Влияние механических напряжений в металле на его коррозию.

Лабораторная работа № 8

по курсу «Химия»

Коррозия и защита металлов

Выполнил студент группы 2203: Сиротенко Евгений

Проверил: Иванов Виктор Федорович

Санкт-Петербург

Цель работы: Изучение влияния некоторых факторов на протекание процессов химической и электрохимической коррозии и методов защиты металлов от коррозии.

Теоретическая часть:

Коррозия - необратимое самопроизвольное разрушение металлов и сплавов вследствие химического или электрохимического воздействия среды. Химическая стойкость металла характеризуется показателями скорости его коррозии - массовым, объемным, глубинным. Кинетика химической коррозии зависит от свойств оксидной пленки, образующейся на поверхности металла. К поверхности пленки подходит молекулярный кислород, происходят его адсорбция и атомизация. От поверхности атомы кислорода перемещаются вглубь пленки оксида, а им навстречу - ионы металла и электроны. В пленке в одном акте происходит ионизация кислорода и образование химического соединения с металлом.

Для характеристики защитной способности образующейся оксидной пленки применяется коэффициент. Радиус атома – меньше - в этом случае на поверхности формируются защитные оксиды, например, ВеО при добавлении в медь 1% бериллия (Be).

Химическую коррозию предотвращают, насыщая поверхностный слой диффузионным покрытием, например, алюминиевым (актирование), а также плакированием, нанесением жаростойких эмалей, тугоплавких карбидов, смешанных соединений покрытия с основой - шпинелей типа NiCr₂О₄, NiFe₂O₄.

Детали, работающие при высоких температурах, можно защищать специальной защитной атмосферой. Для уменьшения газовой коррозии применяют сжигание топлива с недостатком воздуха, используют защитные обмазки и др.

Электрохимическая коррозия протекает при наличии на поверхности металла слоя электролита (растворов солей, кислот или щелочей, атмосферной влаги в почве и т.п.). Сущность электрохимической коррозии заключается в том, что процесс окисления сопровождается полным удалением валентных электронов его атома в передачей их другой частице - деполяризатору Термодинамическая возможность электрохимической коррозии определяется соотношением.

Процессы окисления металла (анодный) и восстановления деполяризатора (катодный) могут протекать на одном и том же участке детали, но в различные моменты времени.Например, при атмосферной коррозии с кислородной деполяризацией происходит анодное окисление железа.

Для защиты от электрохимической коррозии можно применять более благородный металл, что влечет за собой уменьшение коррозионного тока. Это использует метод зашиты - рациональное конструирование. В случае контакта двух металлов желательно, чтобы их потенциалы были близки. Кроме того, конструкция деталей не должна допускать участков, где может скапливаться влага.

Другой метод - электрохимическая зашита; в случае одной из ее распространенных разновидностей - протекторной зашиты вместо анодного участка создают как бы новый, введя в контакт с защищающим металлом более отрицательный металл, по сравнению с которым прежний анод становится катодом. Этой же цели добиваются, подключив защищаемую деталь к отрицательному полюсу внешнего источника тока. Для нержавеющих сталей в кислотах применяют положительную поляризацию в области потенциалов, отвечающих пассивации.

Для уменьшения скорости электрохимической коррозии целесообразно проводить обработку среды путем уменьшения концентрации деполяризатора за счет нейтрализации кислых сред или удаления кислорода.

Экспериментальная часть.

Опыт №2.

В пробирку с 5-6 мл 1н H2SO4 опустили кусочек цинка. Ничего не наблюдается.

Отрезок медной проволоки диаметром 1-2 мм и длиной 15-20 см очистили наждачной бумагой и, промыв водой, медленно, постоянно наблюдая, ввели в пробирку. Медь, как и следовало ожидать, не взаимодействует с кислотой.

Прикоснулись проволокой к лежащему на дне цинку. Начинает выделяться газ. Через 5-10 минут газ выделяется интенсивнее.

H₂SO₄ + Zn → H₂↑ + ZnSO₄

H₂SO₄ + Cu → реакция не идёт

Анодная реакция: Zn0 = Zn²⁺ + 2e

Катодная реакция: 2H₂O + 2e = 2OH^- + H₂↑

2H⁺ + 2e = H₂↑

Опыт №3.

Опыт №4.

Опыт №5.

Опыт №6.

Опыт №8.

Опыт №9.

Протекторная защита.

Два стакана заполнили 0,2%-ным раствором уксусной кислоты CH₃COOH, добавив в каждый по несколько капель раствора KJ. В один стакан поместили плотно соединенные между собой пластины свинца и цинка, в другой – только пластину свинца. Мы наблюдаем, что на пластине свинца почти сразу появилась жёлтая окраска PbJ_2. В первом случае, цинк выполняет функцию анодного покрытия и защищает свинец от коррозии.

При контакте между металлами они оказывают друг на друга поляризующее действие. Свинец поляризуется катодно, а цинк анодно. В результате процесс восстановления окислителя присутствующего в растворе, а цинк окисляется.

(-)A: Zn⁰ – 2e → Zn²⁺

(+)K: 2H⁺ + 2e → H₂⁰

Pb + CH₃COOH → CH₃COPb реакция протекает при наличии окислителя:

PbO + 2CH₃COOH → (CH₃COO)2Pb + H₂O

Pb²⁺ + 2J → PbJ₂

Вывод:

На основе теоретического и экспериментального изучение процессов химической и электрохимической коррозии, методов зашиты металлов сформировали умение определять условия коррозионной совместимости деталей из различных материалов, выбирать оптимальные методы зашиты, как на стадия проектирования, так и для процессов, связанных с изготовлением детали.

Лабораторная работа № 8

по курсу «Химия»

Коррозия и защита металлов

Выполнил студент группы 2203: Сиротенко Евгений

Проверил: Иванов Виктор Федорович

Санкт-Петербург

Цель работы: Изучение влияния некоторых факторов на протекание процессов химической и электрохимической коррозии и методов защиты металлов от коррозии.

Теоретическая часть:

Коррозия - необратимое самопроизвольное разрушение металлов и сплавов вследствие химического или электрохимического воздействия среды. Химическая стойкость металла характеризуется показателями скорости его коррозии - массовым, объемным, глубинным. Кинетика химической коррозии зависит от свойств оксидной пленки, образующейся на поверхности металла. К поверхности пленки подходит молекулярный кислород, происходят его адсорбция и атомизация. От поверхности атомы кислорода перемещаются вглубь пленки оксида, а им навстречу - ионы металла и электроны. В пленке в одном акте происходит ионизация кислорода и образование химического соединения с металлом.

Для характеристики защитной способности образующейся оксидной пленки применяется коэффициент. Радиус атома – меньше - в этом случае на поверхности формируются защитные оксиды, например, ВеО при добавлении в медь 1% бериллия (Be).

Химическую коррозию предотвращают, насыщая поверхностный слой диффузионным покрытием, например, алюминиевым (актирование), а также плакированием, нанесением жаростойких эмалей, тугоплавких карбидов, смешанных соединений покрытия с основой - шпинелей типа NiCr₂О₄, NiFe₂O₄.

Детали, работающие при высоких температурах, можно защищать специальной защитной атмосферой. Для уменьшения газовой коррозии применяют сжигание топлива с недостатком воздуха, используют защитные обмазки и др.

Электрохимическая коррозия протекает при наличии на поверхности металла слоя электролита (растворов солей, кислот или щелочей, атмосферной влаги в почве и т.п.). Сущность электрохимической коррозии заключается в том, что процесс окисления сопровождается полным удалением валентных электронов его атома в передачей их другой частице - деполяризатору Термодинамическая возможность электрохимической коррозии определяется соотношением.

Процессы окисления металла (анодный) и восстановления деполяризатора (катодный) могут протекать на одном и том же участке детали, но в различные моменты времени.Например, при атмосферной коррозии с кислородной деполяризацией происходит анодное окисление железа.

Для защиты от электрохимической коррозии можно применять более благородный металл, что влечет за собой уменьшение коррозионного тока. Это использует метод зашиты - рациональное конструирование. В случае контакта двух металлов желательно, чтобы их потенциалы были близки. Кроме того, конструкция деталей не должна допускать участков, где может скапливаться влага.

Другой метод - электрохимическая зашита; в случае одной из ее распространенных разновидностей - протекторной зашиты вместо анодного участка создают как бы новый, введя в контакт с защищающим металлом более отрицательный металл, по сравнению с которым прежний анод становится катодом. Этой же цели добиваются, подключив защищаемую деталь к отрицательному полюсу внешнего источника тока. Для нержавеющих сталей в кислотах применяют положительную поляризацию в области потенциалов, отвечающих пассивации.

Для уменьшения скорости электрохимической коррозии целесообразно проводить обработку среды путем уменьшения концентрации деполяризатора за счет нейтрализации кислых сред или удаления кислорода.

Экспериментальная часть.

Опыт №2.

В пробирку с 5-6 мл 1н H2SO4 опустили кусочек цинка. Ничего не наблюдается.

Отрезок медной проволоки диаметром 1-2 мм и длиной 15-20 см очистили наждачной бумагой и, промыв водой, медленно, постоянно наблюдая, ввели в пробирку. Медь, как и следовало ожидать, не взаимодействует с кислотой.

Прикоснулись проволокой к лежащему на дне цинку. Начинает выделяться газ. Через 5-10 минут газ выделяется интенсивнее.

H₂SO₄ + Zn → H₂↑ + ZnSO₄

H₂SO₄ + Cu → реакция не идёт

Анодная реакция: Zn0 = Zn²⁺ + 2e

Катодная реакция: 2H₂O + 2e = 2OH^- + H₂↑

2H⁺ + 2e = H₂↑

Опыт №3.

Влияние механических напряжений в металле на его коррозию.

Поверхность стальной проволоки очистить наждачной бумагой, обезжирить ацетоном, промыть водой и досуха протереть фильтровальной бумагой. Проволоку согнуть так, чтобы на отдельных её участках была различная степень деформации. Поместить проволоку в плоскую чашу и залить 3-%-ным раствором NaCl, добавив 3 капли K₃[Fe(CN)₆] и 2 капли фенолфталеина.

Участки с большим количеством изгибов окрасились в синий – значит эти участки аноды. Прямые окрасились в розовый – катоды.

(-)A: Fe⁰ – 2e → Fe²⁺

(+)K: 2H₂O + 2e → H₂ + 2OH^-

Опыт №4.