Коррозионное изнашивание. Показатели скорости коррозии. Методические указания к практическим занятиям по дисциплинам «Трение и износ в бытовой технике

От данной характеристики процесса можно перейти к линейной скорости процесса. Например, для проволочных образцов

а для образцов прямоугольного сечения

Для установления закона изменения коррозии металла во времени на основании опытных данных по наблюдению электрохимической коррозии во времени строят график в координатах «показатель скорости коррозии – время» и по виду кривой делают вывод о законе коррозионного разрушения металла в рассматриваемом случае.

2. Графический расчет коррозионного процесса

Графическая зависимость потенциала металла от плотности тока E = f (i), называемая поляризационной кривой, может быть получена опытным путем даже для сложных случаев коррозии, отвечающих практическим условиям работы коррозионных элементов.

Поляризационные кривые используются для графического расчета скоро-

сти и характеристики коррозионного процесса. Для этого на основании катодной Eк = f (iк) и анодной Eа = f (iа) поляризационных кривых коррозионной па-

ры строится коррозионная диаграмма для данной системы (рис. 1). Точка пересечения катодной и анодной кривой на рис. 1а соответствует коррозионному току (Iкор) и потенциалу коррозии (Екор) при отсутствии омического сопротивления в коррозионном элементе (R = 0).

Если омическое сопротивление R ≠ 0, то по известному значению R опре-

На графике (рис. 1б) эта зависимость изображается прямой ов с углом наклона φR:

11

Затем величину ЕR графически складывают с одной из кривых (рис. 1б). Пере-

сечение кривых произойдет в точке М, которая соответствует коррозионному току I кор . С увеличением омического сопротивления R потенциалы стремятся к своим стационарным значениям.

Рис. 1. Поляризационные коррозионные диаграммы: а – при R = 0, б – R ≠ 0

Таким образом, используя коррозионные диаграммы (рис. 1), графически находят значения катодной ( Ек) и анодной поляризации ( Еа), величину оми-

ческого падения потенциала ( ЕR) при силе тока I кор , которые необходимы для определения и количественной характеристики основного контроля коррозион-

ного процесса. Расчет степени контроля проводится по уравнениям

где СА – степень анодного контроля, СК – степень катодного контроля,

СR – степень омического контроля.

12

где I – сила локального коррозионного тока;

S – общая площадь поверхности корродирующей системы;

iK и iA – плотности тока на катодной и анодной фазах соответственно;

SK и SA – площадь поверхности катодной и анодной фаз соответственно.

Отношение поверхностей фаз приближенно соответствует отношению объемов этих фаз, т.е.

где VK и VA – объемы катодной и анодной фаз соответственно.

Поверхность корродирующего гетерогенного сплава и многие инженер-

ные полимерные конструкции представляют собой многоэлектродные гальва-

нические системы, решение которых возможно графическим методом на основе поляризационных кривых каждой составляющей поверхности металла. Для графического расчета такой системы необходимо знать площади каждой со-

ставляющей и располагать идеальными катодными и анодными поляризацион-

ными кривыми для каждой составляющей.

Основные этапы решения многоэлектродной системы:

–определение полярности каждого электрода;

–расчет величины тока на каждом электроде;

–определение общего суммарного тока.

При графическом решении многоэлектродной системы с любым количе-

ством электродов (рис. 3) исходят из двух положений:

– для короткозамкнутой многоэлектродной системы потенциалы отдель-

ных ее составляющих выравниваются около какого-то общего потенциала Екор;

14

– если многоэлектродная система находится в стационарном состоянии,

то сумма всех катодных токов системы равна сумме всех анодных токов.

-Е

Ек(1)

Ек(2)

1 Ек(3)

Ек(с)

+Е

Рис. 3. Графический расчет многоэлектродной системы при R = 0

Точки пересечения кривых 1, 2, 3 соответствуют величинам тока само-

растворения при отсутствии контакта с другими металлами. В результате сум-

мирования всех катодных токов получается суммарная катодная кривая Ек(с). А

после суммирования всех анодных токов – Еа(с). Точка пересечения кривых Ек(с)

и Еа(с) соответствует току коррозии всей многоэлектродной системы и общему стационарному потенциалу.

Все электроды в системе оказывают влияние друг на друга. Так, анодная поляризация самого отрицательного металла увеличивает его анодное раство-

рение, но величина тока саморастворения этого металла уменьшается. Такое

Разностный эффект тем больше, чем больше плотность внешнего анодно-

го тока:

15

где kр и k′p – коэффициенты пропорциональности;

К2 – скорость растворения электрода за счет внешней анодной поляризации.

Графический расчет межкристаллитно корродирующих сплавов также производится с помощью коррозионных диаграмм, построенных по следую-

щей методике:

– строится катодная поляризационная кривая, полученная с образца с изолированными границами зерен (кривая ЕK0 ND на рис. 4), которая будет яв-

ляться поляризационной кривой катодной составляющей;

– определяется Imax системы как абсцисса такой точки кривой, ордината которой равна общему потенциалу образца сплава с неизолированными гра-

ницами зерен (точка А на рис. 4);

–строится катодная поляризационная кривая, полученная с образца с неизолированными границами зерен (кривая NF на рис. 4);

–влево от точки А

16

17

находим первую производную глубины проникновения коррозии по времени

dm из тангенса угла наклона касательной к кривой Δρ/ρ = f (τ) при τ = 1 ч:

d

tg α1 = 0,56 и tg α2 = 0,04.

Истинную линейную скорость межкристаллитной коррозии в момент времени τ = 1 ч находим по формуле (27)

Задача 3. Рассчитайте на основании данных, приведенных в табл. 1, коэффициент разностного эффекта для соответствующих интервалов плотности анодного тока.

18

Решение:

Из опытных данных следует, что скорость растворения меди без внешней поляризации (iа = 0 мА/см2) за счет работы ее коррозионных микропар состав-

ляет K m (0) 223,2 г / м2 час .

Для расчета разностного эффекта необходимо знать скорость саморастворения меди К1 за счет работы ее коррозионных микропар при внешней анодной поляризации. Эта величина может быть найдена как разность между весовым

показателем коррозии K m , полученным из опытных данных, и весовым показа-

телем коррозии К2, соответствующим анодной плотности тока:

К1 K m К 2 .

Значение К2 рассчитываем с помощью формулы (5)

Находим скорость саморастворения меди при внешней поляризации:

К1 K m К2 294,1 148,2 145,9 г /( м2 час);

К1 K m К2 384,5 296,4 93,1 г /( м2 час);

К1 K m К2 500,4 444,5 55,9 г /( м2 час).

Рассчитываем по формуле (40) коэффициенты разностного эффекта для соответствующих интервалов плотности анодного тока:

19

Практические расчетные задания Задача 1. Рассчитайте на основании опытных данных объемный, токовый

и весовой показатели коррозии магния в растворе 0,5Н NaCl. Размеры образца 20×20×0,5 мм. Условия испытания: полное погружение, t = 25°С, р = 760 мм.рт.ст., упругость водяного пара рН2О = 23,8 мм.рт.ст. За 100 ч испытания выделилось 330,1 см3 водорода.

Задача 2. Рассчитайте на основании опытных данных отношение скоростей кислородной и водородной деполяризации и весовой показатель коррозии дюралюмина. Продолжительность испытания – 100 ч, размеры образца 20×20×0,5 мм, испытание при полном погружении в атмосфере воздуха в растворе 0,5Н NaCl при t = 25°С и р =760 мм.рт.ст. Уменьшение объема газа составило ∆V = -1,01 см3, уменьшение объема газа вследствие выжигания водорода – ∆W = 0,635 см3, поправка на изменение объема газа за период выжигания водорода и охлаждение прибора (0,5 часа) – ∆v = -0,005 см3.

Задача 3. Произведите сравнительную количественную оценку коррозионной стойкости алюминия и магния в примере 1 и задаче 2.

Задача 4. Определите на основании данных, представленных в табл. 2, весовой и прочностной показатели коррозии сталей 1Х18Н9 и 1Х18Н9Т и оцените их склонность к межкристаллитной коррозии. Поперечное сечение образцов 10×1 мм, коррозии подвергалась средняя часть образца размером 40×10×1 мм (концы образцов заизолированы). Продолжительность испытания в растворе 35% HNO3 + 0,5 г/л NaF при t = 20°С составила 240 ч, образцы стали отпущены при t = 700°С (τ = 2 ч).

20