d - удельный вес ( dZn = 7,1 г / см3).
Толщину покрытия цинка выразить в микрометрах (мкм).
11. В качестве отчета по лабораторной работе представить результаты расчетов выхода по току, расхода электроэнергии на 1 грамм покрытия, толщины покрытия и ответить на контрольные вопросы.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.В чем состоит сущность защиты стальных изделий с помощью цинкового покрытия?
2.Перечислите способы нанесения защитных цинковых покрытий.
3.В чем состоит сущность гальванического цинкования. Поясните реакции на электродах, условия проведения процесса.
4.Назовите основные показатели эффективности процесса гальванического цинкования и сущность расчетов при их определении.
5.Приведите последовательность и назначение операций цинкования.
38
Рис. 1. Общий вид электролизера для цинкования
1.Корпус электролизера
2.Цинковые аноды, соединенные перемычкой
3.Катодная каретка
4.Цинкуемые детали
Рис. 2. Размещение приборов лабораторной установки для цинкования.
1.Ванна травления
2.Промывная ванна
3.Ванна электрохимического обезжиривания
4.Ванна цинкования
5.Ванна осветления
6.Ванна хроматирования
7.Реостат
8.Амперметр
9.Выпрямитель
10.Понижающий трансформатор
Рис. 3. Каретка для завешивания деталей
1.Контактные плечики
2.Отверстие для деталей
3.Контактные пружины
39
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 26
КОРРОЗИОННЫЕ ПАРЫ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ АЭРАЦИИ
Тема: коррозия металлов в электролите с кислородной деполяризаци-
ей.
Цель работы: изучить процесс коррозии в нейтральной среде при неравномерном поступлении кислорода к поверхности железа.
Рабочее задание: весовым методом и методом коррозионного тока определить скорость коррозии с кислородной деполяризацией.
СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ
Коррозия - самопроизвольный процесс окисления (разрушения) металлов в результате химического или электрохимического воздействия окружающей среды. Электрохимическая коррозия возникает в электролитах и является результатом работы многочисленных короткозамкнутых микроскопических гальванических элементов. Последние состоят из пространственно разделенных, отличающихся по величине потенциалов, анодных и катодных участков (анодов и катодов), и поэтому часто называются коррозионными парами электродов (коррозионными парами).
Коррозионные пары возникают по следующим причинам: при контакте двух разных металлов, при структурной, электрохимической неоднородности сплавов, при различном состоянии поверхности (чистоте обработки, пассивности, загрязнении), при нарушении сплошности защитных покрытий, при неоднородности электролита. Наконец, коррозионные пары возникают при неравномерном поступлении кислорода к одной и той же поверхности металла. Это так называемые пары дифференциальной аэрации.
Например, если пластинку железа или его сплава (стали) опустить в водный раствор электролита (NaCl 3%), то верхний участок поверхности пластинки, к которому поступает большее количество кислорода, приобретает более положительный потенциал, т.к. кислород больше принимает электроны с поверхности (см. рис. 1) и вызывает сдвиг потенциала верхнего участка в более положительную область значений, т.е. его пассивацию (образование оксидной пленки). Поэтому этот участок служит катодом. Другой, нижний, участок металла, где меньше доступ кислорода, имеет более отрицательный потенциал, является более активным, легче отдает электро-
40
ны, т.е. окисляется. Поэтому этот участок поверхности является анодом
(рис. 2).
|
|
|
Рис. 2. Схема работы коррозионного |
Рис. 1. Зависимость |
потенциала |
||
железа от концентрации кислорода |
макроэлементанаповерхности |
||
в коррозионной среде |
|
|
конструкции в условиях дифференциальной |
|
|
|
аэрации |
Коррозионную пару дифференциальной аэрации можно выразить электрохимической схемой
(-)А Fe H2O, O2, NaCl Fe (O2) К(+).
Между анодной и катодной частями поверхности возникает электрический, коррозионный ток (Iк) и начинается процесс коррозии. На аноде происходит окисление железа по реакции
А (-) Fe - 2e → Fe2+. (1)
Железо в виде ионов переходит в коррозионную среду или образует нерастворимые соединения (гидроксиды, соли). Во всяком случае, за счет анодного окисления происходит убыль массы металла.
Освободившиеся за счет анодной реакции электроны самопроизвольно переходят на более положительные катодные участки (см. рис. 2) и смещают его потенциал в отрицательную сторону, т.е. происходит катодная поляризация.
В нейтральном электролите (pH=7) концентрация ионов водорода мала, равна 10-7моль/л, поэтому в качестве окислителя, способного восстанавливаться на катоде, выступает растворенный кислород воздуха. Кислород
41
принимает электроны с поверхности и тем самым препятствует поляризации катода, т.е. выступает в роли деполяризатора.
Таким образом, в нейтральной и щелочной средах процесс коррозии происходит с кислородной деполяризацией. На катоде происходит восстановление кислорода
K (+) O2 + 4e + 2H2O → 4OH- . |
(2) |
Как видно, катодная поверхность не подвергается коррозии. |
|
Ионы железа с гидроксогруппами образуют нерастворимый гидрат за- |
|
киси железа белого цвета |
|
Fe2+ + 2OH- → Fe(OH)2. |
(3) |
Гидроксид железа (II) неустойчив и окисляется кислородом до красно- |
|
бурого Fe(OH)3 |
|
4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O → 4Fe(OH)3. |
(4) |
Так возникает и протекает коррозия при дифференциальной аэрации. На практике коррозионные пары дифференциальной аэрации возникают в частично заполненных емкостях, трубах, на металлических заглубленных или полупогруженных опорах, на незащищенных трубопроводах, в грунтах с различной проницаемостью для воздуха (глина, песок), вообще, при неполном погружении металла по ватерлинии, на границе воздух-вода.
Процесс коррозии характеризуется скоростью (Vk). Скоростью коррозии (Vk) называется величина, показывающая количество окисленного, т. е. перешедшего в коррозионную среду металла (m) за единицу времени (t) с
единицы поверхности (S) и часто измеряется в г/см2*ч, г/м2*ч и т. д. |
|
||||
В общем виде |
|
m |
|
|
|
V |
= |
, |
(5) |
||
t S |
|||||
k |
|
|
|
||
Скорость коррозии можно определить различными методами. В данной работе применяются наиболее простые и распространенные: весовой и метод коррозионного тока.
Весовой метод осуществляется экспериментально на простой установке, показанной на рис. 3. В данном случае в два одинаковых стакана погружается по одному взвешенному образцу железа. В оба стакана наливается испытуемый коррозионный раствор (например, раствор 3% NaCl). Раствор в одном из двух стаканов интенсивно перемешивается с помощью механической мешалки в течение часа. По окончании опыта и удалении продуктов коррозии оба образца высушиваются и взвешиваются. По уравнению (5) убыль их массы, отнесенная к единице поверхности (см2), дает возможность определить разницу в скорости коррозии.
В методе коррозионного тока конструируют, собирают макрокоррозионный элемент, имитирующий реальный процесс коррозии. Два пространственно разделенных пористой перегородкой электрода из стали (железа) погружают в электролит (3% NaCl) (рис. 4). Коррозионный элемент можно представить в виде электрохимической схемы
42