Методичні вказівки до оформлення робіт

Студент допускається до виконання лабораторної роботи після перевірки викладачем рівня теоретичних знань по досліджуваній темі і методики виконання експерименту.

До початку роботи студент зобов'язаний підготувати звіт, що містить тему і ціль роботи, схему, короткий опис установки і ходу роботи, таблицю для результатів експерименту.

Виходячи з отриманих результатів, студент повинен оцінити характер протікання процесу корозії або методу захисту від неї і викласти свої обґрунтування у висновках .

Розділ І. ХІМІЧНА КОРОЗІЯ МЕТАЛІВ

Лабораторна робота №1 кінетика окислення металів на повітрі

Ціль роботи - встановити закон росту оксидної плівки в часі при окисленні даного металу на повітрі при високій температурі ваговим методом, визначити кількісні характеристики процесу окислення.

1.1 Теоретична частина

Газова корозія - це процес руйнування металів і сплавів в результаті хімічної взаємодії з газами при високих температурах, коли неможлива конденсація вологи на поверхні металу. Газова корозія спостерігається при роботі металевих конструкцій, контактних і інших апаратів, арматури випалювальних і нагрівальних печей, двигунів внутрішнього згоряння, при термічній обробці, гарячій прокатці, куванні і т.д. Причина газової корозії металів - їхня термодинамічна нестійкість у даному газовому середовищі, при визначених зовнішніх умовах ( температурі і тиску).

Швидкість процесу газової корозії залежить від ряду факторів: природи металу (складу сплаву), характеру газового середовища, температури середовища, від захисних властивостей продуктів корозії, що утворюються, часу контакту газового середовища з об'єктом впливу.

Швидкість газової корозії визначається в більшості практичних випадків не термодинамічними даними, а кінетичними можливостями протікання хімічних реакцій.

Закон росту оксидної плівки в часі в значній мірі залежить від її захисних властивостей.

У незахисних плівок, наприклад несуцільних ( що легко возгонюються або розтріскуються, пухких ), швидкість росту постійна (не залежить від товщини пористої плівки, що утворюється) і контролюється хімічною реакцією утворення плівки з металу і оксигену, що є найбільш загальмованою стадією процесу (кінетичний контроль). У цьому випадку спостерігається постійна швидкість окислення в часі (лінійний закон росту плівки):

Δ m = k₁ τ, (1)

де Δ m - питоме збільшення маси зразка, г/м²;

k₁ - постійна, г/(м²∙ год);

τ - час окислення металу, год.

Графік цієї залежності має вид прямої в координатах Δ m - f(t), значення кута нахилу якої дорівнює константі k₁ (рис.1).

Δ m, г/м²

Рис.1. Окислення магнію в оксигені при різних температурах [3].

час, год

У суцільних плівках, що володіють захисними властивостями, швидкість росту часто контролюється дифузією реагентів, що є найбільш загальмованою стадією процесу (дифузійний контроль) і супроводжується самогальмуванням: при потовщенні плівки зменшується швидкість дифузії через неї реагентів (металу і оксигену), а отже, і швидкість корозійного процесу. В цьому випадку спостерігається поступове зниження швидкості корозії в часі, плівка росте по параболічному закону:

Δ m² = k₂ τ, (2)

де k₂-постійна величина, г /(м² ∙год).

Рівняння після логарифмування приймає вигляд:

lg k₂ lg τ,

lg ∆ m = ------- + ------- (3)

2 2

Графіком цієї залежності є парабола у координатах ∆ m - f(τ) ( рис.2 ) або пряма у координатах lg ∆m - f(lg τ).

∆ m , г/м²

Рис.2. Параболічні криві окислення феруму на повітрі при підвищених температурах [3].

час, хв

Якщо швидкість росту плівки контролюється і швидкістю хімічної реакції, і швидкістю дифузії через плівку реагентів (змішаний дифузійно-кінетичний контроль), то ріст плівки може бути описаний квадратним рівнянням Еванса:

k₁ Δ m² + k ₂ Δ m = k₁ k ₂ τ, (4)

У ряді випадків при окисленні металів спостерігається гальмування процесу в більшому ступені, чим це випливає з першого закону дифузії (контроль переносом електронів через тонкі плівки шляхом тунельного ефекту, або додаткова перешкода дифузії мікроміхурами, що утворюються в плівці). В цих випадках ріст плівки відбувається по логарифмічному закону:

Δ m = k ₃ lg τ + k _{4 ,} (5)

де k₃ і k₄ - постійні величини.

На підставі експериментальних даних про зміну маси зразка в часі можна одержати рівняння, що дає можливість визначити механізм і контролюючий фактор процесу і розрахувати корозійне руйнування металу при його окислюванні як функцію часу.