |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
0,00351543 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
0,00388008 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
0,00428256 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
0,0047268 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
0,00521711 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
0,00575829 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
0,00635562 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
0,0070149 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
0,00774259 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
0,00854576 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
0,00943225 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
0,01041071 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
0,01149067 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
0,01268268 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
0,01399834 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
0,0154505 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
0,0170533 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
0,01882239 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
0,02077501 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
0,02293021 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
0,025309 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
Рисунок 5.2. Стационарный потенциал окисления хрома в присутствии кобальта
Из диаграммы видно, что потенциал изменился до φ = 0.5В, а ток до I = 0.01А.
Следовательно, скорость коррозии также увеличилась на величину 0,000326 моль/(кв.м*c), соответственно, скорость коррозии будет равна 0,0003457 моль/(кв.м*с).
Для
того чтобы скорость коррозии изменилась
на 10% необходимо, чтобы ток изменился
на величину 5,7*10-5 А. Тогда ток будет
равен – 0,000627 А. Тогда, решив уравнение
относительно потенциала, найдем потенциал
процесса при заданном токе. Потенциал
процесса при известном токе равен
-0,61505. Теперь необходимо провести кривую
суммарного катодного процесса через
точку с координатами (-0.61505, 0.000627). Для
решения поставленной задачи воспользуемся
условием равенства анодного и катодного
тока или
.
Учитывая последнее, перейдем к величинам,
которые можно изменять в данных условиях.
Такими величинами являются плотности
токов. Плотность тока можно изменять,
если менять площади катодных и анодных
участков. Тогда, изменяя величину
плотности катодного тока (при этом
площадь анодных участков оставляем
неизменной, т.е. равной 1 см2,
соответственно,
)
до тех пор пока плотность катодного
тока не будет выполняться соотношение
,
т.е.
А. Использую средства excel
(приложение 3), находим что для достижения
заданного тока при установленном
потенциале
необходимо уменьшить величину площади
катодных участков в 818,6 раз. Соответственно
соотношение площадей анодных участков
к катодным будет равно 818,6.
Таблица 5.2.
Потнецил, В |
Число 1 эксп. Для кат. Процесса |
число 2 эксп. Для кат. Процесса |
ток для кат. Процесса, А |
Ток по абс. Вел. Для кат. Процесса, А |
число 1 эксп. Для ан. Процесса |
число 2 эксп. Для ан. Процесса |
Ток Для ан. Процесса. А. |
-0,61505 |
-10,686365 |
9,17676752 |
-0,0005160 |
0,000516 |
11,0463419 |
-25,905634 |
0,0006271 |
Рисунок 5.3
Рисунок 5.4
