Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Базовые понятия, определения и приемы расчетов показателей качества материалов и изделий. Учебное пособие
.pdf
121
периодически меняют по мере его разрушения. Этот способ
применяют для защиты корпусов морских судов.
Пример.
Задание
Рассчитать массу кислорода, необходимую для полного
разрушения слоя железа, толщиной м на площади в м
образующегося
. Плотность железа г/см
3
.
Последовательность решения задачи
Процесс коррозии железа под действием кислорода выражается
следующим уравнением:
.
Масса слоя железа толщиной мм на площади м
г, что составляет моль метана.
На окисление моль железа требуется моль кислорода, что
составляет г.
В результате взаимодействия образуется моль гидроксида
железа (II), что составляет г.
Задачи для самостоятельного решения
1. Обескислороживание воды методом десорбции основано на
том, что выделяющийся из воды в газовую фазу кислород связывается
углем в реакторах по уравнению
.
Образующийся
растворяется в воде. Определить увеличение
концентрации оксида углерода (IV) в воде, если содержание кислорода
в исходной воде составляет мг/л, а остаточное его количество равно
мг/л.
2. Для борьбы с кислородной коррозией паровых котлов в воду в
качестве восстановителя вводят сульфит натрия
.
Определить массу сульфита натрия, необходимую для полного
связывания кислорода, с содержанием последнего в воде мг/л.
3. Для борьбы с кислородной коррозией паровых котлов в воду,
в качестве восстановителя, вводят гидразин-гидрат по реакции
.
2
и массу
2
равна:
122
Определить массу гидразина, необходимую для полного
связывания кислорода в котле объемом м
кислорода в воде мг/л.
4. Если на стальной предмет нанести каплю воды, то после ее
высыхания, в центре капли появляется пятно ржавчины. Чем это
можно объяснить? Какой участок сплава, находящийся под каплей,
будет катодным, а какой анодным? Написать уравнения
соответствующих реакций. Рассчитать какое количество металла (в г)
растворится в течение месяца, если в результате коррозии возникает
ток мА.
5. Железное изделие покрыли свинцом. Какое это покрытие:
анодное или катодное? Составить уравнения анодного и катодного
процессов коррозии изделия при нарушении целостности покрытия во
влажном воздухе и в кислоте. Рассчитать объемы газов, участвующих
в процессах коррозии в том и в другом случае, если растворяется г
железа.
6. Пароводяная коррозия, протекающая в стальных
пароперегревателях, сопровождается выделением водорода, который
уносится с паром. Какое количество железа будет разрушаться
пароводяной коррозией в течение месяца в котле
производительностью т/ч, если содержание водорода в паре
составляет мг/кг. Написать уравнения реакций коррозии.
7. Паровой котел, находящийся в ремонте, согласно правилам
технической эксплуатации должен быть предохранен от «стояночной»
коррозии. Для этого из котла спускают воду и устанавливают в
барабане противни с веществами, поглощающими влагу. В качестве
осушителя применяется безводный хлорид кальция или негашеная
известь. Определить массу безводного хлорида кальция с двойным
запасом, которую необходимо поместить в котел, чтобы полностью
поглотить водяные пары, содержащиеся в котле объемом м
Абсолютная влажность воздуха составляет г/м
по уравнению
.
8. Определить по условиям задачи 7 массу негашеной извести с
двойным запасом, необходимую для поглощения такого же количества
водяных паров. Реакция протекает по уравнению
.
3
с концентрацией
3
. Реакция протекает
3
.
123
9. При нарушении магниевого покрытия на железе в условиях
кислой среды протекает коррозия металла. За сутки работы
гальванопары, возникающей в результате коррозии, образовалось
Кл электричества. Рассчитать какая масса металла растворилась на
аноде и какой объем газа выделился на катоде.
10. В результате коррозии стальной конструкции в чистой воде
образовалось г конечного продукта коррозии этого металла.
Определить объем газа, выделившийся на катоде за сутки и количество
образовавшегося электричества.
11. При нарушении целостности цинкового покрытия стальной
конструкции в условиях атмосферы протекает электрохимическая
коррозия. Рассчитать объем газа, необходимый для полной коррозии
цинка, на площади поверхности, равной см
см (плотность цинка г/см
3
.
12. При работе гальванического элемента, образующегося в
результате коррозии алюминия, находящегося в контакте с хромом во
влажном воздухе, за часа его работы выделилось Кл
электричества. На сколько при этом уменьшилась масса алюминия и
сколько литров газа выделилось на катоде.
13. По условиям задачи 12 вычислить, какое количество
электричества образуется в течение часов работы этого
гальванического элемента, если на аноде за это время растворилось
г алюминия.
14. По условиям задачи 12 рассчитать время, необходимое для
полного коррозионного разрушения г алюминия, если количество
электричества равно рассчитанному в задаче 13.
15. Рассчитать глубинный показатель скорости коррозии в
мм/год, если известно, что при пребывании железного образца
площадью дм2 в коррозионной среде в течение лет растворилось
г железа ( г/см
3
).
16. Рассчитать весовой показатель скорости коррозии в г/м2∙год,
если известно, что при пребывании цинкового образца площадью
2
дм
в коррозионной среде в течение лет растворилось г металла
( г/см
3
).
2
, с толщиной покрытия
124
Защитные покрытия
Пример 1.
Задание
Последовательно с лабораторной ванной цинкования,
заполненной цианистым электролитом, включен медный кулометр. В
течение мин процесса цинкуемая деталь с рабочей поверхностью
дм2 увеличилась в массе на г, за это же время на
катоде медного кулометра выделилось г меди.
Рассчитать: а) выход цинка по току; б) среднюю толщину
цинкового покрытия; в) среднюю катодную плотность тока в ванне
цинкования.
Последовательность решения задачи
1) Количество электричества, протекшее через электрическую
цепь
2) Выход по току для процесса цинкования
3) Средняя толщина цинкового покрытия (плотность цинка
3
г/см
)
4) Средняя катодная плотность тока процесса цинкования
к
Пример 2.
Задание
В течение мин гальванического цинкования плотностью тока
к а/дм2 на детали поверхностью дм
мл водорода (насыщенного парами воды), собранного при
0
C и давлении мм.рт.ст.
Рассчитать выход цинка по току и среднюю толщину цинкового
покрытия.
Последовательность решения задачи
1) Снижение выхода цинка по току практически полностью
обусловлено параллельным протеканием на катоде процесса
выделения водорода. Поэтому, зная количество электричества,
затраченного на последний процесс, легко рассчитать выход цинка по
току.
факт
теор
А∙ч.
факт
мкм.
А/дм
2
.
%.
2
выделилось
125
Давление насыщенных паров воды при 0C мм.рт.ст.
Приведем измеренный объем выделившегося водорода к
нормальным условиям:
2) Электрохимический эквивалент водорода
Количество электричества, затраченное на выделение
3) Общее количество протекшего электричества
к
4) Выход по току для цинка
5) Количество осажденного металла
г.
6) Толщина цинкового покрытия
Пример 3.
Задание
Процесс электролитического никелирования деталей проводится
в стационарной ванне при катодной плотности тока к А/дм
выходом по току ~ %. Необходимая толщина слоя никеля на
деталях мкм. Напряжение на ванне в В, падение напряжения
в шинопроводе равно % от в ( ); неэкранированная
(никелируемая) поверхность подвесок составляет % от поверхности
завешиваемых деталей ( ). Обратимый брак равен % всех
никелируемых деталей ( ).
Рассчитать: а) продолжительность процесса никелирования; б)
удельный расход электроэнергии на м
Последовательность решения задачи
1) Продолжительность процесса никелирования
к
мл/А∙ч.
А∙ч.
А∙ч.
мл.
мкм.
мин.
%.
2
никелируемых деталей.
2
с
126
2) Удельный расход электроэнергии на м
к
кВт∙ч/м
Пример 4.
Задание
Ванна хромирования нагрузкой кА, электролитом которой
является раствор, содержащий г/л и 2,5 г/л
при катодной плотности тока к А/дм
в В и выходе по току для хрома
толщина слоя хрома на деталях мкм.
Принимая время на загрузку и выгрузку подвесок с деталями
з мин, рассчитать: а) количество рабочих циклов ванны в ч; б)
часовую производительность ванны (площадь хромированных
изделий); в) нормальный объем водорода, выделяющегося в ванне за
ч, если % тока (
) расходуется на процесс катодно-анодного
перехода ; г) количество
ванне, в расчете на ч ее работы и на м
(механические потери раствора принять равным л∙м
удельный расход электроэнергии на м
2
покрытия.
Последовательность решения задачи
1) Время хромирования
к
мин.
2) Продолжительность одного цикла работы ванны
ц з мин.
3) Количество рабочих циклов в час
.
4) Поверхность деталей одновременной загрузки ванны
(совместно с неэкранированными частями подвесок)
к
дм
2
.
5) Часовая производительность ванны
6) Количество электричества, проходящее через ванну за ч
А∙ч.
2
покрытия
2
.
, работает
2
, среднем напряжении
%. Необходимая
, расходующегося в
2
хромового покрытия
.
2
); д)
127
7) Нормальный объем водорода, выделяющийся в ванне за ч
л,
где
– электрохимический эквивалент
8) Часовой расход
где
9) Часовой расход
10) Суммарный часовой расход
11) Удельный расход хромового ангидрида на м
12) Удельный расход электроэнергии на м
к
Пример 5.
Задание
Для гальванического меднения деталей в серно-кислом
электролите использован ток переменной полярности с длительностью
катодного периода к с и анодного периода а с; плотность
тока катодного периода к А/дм
периода а А/дм
%.
Какова необходимая продолжительность процесса меднения при
толщине медного покрытия мкм?
Последовательность решения задачи
1) Среднерасчетное значение фактической катодной плотности
тока
2) Продолжительность процесса меднения
ср
к
г,
г.
на собственно электролиз
г/А∙ч.
за счет потерь электролитп
г.
, л/А∙ч.
2
покрытия
г.
2
2
кВт∙ч/м
2
, плотность тока анодного
. Выход меди по фактическому катодному току
А/дм
мин.
2
.
покрытия
2
.
128
Пример 6.
Задание
Процесс бронзирования деталей осуществляется в цианистостаннатном электролите. Бронзовое покрытие, имеющее толщину
мкм, содержит % олова ( ) и % меди (
). Катодная плотность тока к А/дм
катодного сплава %. Плотность осадка бронзы г/см
Какова необходимая продолжительность процесса бронзирования?
Последовательность решения задачи
1) В цианисто-станнатном электролите медь одновалентна, а олово
четырехвалентно. Электрохимические эквиваленты компонентов сплава
г/А∙ч;
г/А∙ч.
2) Удельный расход электричества на г катодного сплава
спл
3) Электрохимический эквивалент сплава
г/А∙ч.
4) Продолжительность процесса бронирования
к
спл
мин.
Пример 7.
Задание
В ходе анодного оксидирования алюминиевой детали
поверхностью дм2 выделилось
(объем приведен к нормальным условиям). Средняя толщина
полученного оксидного слоя () мкм; его пористость %.
Плотность тока анодирования а А/дм2, время процесса
мин.
Каково распределение анодного тока: а) на образование
оксидной пленки на алюминии; б) на выделение кислорода и в) на
переход алюминия в раствор? Плотность равна г/см
Анодные реакции при оксидировании алюминия
а)
б)
;
;
в) .
2
, выход по току для
А∙ч/г
мл кислорода
3
.
3
.
129
Последовательность решения задачи
1) Электрохимические эквиваленты отдельных компонентов
процесса
2) Общее количество электричества, протекшее при
оксидировании детали
а
3) Масса полученного оксидного покрытия
г,
где
каж
4) Количество электричества, затраченное
а) на образование
б) на выделение кислорода
5) Распределение анодного тока (выход по току)
а) на образование
б) на выделение кислорода
в) на анодное растворение алюминия (по разности)
Пример 8.
Задание
При электрополировании стальной детали в смешанном растворе
ортофосфорной и серной кислот и хромового ангидрида выделилось
мл кислорода (объем приведен к нормальным условиям).
Сила тока при электрополировке А, анодная плотность тока
а А/дм2, продолжительность процесса мин.
Какая доля анодного тока, израсходованного на процесс
электрохимического растворения стали, если на анодно-полируемой
г/А∙ч;
мл/А∙ч.
А∙ч.
каж
П
А∙ч.
– кажущаяся плотность оксидной пленки.
в оксидной пленке
А∙ч.
%;
%;
П
%.
130
детали протекают только два процесса – выделение
металла? Какова глубина съема металла за время процесса (пренебречь
углеродистой составляющей стали), если железо в этих условиях
переходит в раствор в степени окисления (III) (
Последовательность решения задачи
1) Электрохимические эквиваленты железа и кислорода
г/А∙ч;
мл/А∙ч.
2) Общее количество протекшего электричества
А∙ч.
3) Количество электричества, затраченного на выделение
кислорода
А∙ч.
4) Доля анодного тока, идущая на растворение железа
%.
5) Глубина съема металла при электрополировке
а
мкм.
Пример 9.
Задание
В электролитической ячейке с соотношением расстояний от
анода до дальнего и ближнего катодов
д
, использованной для
б
определения рассеивающей способности медно-цианистого
электролита (без перемешивания) по методу Херинга и Блюма,
перераспределение токов на ближний и дальний катоды
4,18 (при плотности тока на ближнем катоде
Выход по току на ближнем катоде
д
%.
б
А/дм
д
б
%, на дальнем
Электродный потенциал на ближнем катоде б В по
нормальному водородному электроду (н.в.э.), потенциал дальнего
катода д В и падение напряжения в электролите до
дальнего катода д В.
и растворение
г/см
3
)?
б
составило
д
2
).
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]