Лабораторна робота №3

на тему: “Дослідження корозії металів об’ємним методом”.

Мета роботи: Знаходження швидкості корозії металів за водневою деполяризацією.

1 Теоретичні основи

Корозією металів називаюсь самовільне руйнування металічних матеріалів внаслідок хімічної або електрохімічної взаємодії їх з навколишнім середовищем. Під металами тут і далі розуміють прості метали і їх сплави, а також металеві вироби і конструкції. Середовищем, в якому відбувається корозія металів, звичайно бувають різні рідини і гази.

Корозійний процес протікає на границі двох фаз метал-навколишнє середовище, в тому числі це гетерогенний процес взаємодії рідкого або газоподібного середовища (або їх окислювальних компонентів) з металом.

Корозія металів має місце, в більшій чи меншій мірі, всюди, де іде обробка металів, або експлуатуються металеві вироби і конструкції.

Першопричиною корозії металів є термодинамічна нестійкість металів в різних середовищах при даних зовнішніх умовах.

За умовами протікання корозії, які досить різні, розрізняють декілька видів корозії.

Із них рідинна корозія. Це корозія металів в рідкому середовищі: в не електроліті (бром, розплавлена сірка, органічний розчинник, рідке паливо ) і в електроліті (кислотна, лужна, сольова, морська, річкова і корозія в розплавлених солях і лугах).

В залежності від умов взаємодії середовища з металом розрізняють рідинну корозію металу при повному, неповному і змінному зануренні, корозію по ватерлінії (біля межі між зануреною і не зануреною в корозійне середовище частиною металу), корозію в неперемівуваному (спокійному) і перемішуваному (рухливому) корозійному середовищі.

За характером корозійного руйнування розрізняють наступні види корозії: суцільну або загальну корозію, місцеву корозію, що охоплює всю поверхню металу, яка знаходиться під дією даного корозійного середовища.

Суцільні плівки продуктів корозії, що утворюються на поверхні металів не припиняють взаємодії металів з окислювачем тому, що метал або окислювач, або і метал, і окислювач можуть розчиняться в плівці одночасно з їх іонізацією і переміщенням тих іонів, щопри цьому утворюються і електронів в кристалічній решітці продукту корозії:

Ме = Меⁿ⁺ + nē, (1)

О + 2ē = О^2–. (2)

Швидкість корозійного процесу може бути виражена в загальному вигляді за допомогою рівняння:

(3)

де ω_к - швидкість корозії;

F - рушійна сила процесу;

Т - гальмування процесу.

Швидкість корозії — це корозія на одиницю часу, тобто кількість водню виділеного з 1см² поверхні металу за хвилину.

Хімічний та електрохімічний механізм розчинення металів в електролітах, самовільний перехід металів в окислений (іонний) стан при взаємодії з іншими речовинами може протікати за двома різними механізмами: 1) хімічному; 2) електрохімічному.

Хімічний механізм в вигляді хімічної реакції, що проходить на одній і тій же ділянці поверхні, в одну стадію і не залежить від потенціалу металу, без участі вільних електронів, коли метал, віддаючи окислювачу валентні електрони, вступає з ним в хімічне сполучення, або утворює іони, може мати місце в електролітах: розчинення заліза, хрому та їх сплавів в 0,1 н Н₂SO₄:

Me + H₂O = Meⁿ⁺ + nOH ^– +H₂ (4)

розчинення алюмінію в 50% СH₃СООН:

4Al + 3O₂ + 12H⁺ = 4Al³⁺ + 6H₂O (5)

та інші.

Електрохімічний механізм у вигляді електрохімічної реакції, що протікає з участю вільних електронів, при якій іонізація атомів металу і відновлення окислювального компоненту кородуючого середовища проходять не в одному акті і їх швидкості залежать від величини електродного потенціалу металу, має місце в більшості випадків корозії металів в електролітах і є таким чином переважаючим.

Самовільне протікання електрохімічного корозійного процесу можливе якщо:

(V_a) = (V_Me)_об.<(V_к)_об.. (6)

Показники корозії металів

Для кількісного вираження середньої ( за час τ ) швидкості корозії металів існують наступні показники корозії: глибинний К_п, показник зміни товщини утворюваної на металі плівки продуктів корозії К_h , негативний показник зміни маси К_m ,об'ємний показник К_об., механічний показник, зокрема показник міцності К_σ ,показник зміни електричного опору К_R та інші.

(7)

де Δm - зменшення маси металу за час випробовування після видалення продуктів корозії, г;

S - поверхня металу, мм².

(8)

де ρ - густина металу, г/м³ .

(9)

де ΔV - об'єм поглинутого, або виділеного газу приведений до нормальних умов і t = 0 °С і Р= 1 атм), см³ .

2 Хімічний посуд, реактиви та обладнання

Посуд:

- стакани хімічні ємкістю 250 см³;

- бюретки з краном, ємкістю 50 см³;

- воронки;

- штативи;

- ваги технічні;

- лінійка;

- насос.

Розчини, та матеріали

- кислота соляна, розчин з масовою часткою 10%;

- кислота соляна, розчин з масовою часткою 30%;

- кислота сірчана, розчин з масовою часткою 10%;

- кислота сірчана, розчин з масовою часткою 30%;

- вода дистильована;

- зразки металу.

3 Опис лабораторної установки

Лабораторна установка для вивчення кінетики корозії з водневою деполяризацією складається з двох бюреток 1, опущених в стакани 2. Бюретки мають крани 3, в нижній отвір яких вставляється воронки 4, з закріпленим зразком 5. Бюретки закріплені на штативах 6, з'єднані трубкою 7, за допомогою трійника 8 з насосом 9. Стакани закриті кришками 10.

1 – воронка; 2 – стакан; 3 – кран; 4 – воронка; 5 – зразок; 6 – штатив; 7 – трубка; 8 – трійник; 9 – насос; 10 – кришка.

Рисунок 1 – Лабораторна установка

4 порядок виконання роботи

Зразки видані лаборантом зачищаємо наждачним папером, та зважують на технічних терезах. Вимірюємо розміри та вираховуємо площу. Закріплюємо зразки у воронках 4 і бюретках 1. Закріпляємо бюретки на одному рівні на штативах 6, та опускаємо в стакани 2. В один із стаканів заливаємо кислоту сірчану з масовою часткою 10%, а в інший сірчану з масовою часткою 30%. Відкриваємо крани на бюретках 1 і заповнюємо їх розчинами кислоти до верхньої поділки, за допомогою насосу 9, після чого закриваємо крани 3. Виконуємо вимірювання зміни об'єму рідини в бюретці 1 через задані проміжки часу 5, 10, 15 хв. Відкриваємо кран 3, звільняємо бюретку 1 від розчину кислоти, вона зливається самопливом у стакан 2. Підняти бюретки 1 з розчину кислоти, замінюємо стакани на стакани з водою, опускаємо воронки із зразками 5, для промивання в воду. Промитий зразок 5 металу виймаємо з воренки 4, просушуємо фільтрувальним папером і зважуємо на технічних вагах. Дослід повторюють із зразками цього металу, у соляній кислоті з масовою часткою 10, та 30%.

5 Опрацювання результатів

Всі отримані дослідні дані зводимо до таблиці 1

Таблиця 1 – Дослідні дані

№ зразка Fe	Корозійне середовище	Маса зразка до аналізу, г	Маса зразка після аналізу, г	Площа поверхні зразка м2 ∙ 10-4	Об’єм водню що виділився, см3 через час, хв
					0	5	10	15
1
2
3
4

За даними таблиці 2 побудувати графіки залежності об’ємного показника корозії від часу:

6 Контрольні запитання

1. Що таке електрохімічна корозія металів? Які явища відбуваються на границі розділу фаз метал – електроліт?

2. Охарактеризувати корозійний процес з водневою деполяризацією.

3. Охарактеризувати корозійний процес з кисневою деполяризацією.

4.Закономірномсті розчинення металів в активному стані.

7. Список рекомендованої літератури

1. Жук Н.П. Курс коррозии и защита металлов. - М.: Металлургия, 1968. - 408 с.

2. Улиг Г.Г.,. Реви Р.У. Коррозия и борьба с ней. Введение в коррозионную науку и технику. - Ленинград: Химия, 1989. - 454с.

3. Рачев Х и др. Справочник по коррозии / Пер. с болг. - М.: Мир, 1982. –

520 с.