МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра физической химии

отчет

по лабораторной работе № 7

по дисциплине «Химия»

Тема: Коррозия и защита металлов

Студент гр. 1282		Козлов С.В.
Преподаватель		Рубцов Э.Р.

Санкт-Петербург

2021

Цель работы: изучение влияния некоторых факторов на протекание процессов химической и электрохимической коррозии и методов защиты металлов от коррозии.

Основные теоретические положения

Коррозия это – процесс самопроизвольного разрушения металлов или металлических сплавов вследствие их химического или электрохимического взаимодействия с агрессивной окружающей средой.

Химическая коррозия – процесс разрушения металлов под воздействием окружающей среды: это или взаимодействие с агрессивными газами при высоких температурах, исключающих конденсацию влаги на поверхности металла, или растворение металла в органических средах, не проводящих ток. Электрохимическая коррозия протекает в проводящих ток средах.

Электрохимическая коррозия – это химический процесс разрушения металлов, происходящий в средах, проводящих ток.

Металл (или участок металла) с более отрицательным электродным потенциалом выступает в качестве анода. На аноде протекает процесс окисления металла, который можно записать: Me⁰ – nē  Meⁿ⁺

Менее активный металл (участок металла) является катодом. На катоде протекает процесс восстановления. Катодные процессы протекают с участием молекул и ионов среды, и отличаются в зависимости от среды, в которой протекает коррозия:

– в кислой среде: 2Н⁺  2e^-  Н₂↑

– в кислой среде с участием растворенного кислорода:

4H⁺ + O₂ + 4e^- = 2H₂O

– в нейтральной и щелочной среде: 2H₂O + 2ē = H₂↑ + 2OH^-

– в нейтральной и щелочной среде с участием растворенного

кислорода: O₂ + 2H₂O + 4ē = 4OH^-

• Основные методы защиты от коррозии:

1. Повышение коррозионной стойкости металлов и сплавов легированием. К числу мер борьбы с коррозией, основанных на повышении коррозионной стойкости металлов, можно отнести термообработку и коррозионностойкое легирование.

Термообработка способствует гомогенизации структуры металла, снятию внутренних напряжений, предотвращению выпадения карбидов по границам зерен, что повышает коррозионную стойкость металла.

Создание коррозионностойких сплавов достигается легированием – введением в их состав различных добавок (хрома, никеля, титана, молибдена, меди, кремния, алюминия, бериллия и др.), которые в большинстве случаев уменьшают анодную активность сплава за счет его пассивации в определенных коррозионных средах либо переводят местную коррозию металла в менее опасную сплошную коррозию.

2. Снижение агрессивности коррозионной среды. Понижение агрессивности среды путем ее соответствующей обработки широко используется для предотвращения коррозионных разрушений металлоконструкций.

В случае газовой коррозии металлов сводится к созданию атмосферы, исключающей термодинамическую возможность протекания химической реакции взаимодействия металлов с компонентами газовой среды.

В случае электрохимической коррозии обработка коррозионной среды сводится к уменьшению содержания в ней деполяризатора или введения в нее замедлителей (ингибиторов) коррозии металлов.

Уменьшение содержания деполяризатора достигается нейтрализацией кислых растворов, вызывающих коррозию с водородной деполяризацией, или удалением из раствора электролита кислорода, вызывающего коррозию с кислородной деполяризацией.

Принцип действия значительного числа ингибиторов заключается в адсорбции ингибитора на корродирующей поверхности и последующем торможении катодных или анодных процессов электрохимической коррозии.

3. Защита электрическим током (электрохимическая защита). Сущность электрохимической защиты заключается в том, что металлоконструкции подвергают внешней поляризации (катодной или анодной). В зависимости от вида поляризации различают катодную и анодную защиту.

Наиболее распространенным случаем электрохимической защиты является катодная защита: внешним током или протекторная.

Катодная защита внешним током заключается в том, что защищаемую металлическую конструкцию присоединяют к отрицательному полюсу внешнего источника постоянного тока, а к положительному полюсу – вспомогательный электрод, который работает как анод.

Протекторная защита металлических конструкций от коррозии заключается в том, что к защищаемой конструкции присоединяют металл, потенциал которого в данной коррозионной среде отрицательнее потенциала защищаемого металла. Образуется гальванический элемент, где защищаемая деталь становится катодом, а более отрицательный металл (протектор) – анодом.

Анодная защита внешним током используется для защиты от коррозии металлов и сплавов, склонных к пассивированию в коррозионных окислительных средах (титан и его сплавы, хром, никель, нержавеющие стали).

При анодной защите защищаемая конструкция присоединяется к положительному полюсу внешнего источника постоянного тока, а вспомогательный электрод – к отрицательному полюсу источника тока. В случае анодной поляризации потенциал защищаемого металла смещается в пассивную область, где ток коррозии очень мал. Пассивное состояние поддерживается небольшим по величине внешним анодным током.

4. Комбинированные методы защиты.

5. Рациональное конструирование.

Протокол наблюдений

Опыт 14.2. Коррозия двух контактирующих металлов

14.2.1 Записать уравнения возможных реакций, полуреакции окисления и восстановления. Объяснить, почему реакция цинка с кислотой протекает, а с медью – нет.

Наблюдение: выделение водорода на цинке Протекает реакция: Zn+H2SO4 ZnSO4+H2 Окисление: Zn-2 Zn2+ Восстановление: 2H+-2 H20 Объяснение: Zn стоит в ряду активности металлов левее водорода идет реакция с кислотой. Не протекает реакция: Cu+H2SO4 Объяснение: Cu стоит в ряду активности металлов правее водорода реакция с кислотой не идет.

14.2.2

Наблюдение: выделение водорода на медной пластине. Протекает реакция: Zn+Сu+H2SO4 ZnSO4+Cu+H2 А(Zn): Zn-2 Zn2+ К(Cu): 2H+-2 H20 Объяснение: При контакте разнородных материалов в агрессивной среде возникает коррозийный короткозамкнутый гальванический элемент: на металле с более отрицательным потенциалом протекает процесс окисления (анод), а на менее активном: 2H+-2 H2 . Кислород активнее выделяется на медном пластине.