в) Определение анодных и катодных участков на железе, коррелрующем в нейтральном растворе
При коррозии в нейтральном растворе, протекающей с кислородной деполяризацией, распределение анодных и катодных участков на поверхности металла большей частью обусловлено неравномерной аэрацией и неоднородностью поверхности.
Для того, чтобы обнаружить анодные и катодные участки при коррозии железа в нейтральном растворе (раствор хлористого натрия) к нему добавляют индикатор на ионы Fe2+ (красная кровяная соль K2Fe(CN)6), образующий с ионами Fe2- темно-синюю малорастворимую соль, так называемую турнбуллевую синь Fe3[Fe(CH)6]2 и индикатор на гидроксильные группы (фенолфталеин), образующий с ионами ОН- соединения малинового цвета.
Для выполнения опыта в чашку Петри наливают 1 %-ный раствор NaCl и добавляют из капельницы 8-10 капель 1%-ного раствора K3Fe(CN)6 и 3 - 4 капли раствора фенолфталеина. Перемешав раствор стеклянной палочкой, помещают в него образец, предварительно зачищенный и протертый ватой, смоченной ацетоном. Через несколько минут около образца начинают появляться синие и малиновые участки. Чашку с образцом рекомендуется не встряхивать. В целях экономии времени опыт в) рекомендуется проводить параллельно с опытом а).
После окончания работы полученные результаты необходимо представить на визу преподавателю.
2.4. Обработка опытных данных
Результаты работы по 1 и 2-й частям оформляют в виде заполненных таблиц и графика, показывающего зависимость установившейся силы тока исследуемого гальванического элемента от площади поверхности анода (при постоянном катоде) и площади поверхности катода (при постоянном аноде).
Расположение окрашенных участков на образце необходимо зарисовать и написать реакции, протекающие на анодных и катодных участках при коррозии углеродистой стали в растворе NaCl, и реакцию образования турнбуллевой сини.
2.5. Вопросы для самоконтроля
1. В чем заключается необходимое термодинамическое условие протекания электрохимической коррозии железа с кислородной деполяризацией?
2. Перечислите основные стадии катодного процесса восстановления кислорода.
3. Какие из этих стадий могут быть лимитирующими в неподвижных и перемешиваемых растворах?
4. Чем объясняется вид катодной поляризационной кривой восстановления кислорода в неподвижных растворах?
5. Что называют перенапряжением диффузии кислорода?
Библиографический список
Жук Н.П. Курс теории коррозии и защиты металлов. -М.:Металлургия, 1980. С 230-247.
Лабораторная работа 3
ЭЛЕКТРОДНЫЕ ПОТЕНЦИАЛЫ
3.1. Цель работы
Определение электродных потенциалов некоторых металлов в растворах электролитов, а также проверка возможности применения уравнения Нернста для расчета величин равновесных потенциалов.
3.2. Теория вопроса
При погружении металла в водный раствор электролита на поверхности металла протекает процесс взаимодействия его ион-атомов с полярными молекулами воды. Процесс гидратации ион-атомов металла сопровождается выделением энергии, за счет которой разрушаются связи ион-атомов металла в кристаллической решетке и они переходят в раствор в виде гидратированных катионов, а на поверхности металла остаются освободившиеся электроны
(Меn+×ne) + тН2О ® Меn+×тН2О + ne (3.1)
Силы электростатического взаимодействия между избыточными электронами на металлической поверхности и перешедшими в раствор катионами металла препятствуют удалению последних в глубь раствора. В результате поверхность металла заряжается отрицательно, а раствор электролита - положительно и на границе "металл-раствор" возникает двойной электрический слой, который может формироваться также при адсорбции на поверхности металла заряженных частиц раствора. При этом металл приобретает заряд одного знака, а около его поверхности образуется слой из ионов электролита с другим знаком.
Между слоями зарядов устанавливается определенная разность потенциалов, так называемый, "скачок потенциала" или просто "потенциал". Значительное количество заряженных частиц (например, переходящих в раствор катионов металла) находится в непосредственной близости к металлической поверхности. Эти частицы формируют плотную часть двойного электрического слоя (слой Гельмгольца), в которой реализуется практически весь скачок потенциала (φ). По мере удаления от поверхности металла в раствор электролита концентрация данных заряженных частиц постепенно падает, достигая в конце концов значения, соответствующего их концентрации в объеме раствора. Эту часть называют "размытой" или диффузной частью двойного электрического слоя. Ее протяженность значительно превышает толщину слоя Гельмгольца, а реализуемый в ней скачок потенциала (ψ’), как правило, меньше по величине и градиенту, чем на гельмгольцевском участке двойного слоя.
Равновесные (обратимые) электроды обладают одной, общей для всех электродов, особенностью: в них протекает только одна электрохимическая реакция с равной скоростью в двух противоположных направлениях (прямая и обратная реакции).
Существует несколько типов равновесных электродов:
1. Электроды первого рода - некоторые металлы в растворах своих солей, находящиеся в состоянии равновесия по отношению к одноименным ионам:
(Меn+×пе)+ тН2О « Меn+ ×тН2О + пе (3.2)
2. Электроды второго рода представляют собой металл, покрытый слоем его труднорастворимого соединения (соли, оксиды или гидроксиды) и погруженный в раствор, содержащий тот же анион, что и труднорастворимое соединение электродного металла. Схематически электрод второго рода можно представлять следующим образом: Ме1 || М1А, Ме2
3.Окислительно-восстановительные электроды (редокс-электроды), представляющие собой инертный металл (например, платину) в контакте с электролитом, содержащим ионы разных степеней окисленности (например, Fe2+/F3+ || Pt; ||Pt).При достижении равновесия значение потенциала металла становится постоянным, а его величина зависит от внешних условий (температуры, давления) и активности ионов металла в растворе и описывается уравнением Нернста
(3.3)
где φм - равновесный потенциал металла, В;
- стандартный потенциал металла, В, т.е. его потенциал в электролите, активность ионов данного металла в котором равна единице;
R - газовая постоянная, равная 8,314 Дж/ (моль×град);
Т - температура по абсолютной шкале, К;
n - количество электронов, принимающих участие в электродной реакции;
F - постоянная Фарадея, равная 96493 К;
а - активность ионов металла в растворе, моль/л;
a = f×C, (3.4)
где f - коэффициент активности (см. приложение 5);
С - аналитическая концентрация ионов металла в растворе, моль/л.
Для разбавленных растворов коэффициент активности близок к единице, и с некоторой ошибкой можно считать, что активность ионов металла приблизительно равна их аналитической концентрации в растворе.
Подставив в уравнение (3.3) значения постоянных для температуры 25°С и перейдя к десятичным логарифмам, получим уравнение Нернста в следующем виде:
(3.5)
Из уравнения (3.3) следует, что потенциал металла изменяется в зависимости от концентрации собственных ионов металла в электролите. При уменьшении концентрации ионов металла в электролите (например, связывание их в слабо диссоциирующие комплексы) потенциал его смещается в отрицательную сторону.
Если в процессе взаимодействия металла и электролита участвуют не только собственные ионы металла, но и другие ионы или атомы, то возникновение равновесного потенциала невозможно и тогда образуется неравновесный или необратимый потенциал. В этом случае потеря и приобретение электронов металлом осуществляются с участием различных веществ, и потенциал металла не характеризует наступление равновесия на поверхности электрода и называется необратимым.
Устойчивое значение необратимого потенциала, устанавливающееся при равенстве сумм скоростей анодных и катодных процессов, называется стационарным необратимым потенциалом. Величина его зависит от природы металла, состава и концентрации электролита, а также от внешних условий.
Необратимые потенциалы не подчиняются уравнению Нернста (3.3), следовательно, их нельзя рассчитать, а можно определить только опытным путем. Для решения вопроса, является ли потенциал металла в данном растворе обратимым или необратимым, следует сопоставить теоретическое, рассчитанное по уравнению (3.3), и опытное значения потенциала и сравнить зависимость его от активности собственных ионов в растворе, полученную теоретически и опытным путем.
Под влиянием различных факторов величина неравновесного потенциала металла может изменяться, смещаясь в ту или иную сторону. Большое влияние на его величину оказывают окислители, находящиеся в электролите, под действием которых на поверхности металла может образоваться защитная пленка, что приводит к смещению потенциала в положительную сторону. Защитные пленки могут образовываться также за счет отложения на поверхности металла труднорастворимых продуктов коррозии. Присутствие в растворе веществ, растворяющих или разрушающих защитные пленки (например, ионов-активаторов) приводит к смещению потенциала металла в отрицательную сторону.
Необходимо отметить, что в настоящее время нет достаточно надежных методов экспериментального определения или теоретического вычисления абсолютных значений потенциалов (скачков зарядов в двойном электрическом слое), поэтому их определяют по отношению к другому электроду, называемому электродом сравнения. Величину потенциала металла, измеренную по отношению к электроду сравнения, называют электродным потенциалом.
Обычно в качестве электрода сравнения применяют водородный электрод, потенциал которого при любой температуре принимают равным нулю. Однако водородный электрод не удобен в работе и на практике чаще используют другие электроды сравнения, например, насыщенный хлорсеребряный электрод, потенциал которого точно измерен по отношению к водородному электроду и равен +200 мВ при комнатной температуре.
Для того, чтобы пересчитать потенциал металла, измеренный относительно хлорсеребряного электрода, по отношению к водородному электроду, достаточно к потенциалу металла, взятому со своим знаком, алгебраически прибавить потенциал хлорсеребряного электрода, т.е. +200 мВ:
(3.6)
где - потенциал металла по водородному электроду, мВ;
- потенциал металла по хлорсеребряному электроду, мВ;
- потенциал хлорсеребряного электрода (+200 мВ).
Перед проведением работы следует ознакомиться со следующими вопросами:
1. Измерение потенциалов металлов (методы и электроды сравнения).
2.Равновесные и неравновесные потенциалы; ряд стандартных электродных потенциалов.
3. Измерение потенциалов металлов в зависимости от состава и концентрации электролита.
3.3.Проведение работы
Электродные потенциалы меди, железа и алюминия определяют в следующих электролитах:
медь: CuS04 - 1М; 0,1М; 0,01М; 0,001М,
H2S04- 0,5М,
NaOH- 0,5М,
NH4ОH - 0,5М,
железо: NaOH- 0,5М,
NaCl - 0,5М,
К2Сr2O7- 0,5М,
алюминий: NaCl - 0,5М,
К2Сr2O7- 0,5М.
Электроды (кроме алюминия) очищают наждачной бумагой, протирают ватой, смоченной ацетоном, и закрепляют в клеммах, установленных в изолирующих пластинках.
Потенциалы измеряют с помощью универсального иономера типа ЭВ-74. Предварительно ознакомившись с работой иономера (приложение 4), для измерения потенциалов собирают гальваническую цепь (рис.3) из исследуемого электрода, опущенного в соответствующий электролит, и хлорсеребряного электрода, помещенного в насыщенный раствор КСl, соединив растворы сифоном, заполненным насыщенным раствором КСl. Величина Э.Д.С. составленного гальванического элемента одновременно является электродным потенциалом исследуемого металла по отношению к хлорсеребряному электроду.
Э.Д.С. составленных гальванических элементов измеряют, поочередно опуская рабочие электроды в раствор и подключая их к иономеру. Порядок измерения описан в инструкции (см. приложение 4).
![](https://konspekta.net/stydopediaru/baza2/594800067872.files/image062.jpg)
1 - милливольтметр; 2 - контактная клемма; 3 - изолирующая пластина; 4 - электролитический мостик; 5 - хлорсеребряный электрод сравнения; 6 - раствор КСl; 7 - стеклянный стакан; 8 - рабочий электрод; 9 - рабочий электрод; 10 - коаксильный кабель
Рис.3. Схема установки для измерения электродных потенциалов
После определения величины потенциала электрод отключают от измерительной схемы (но не вынимают из раствора), подключают следующий электрод и ведут измерение таким же образом.
При переносе сифона из одного раствора в другой конец его, погружаемый в раствор, нужно обмыть струёй дистиллированной воды, пользуясь промывалкой.
Для изучения кинетики изменения потенциалов исследуемых металлов измеряют их начальные потенциалы (сразу же после погружения образцов в электролит), затем, спустя 30 мин от начала опыта и вновь, спустя 60 мин от начала опыта. Величины измеренных потенциалов с учетом их знаков заносят в табл. 3.1.
В 3, 4 и 5-й графах таблицы записывают измеренные значения потенциалов в милливольтах по хлорсеребряному электроду. В 6, 7 и 8-й графах - вычисленные потенциалы металлов относительно водородного электрода.
З.4. Обработка опытных данных
Результаты работы представляют в табл. 3.1, а также в виде графика: экспериментальная и теоретическая (рассчитанная по формуле Нернста) зависимость величины потенциала медного электрода в растворах сульфата меди от логарифма активности ионов металла в электролите.
3.5. Вопросы для самоконтроля
1. Какие системы в электрохимии называют равновесными?
2. В каких условиях возникают неравновесные (необратимые) потенциалы?
3. Как определить значение стандартного окислительно-восстанови-тельного потенциала системы по графику зависимости ?
4. Почему электродный потенциал железа в растворе NaOH со временем становится более положительным, а потенциал меди в растворе практически не меняется во времени (см. экспериментальные результаты)?
5. Напишите электрохимические реакции, протекающие на железном электроде в растворе Nad. Какой при этом устанавливается потенциал - равновесный (обратимый) или неравновесный (необратимый)?
Библиографический список
1. Жук Н.П. Курс теории коррозии и защиты металлов. -М.:Металлургия, 1980. С. 149-188, 341-369.
2. Пахомов B.C. Коррозия и защита химической аппаратуры. Электрохимическая коррозия металлов: Учебное пособие. -М.: МИХМ, 1983.- 80 с.
Лабораторная работа 4
КОНТАКТНАЯ КОРРОЗИЯ И КАТОДНАЯ ЗАЩИТА МЕТАЛЛОВ
4.1. Цель работы
Изучение явления контактной коррозии металлов, ознакомление с методом катодной электрохимической защиты с помощью протектора и поляризации от внешнего источника тока.
4.2. Теория вопроса
4.2.1. Контактная коррозия.
Контактной коррозией называют электрохимическую коррозию металлов, имеющих разные электродные (коррозионные) потенциалы и находящихся в растворе электролита в контакте друг с другом.
Металл, погруженный в раствор электролита, в котором он термодинамически неустойчив (т.е., если в растворе имеется окислитель, равновесный потенциал которого более положительный, чем равновесный потенциал металла в данных условиях), подвергается электрохимической коррозии. При этом на поверхности металла протекают анодная реакция растворения металла и катодная реакция восстановления окислителя. Коррелирующая поверхность приобретает некоторый компромиссный электродный потенциал (потенциал коррозии), при котором скорость растворения металла (анодный ток) равна скорости восстановления окислителя (катодный ток).
При замыкании в растворе электролита двух металлов, имеющих в данных условиях разные потенциалы коррозии, образуется гальваническая пара.
Для правильного понимания процессов, протекающих в такой паре, целесообразно провести анализ ее работы с помощью поляризационной диаграммы (рис.4). Пусть металлы "1" и "2", имеющие в данных условиях равновесные потенциалы и , погружены в раствор, в котором присутствует окислитель с равновесным потенциалом . Если электрического контакта между металлами нет, то точки (1 и 2) пересечения анодных (линии а1 и а2) и катодных (линии К1 и К2) поляризационных кривых для каждого из металлов отвечают условию стационарности коррозионного потенциала (Ia = Ik) и потому определяют величины исходных скоростей коррозии (Iкор1, Iкор2) и потенциалов коррозии (jκορ1, jκορ2) металлов.
Если металлы "1" и "2" коротко замкнуть , т.е. привести в контакт (электрически соединить), то в случае, когда омическое сопротивление раствора пренебрежимо мало, контактирующие металлы должны приобрести некоторый одинаковый компромиссный потенциал φS. Величина этого потенциала может быть найдена графически из условия стационарности электродного потенциала - сумма всех анодных токов должна быть равна сумме всех катодных токов
ΣΙа =ΣΙк (4.1)
Для этого необходимо провести графическое суммирование парциальных анодных (линии а1 и а2) и катодных (линии Κ1 и К2) поляризационных кривых. Точка пересечения (S) суммарной анодной поляризационной кривой (аS) и суммарной катодной поляризационной кривой (КS) отвечает равенству (4.1), а ее абсцисса является искомым компромиссным потенциалом jS.
Установившийся в короткозамкнутой двухэлектродной системе компромиссный потенциал jS имеет значение, промежуточное между первоначальными потенциалами коррозии металлов jκορ1 < jκορ2. Таким образом, в результате контакта происходит смещение потенциала коррозии более электроотрицательного металла "1" (анодного металла) в положительную сторону - анодная поляризация, и смещение потенциала коррозии более электроположительного металла "2" (катодного металла) в отрицательную сторону - катодная поляризация. Это приводит к соответствующему изменению скоростей анодных и катодных электродных процессов на контактирующих металлах. Действительно, при новом общем потенциале jS металл "1" будет растворяться (коррелировать) со скоростью Ι’a1, большей, чем скорость его коррозии до контакта Iкор1- Металл "2", наоборот, при контакте растворяется со скоростью I’a2 меньшей, чем скорость его коррозии до контакта Iкор2. Таким образом, растворение анодного металла увеличивается, а катодного - уменьшается.
Если общий потенциал макропары jS будет меньше равновесного потенциала катодного металла , то растворение (коррозия) этого металла "2" прекратится вовсе.
При установившемся потенциале макропары jS на изначально более электроотрицательном металле "1" скорость анодного процесса Ι’a1 существенно больше скорости катодного процесса Ι’k1 , а на изначально более электроположительном металле "2" скорость катодного процесса Ι’k2 значительно больше скорости анодного процесса Ι’a2.
Разница в скоростях катодного и анодного процессов для каждого металла является внешним током, который данный металл направляет другому (или принимает от него), и представляет собой, по существу, поток электронов от анодного металла к катодному
(4.2)
Для двухэлектродной системы внешние токи каждого из металлов равны по абсолютной величине и противоположны по направлению. В данном случае внешний ток металла "I" будет анодным, а металла "2" - катодным. Таким образом, в гальванической макропаре металл "1" работает анодом, а металл "2" - катодом. За счет внешнего тока и осуществляется соответствующая поляризация электродов.
В случае заметного омического сопротивления агрессивной среды рассматриваемая двухэлектродная система уже не является полностью заполяризованной - общий потенциал не устанавливается. Металлы макропары приобретают новые индивидуальные электродные потенциалы j”κορ1 и j”κορ2.При этом jκορ1 < j”κορ1 < j”κορ2 <jκορ2. Разность потенциалов Dj = j”κορ2 - j”κορ1 пропорциональна омическому сопротивлению раствора и величине внешнего тока макропары.
Таким образом, коррозия металла в растворе электролита может быть замедлена с помощью контакта с более электроотрицательным металлом (анодный контакт) или ускорена вследствие контакта с более электроположительным металлом (катодный контакт). Сказанное справедливо для случаев коррозии металлов в активном состоянии. Если возможна пассивация основного металла, то катодный контакт может способствовать наступлению пассивного состояния основного металла и уменьшению его скорости коррозии. С другой стороны, для пассивного металла анодный контакт опасен, так как может привести к переходу из пассивного состояния в активное и увеличению скорости коррозии.
Контактная коррозия является причиной ускоренного разрушения конструкций, смонтированных из разнородных металлов.
Эффективность ускоряющего действия катодного контакта на коррозию основного металла в условиях активного растворения зависит от величины равновесного электродного потенциала катодного металла в данных условиях и затрудненности (перенапряжения) анодного и катодного процессов на катодном металле, а также от соотношения поверхностей катодного и основного (анодного) металлов (S2 : S1). Контактная коррозия тем интенсивней, чем более положителен равновесный потенциал катодного металла, чем выше перенапряжение его анодного растворения и чем меньше перенапряжение восстановления окислителя на его поверхности, а также чем больше отношение поверхностей катодного и основного металлов.
4.2.2. Катодная электрохимическая защита
На изменении скорости растворения металла при его катодной поляризации (смещение потенциала в отрицательную сторону) основана электрохимическая катодная защита металлов от коррозии. Осуществить катодную защиту можно двумя способами.
Один из них заключается в присоединении к защищаемому металлическому изделию какого-либо другого металла, имеющего в данной агрессивной среде потенциал более отрицательный, чем потенциал защищаемого металла. Присоединяемый металл работает анодом в гальванической паре с защищаемым металлом и ускоренно растворяется. Этот способ называется "протекторной защитой", а присоединяемый электрод - протектором. Материалом для протекторов в случае защиты конструкций из нелегированной стали часто служит цинк или сплавы на основе алюминия и магния. В процессе защиты протекторы постепенно растворяются, поэтому их периодически заменяют новыми.
Второй способ электрохимической катодной защиты состоит в катодной поляризации защищаемого изделия от постороннего (внешнего) источника постоянного тока (выпрямителя, аккумуляторной батареи и т.п.), так называемая, "катодная защита внешним током" или "электрозащита". При этом защищаемый металл подсоединяют к отрицательному полюсу внешнего источника, а к положительному полюсу присоединяют погруженный в агрессивную среду вспомогательный электрод из электропроводящего материала. В качестве материалов вспомогательных электродов применяют такие, которые или совсем не растворяются при анодной поляризации в данных условиях (графит), или растворяются с очень малыми скоростями из-за образования защитных слоев (Рb). На вспомогательных нерастворимых электродах в водных растворах протекает анодная реакция выделения из воды газообразного кислорода.
Эффективность катодной электрохимической защиты принято характеризовать двумя показателями: защитным эффектом
(4.3)
и коэффициентом защитного действия
(4.4)
где z - защитный эффект, %;
K0 - массовый показатель коррозии металла без защиты, г/(м2×ч);
K1 - массовый показатель коррозии металла при применении катодной защиты, гДм^ч);
kз - коэффициент защитного действия, г/А;
Dg0 - массовые потери металла без катодной защиты, г/м2;
Dg1 - массовые потери металла при катодной защите, г/м2;
iз - плотность защитного катодного тока, А/м2.
Катодной электрохимической защитой можно добиться полного прекращения коррозии металла. Это происходит, если при присоединении протектора к металлу или при пропускании через него постоянного тока от внешнего источника электродный потенциал металла достигнет значения его обратимого (равновесного) потенциала (для сплава - равновесного потенциала наиболее электроотрицательной анодной составляющей сплава). Для стали таким потенциалом является равновесный потенциал железа в данных условиях.
Электрохимическую защиту применяют в случае коррозии металлов, находящихся в хорошо проводящих средах - растворах электролитов, поскольку, чем выше электропроводность среды, тем больше смещается потенциал металла в отрицательную сторону при его катодной поляризации.
В случае протекторной защиты радиус действия протектора, т.е. протяженность металлической конструкции, на которую распространяется защитное действие присоединенного протектора, при прочих равных условиях тем больше, чем выше электропроводность среды. Например, в морской воде он достигает нескольких метров, а в водопроводной ограничен несколькими сантиметрами.
При катодной защите внешним током выбор оптимальной плотности катодного тока производят с учетом высокого защитного эффекта при достаточно высоком коэффициенте защитного действия, т.е. значительного уменьшения коррозионных потерь на каждую единицу плотности защитного катодного тока.
Если при электрозащите плотность защитного тока можно регулировать в широких пределах, то при защите с помощью протектора степень ее зависит от его электрохимических характеристик: начального электродного потенциала, анодной поляризуемости (степени изменения потенциала при протекании внешнего тока), величины поверхности.
Катодная электрохимическая защита - эффективный и экономически выгодный метод защиты от коррозии металлических конструкций в морской воде, почве и других нейтральных агрессивных средах. В кислых средах металлы характеризуются малой катодной поляризуемостью (малым смещением потенциала в отрицательную сторону при протекании катодного тока). В таких условиях значительная часть защитного катодного тока тратится непроизводительно на катодное восстановление ионов водорода. В результате коэффициент защитного действия невелик. Применение катодной защиты в таких средах ограничено.
Катодная защита находит широкое применение в промышленности для защиты подземных трубопроводов, коммуникаций и резервуаров, морских судов и металлоконструкций, эксплуатирующихся в морской воде, а также технологического оборудования - конденсаторов, теплопроводников.
4.3. Проведение работы
Работа состоит из трех частей:
1. Определение скорости коррозии стали Ст3 в 5%-ном растворе Н2S04 при отсутствии контакта и при контакте ее с другими металлами (цинк, медь), а также электрохимических характеристик гальванических макропар - электродных потенциалов металлов в контакте и без контакта, силы тока работающих пар.
2. Изучение коррозии стали Ст3 и определение ее электродного потенциала в 5%-ном растворе серной кислоты при катодной защите внешним током.
3. Определение радиуса действия цинкового протектора при коррозии стали Ст3 в средах с разной электропроводностью (дистиллированная вода, 1%-ный раствор хлористого натрия).
Вторая часть работы проводится одновременно с первой, а третья - после того, как будут поставлены на испытания образцы в первой и второй частях работы - в перерывах между замерами электродных потенциалов.
4.3.1. Коррозия металлов в контакте
а) Объекты исследования и аппаратура:
1. Образцы стали Ст3 (3 шт.); меди (1 шт.); цинка (1 шт.).
2. 5%-ный раствор Н2S04.
3. Стаканы (500 см3) и крышки с клеммами для крепления образцов (3 шт.).
4. Высокоомный милливольтметр ЭВ - 74 (1 шт.).
5. Миллиамперметр на 75 тА (1 шт.).
6. Соединительные провода с контактными зажимами (2шт.).
7. Штангенциркуль (1 шт.).
8. Наждачная бумага, вата, фильтровальная бумага, ацетон.
б) Методика проведения экспериментов
Определяют размеры стальных образцов и рассчитывают полную площадь их поверхности без ножки. Зачищают образцы наждачной бумагой; обезжиривают, протирая ватным тампоном, смоченным ацетоном; высушивают 5 мин на воздухе и взвешивают на аналитических весах с точностью до 0.0002 г. Правила взвешивания на аналитических весах приведены в приложении 1. Медный и цинковый образцы зачищают, протирают ватой, смоченной ацетоном, но не взвешивают.
Подготовленные образцы закрепляют с помощью клемм в крышках стаканов: в первый стакан помещают только стальной образец, во второй - стальной и цинковый, в третий - стальной и медный.
Во все стаканы наливают 5%-ный раствор серной кислоты на одинаковом уровне и помещают образцы в стаканы так, чтобы уровень раствора проходил по ножке образцов. Во втором и третьем стаканах замыкают клеммы с образцами проводами, создавая макропары Fe - Zn и Fe - Си, и фиксируют время начала испытания, которые проводят в течение часа, измеряя электродные потенциалы всех металлов через 10, 25 и 45 мин после начала опыта. Для этого поочередно подключают образцы к милливольтметру, помещая кончик электролитического ключа от хлорсеребряного электрода сравнения в соответствующий стакан с образцом. Порядок измерения потенциалов описан в инструкции о работе с милливольтметром (см. приложение 4).
Перед окончанием опыта отсоединяют закорачивающий проводник, замыкают пары Fe - Zn и Fe - Си на миллиамперметр и измеряют силу тока соответствующей пары. Затем определяют электродные потенциалы всех металлов в отсутствие контакта и оценивают интенсивность газовыделения на всех электродах при контакте с другими металлами и без него. Оценивая газовыделение можно применять условные показатели: "отсутствует", "очень слабое", "слабое", "среднее", "сильное", "очень сильное".
После окончания опыта (по истечении часа) все стальные образцы вынимают из раствора, удаляют продукты коррозии намыленным ершиком, промывают водой, протирают фильтровальной бумагой, высушивают 5 минут на воздухе и взвешивают на аналитических весах.
Медный и цинковый образцы вынимают из раствора, промывают водой и высушивают фильтровальной бумагой. Все растворы, кроме того, в котором находилась медь, сливают через воронку обратно в бутыль. Стаканы ополаскивают водой.
Результаты наблюдений и измерений заносят в табл. 4.1. и 4.2.
4.3.2. Защита внешним катодным током
а) Объекты исследования и аппаратура
1. Образцы стали Ст3 (1 шт.) и свинца (1 шт.).
2. 5%-ный раствор H^SO.f.
3. Стакан (500 см3) и крышка с клеммами для крепления образцов (1 шт.).
4. Милливольтметр типа ЭВ - 74 (1 шт.).
5. Миллиамперметр на ΙΑ (1 шт.).
6. Источник постоянного тока (выпрямитель) (1 шт.).
7. Движковый реостат (1 шт.).
8. Ключ-рубильник, соединительные провода.
9. Штангенциркуль.
10. Наждачная бумага, вата, фильтровальная бумага, ацетон.
б) Методика проведения экспериментов
Подготавливают стальной образец так же, как указано в п. 4.3.1. Значение измеренной массы образца заносят в табл. 4,1. Обработка свинцового образца аналогична обработке медного и цинкового. Подготовленные стальной и свинцовый образцы закрепляют в крышке стакана и подсоединяют через движковый реостат и амперметр к источнику тока. Защищаемый образец подключают к отрицательному полюсу (рис.4). Рассчитывают силу тока, которую необходимо установить для достижения плотности защитного тока iз = 24 мА/см2.
Наливают в стакан 5%-ный раствор серной кислоты до уровня, проходящего по ножкам образцов. Помещают образцы в раствор, замыкают ключом электрическую цепь, движковым реостатом устанавливают необходимую силу тока и фиксируют время начала испытаний. Проводят испытания в течение часа, измеряя потенциалы обоих электродов через 10, 25 и 45 мин после начала опыта.
По истечении часа источник тока отключают, измеряют потенциалы металлов при отключенном источнике и оценивают интенсивность газовыделения на электродах при электрозащите и в отсутствие ее.
После завершения опыта стальной образец вынимают из раствора, удаляют продукты коррозии, промывают водой, вытирают фильтровальной бумагой, высушивают и взвешивают;
свинцовый электрод промывают водой и вытирают фильтровальной бумагой. Раствор переливают в бутыль, стакан ополаскивают водой. Все результаты наблюдений и измерений заносят в табл. 4.1. и 4.2.
4.3.3. Радиус действия протектора
Задача данной части работы - определить влияние электропроводности раствора на радиус действия цинкового протектора при защите стали Ст3 в нейтральной среде. Исследования проводят в дистиллированной воде и 1%-ном растворе хлористого натрия. Удельную электропроводность растворов необходимо определить по справочникам.
а) Объекты исследования и аппаратура
1. Образцы стали Ст3 (2 шт.) - пластинка 40х20х3.
2. Цинковый протектор (2 шт.) - полоска, проволока.
3. Агрессивные среды - дистиллированная вода, 1%-ный раствор NaCl.
4. Ванночки или чашки Петри (2 шт.),
5. 1%-ный раствор красной кровяной соли.
6. Стеклянная палочка, наждачная бумага, вата, фильтровальная бумага, ацетон.
б) Методика проведения эксперимента
Две стальные пластинки зачищают наждачной бумагой и протирают ватой, смоченной ацетоном. В отверстия, имеющиеся в стальных пластинках, вставляют небольшие кусочки цинковой проволоки и плотно закручивают для создания хорошего контакта цинка и стали.
В одну чашку Петри наливают дистиллированную воду, в другую 1%-ный раствор NaCl. В обе чашки из капельницы добавляют по 5 капель раствора красной кровяной соли К3Fе(СN)6 (индикатор на ионы железа Fe2+) и перемешивают. Пластинки помещают на дно чашек.
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:
©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.
|