Коррозия и защита металлов
Подождите немного. Документ загружается.
Министерство образования Р.Ф.
Уфимский Государственный Авиационный
Технический Университет
Лабораторная работа по химии №4
Тема: «КОРРОЗИЯ И ЗАЩИТА МЕТАЛЛОВ»
Выполнил студент группы АП-102:
Ким О.Л
Проверил преподаватель:
Муллаянов Р. Х.
2008 год
КОРРОЗИЯ И ЗАЩИТА МЕТАЛЛОВ
I. Цель работы:
на основе теоретического и экспериментального изучение процессов химической и
электрохимической коррозии, методов зашиты металлов сформировать 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.
II. 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 N1Cr
2
О
4
, N1Fe
2
O
4
.
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.
III. Экспериментальная часть.
Опыт 9.4 4. Электрохимическая коррозия металлов.
1) В пробирку с 5-6 мл 1н H
2
SO
4
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.
Анодная реакция: Zn
0
= Zn
2+
+ 2e
Катодная реакция: 2H
2
O + 2e = 2OH
-
+ H
2
2H
+
+ 2e = H
2
Zn + H
2
SO
4
= ZnSO
4
+ H
2
Деполяризатором является H
+
.
При рН = 0 φ(Zn) = -0.763 В
φ(H) = 0 В
E
0
= 0 + 0,763 = 0.763 В
ΔG = -2FE =-2*96500*0.763 = -147.3 кДж/моль
В данном случае медь принимает электроны. Водород- деполяриризатор.
2) Налили в пробирку 5-6 мл 2н Na
2
SO
4
, и для удаления расширенного в нем кислорода
прокипятили в течение 1-2 минут. Раствор охладили под краном до комнатной
температуры и добавили 2-3 капли фенолфталеина. Легким взбалтыванием перемешали
содержимое пробирки. Опустили в раствор кусочек цинка. Раствор окрасился в бледно-
малиновый цвет, значит, в пробирке находится нейтральная среда. (8,0<pH<9,8)
Очистили медную проволоку и, как в предыдущем опыте, медленно погрузили в раствор
до соприкосновения с металлом, лежащим на дне. Сразу же после этого раствор окрасился
в тёмно-малиновую окраску. Это говорит о том, что среда стала щелочной (pH>9.8).
Цинк- анод: отдает ионы в раствор:
Zn
0
- 2e = Zn
2+
(анод)
Медь принимает электроны (катод). Малиновое окрашивание свидетельствует о том, что в
растворе присутствуют свободные ионы фенолфталеина.
H
2
O + 1/2O
2
+ 2e = 2OH
-
Zn
2+
+ 2OH
-
= Zn (OH)
2
3) Налили в две пробирки по 5-6 мл 2н Na
2
SO
4
, одну из них прокипятили. Добавили в
каждую по 2-3 капли фенолфталеина и раствора К
3
(Fe(CN)
6
).
Две полоски из стали-3 размерами около 1x1,5 см
3
очистили наждачной бумагой и
ополоснули водой, затем по одному образцу ввели в пробирки с растворами. Установили
пробирки в штативе и наблюдали за ними в течение часа. Раствор окрашивается в зелёный
цвет, особенно сильно в месте очистки металла. В пробирке с прокипяченной водой
зелёный цвет насыщеннее.
Fe
0
– 2e = Fe
2+
(анодный участок)
3Fe
2+
+2[Fe(CN)
6
]
3-
= Fe
3
[Fe(CN)
6
]
2
Поэтому на пластине получается зеленое окрашивание на анодном участке.
H
2
O + 1/2O
2
+ 2e = 2OH
-
Fe
2+
и OH
-
реагируют между собой
Fe
2+
+ 2OH
-
= Fe(OH)
2
Малиновое окрашивание образуется при взаимодействии фенолфталеина с гидроксидом
железа (Fe(OH)
2
)
Кислород- деполяриризатор.
К
3
[Fe(CN)
6
] = 3K
+
+ [Fe(CN)
6
]
3-
3FeSO
4
+ 2К
3
[Fe(CN)
6
] = 3K
2
SO
4
+ Fe
3
[Fe(CN)
6
]
∆G = -2*96500*0.34 В = -65 Кл < 0
IV. 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.