Реферат по курсу: Коррозия и защитные свойства металлов

Подождите немного. Документ загружается.

2. ПОНЯТИЕ «ЭЛЕКТРОДНЫЙ ПОТЕНЦИАЛ». РАСЧЕТ ЕГО

ВЕЛИЧИНЫ

При погружении металла в электролит в результате взаимодействия

между ними возникает разность электрических потенциалов, что связано с

образованием двойного электрического слоя, т. е. несимметричного

распределения заряженных частиц у границы раздела фаз. Причинами

возникновения этого скачка потенциала между металлом и электролитом

являются:

1) переход заряженных частиц (катионов) из одной фазы в другую

(из металла в электролит или из электролита в металл) с образованием

двойного электрического слоя в пределах этих двух фаз (рисунок 2.1, а и б);

2) избирательная адсорбция на поверхности металла частиц из

жидкой фазы – ионов (например, Сl

- рисунок 2.1,в) или полярных молекул

(например, Н

О – рисунок 2.1, г) и появление противоположного заряда в

близлежащем слое электролита с образованием двойного электрического

слоя в пределах одной (жидкой) фазы;

3) образование двойного слоя, обусловленного обеими причинами,

т. е. адсорбционно-ионного скачка потенциала (например, при адсорбции

анионов – рисунок 2.1, д или при адсорбции поляризуемых молекул или

атомов, например кислорода – рисунок 2.1, е) на поверхности металла в

условиях наличия перехода катионов из металла в электролит или из

электролита в металл.

Как известно из физической химии, скачок потенциала между двумя

фазами не может быть измерен, но можно измерить электродвижущую силу

элемента, состав ленного из исследуемого электрода (например, металла в

электролите) и электрода, потенциал которого условно принят за нуль

(стандартного водородного электрода). Эту э. д. с. принято называть

потенциалом электрода, в частности электродным потенциалом металла.

Если при взаимодействии металла с электролитом (водным

раствором) фазовую границу пересекают только ионы металла, то, по

представлениям А. Н. Фрумкина и его школы, протекают два. процесса:

1) переход этих ионов из металла в раствор с образованием, согласно

Л. В. Писаржевскому, гидратированных ионов (окислительный или анодный

процесс):

скорость которого, измеряемая числом ионов, переходящих из фазы в фазу в

единицу времени, может быть выражена через соответствующий ток Ī;

2) разряд этих ионов из раствора с выделением их на поверхности

металла в виде нейтральных атомов, входящих в состав кристаллической

решетки металла (восстановительный или катодный процесс):

(2.1.)

(2.2.)

скорость которого также может быть выражена через соответствующий ток Ī.

Рисунок 2.1 Схемы строения двойного электрического слоя

Какой из этих процессов преобладает, определяется уровнем

потенциальной энергии катионов в узлах кристаллической решетки металла

Ме

и в растворе П

.Если П

Ме

>П

, то Ī>Ī, т. е. преобладает анодный процесс –

переход ионов металла в раствор (рисунок 2.1, а), суммарная скорость

которого равна:

если П

>П

Ме

, то Ī>Ī, т. е. преобладает катодный процесс – разряд

ионов металла из раствора (рисунок 2.1, б), суммарная скорость которого

равна:

Образующийся двойной электрический слой затрудняет протекание

прямого процесса и облегчает протекание обратного. Когда потенциал в нем

достигает значения, при котором энергетический уровень ионов в металле и

растворе становится одинаковым, т. е. П

Ме

(что наступает довольно

быстро), устанавливается динамическое равновесие, при котором скорости

анодного и катодного процессов равны:

где I

– ток обмена, обусловленный постоянно протекающим обменом

ионами между металлом и раствором.

Кинетику равновесного обмена ионами наблюдали в опытах с

применением радиоактивных изотопов металлов. В водных растворах на

твердых металлах плотность тока обмена равна от 10

-8

до 10

-5

а/см

Электродный потенциал бывает двух родов: обратимый и

(2.3.)

(2.4.)

(2.5.)

необратимый.

Обратимый электродный потенциал металла (V

)

обр

устанавливается,

когда в процессе обмена, определяющего потенциал металла в электролите,

участвуют только ионы данного металла, т.е. когда металл находится в

равновесии с собственными и онами в электролите. Его можно рассчитать по

термодинамическому уравнению Нернста:

)

обр

= (V

)

обр

ln a

где (V

)

обр

– стандартный потенциал металла (обратимый потенциал

металла при активности его ионов в растворе, равной единице);

R – газовая постоянная;

Т – абсолютная температура;

n – валентность ионов металла;

F – число Фарадея;

n+ - активность ионов металла в растворе.

Необратимый электродный потенциал металла V

устанавливается,

когда в процессе обмена, определяющего потенциала металла в электролите,

участвуют не только ионы данного металла, но и ионы или атомы, причем

анодный процесс осуществляется основными ионами металла (Ī

> Ī

), а

катодный – другими ионами (Ī

> Ī

). Устойчивое во времени значение

необратимого электродного потенциала металла, соответствующее равенству

сумм скоростей анодных и катодных процессов, называют стационарным

потенциалом металла. При этом значении потенциала, по теории А.Н.

Фрумкина, имеет место следующее равенство:

+ Ī

= Ī

+ Ī

(2.6.)

3. ЦЕЛЬ ПРОВЕДЕНИЯ ДЕАЭРАЦИИ ЭЛЕКТРОЛИТА.

ВОЗМОЖНОСТЬ ЕЕ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Защиту металлических конструкций от коррозии с кислородной

деполяризацией в нейтральных электролитах осуществляют при помощи

метода деаэрации – удаление из электролита деполяризатора – кислорода или

этот метод еще называют обезкислороживанием.

Деаэрарируют воду, использующуюся для охлаждения паровых

котлов, турбин, систем охлаждения металлургических агрегатов,

термических печей и т.д.

4. КАТОДНАЯ ДЕПОЛЯРИЗАЦИЯ С УЧЕТОМ ВОДОРОДА.

УРАВНЕНИЕ. РАСПРОСТРАНЕННОСТЬ ЭТОГО КОРРОЗИОННОГО

ПРОЦЕССА

Катодный процесс водородной деполяризации в кислых средах

состоит из следующих шести стадий (рисунок 4.1.):

1) диффузии гидратированных ионов водорода Н+·Н

0 к катодным

участкам поверхности корродирующего металла;

2) разряда водородных ионов:

3) растворения и диффузии части Н-атомов в металле;

4) рекомбинации (молизации) водородных атомов:

или электрохимической десорбции:

5) диффузии и переноса конвекцией водорода от катодных участков

в глубь раствора, а затем его диффузии в воздух;

6) образования и отрыва пузырька водорода от поверхности

металла:

В щелочных растворах, в которых концентрация ионов Н+·Н

0 крайне

мала, коррозия металлов с выделением водорода идет за счет восстановления

водорода из молекулы воды:

В большинстве случаев коррозии металлов с водородной

деполяризацией при высокой концентрации ионов Н+ · Н

0 в растворе

концентрационная поляризация катодного процесса вследствие

замедленности диффузии водородных ионов к катодным участкам

незначительна. Это обусловлено большой подвижностью водородных ионов

и наличием дополнительного перемешивания раствора у катода

выделяющимся газообразным водородом. В нейтральных растворах или при

очень больших скоростях коррозии ионная концентрационная поляризация

становится заметной.

Главными причинами катодной поляризации, т. е. отставания

процесса ассимиляции электронов от поступления их на катодные участки,

(4.1.)

(4.2.)

(4.3.)

(4.4.)

(4.5.)

являются: а) замедленность катодной реакции, которая приводит к

возникновению перенапряжения водорода; б) концентрационная

поляризация по

Рисунок 4.1 Схема катодного процесса водородной деполяризации:

П – слой Прандтля;

δ – дифузионный слой;

К – катодный участок поверхности коррозирующего

металла: 1-6 – стадии процесса

молекулярному водороду вследствие замедленности процесса отвода

образующегося молекулярного водорода с поверхности металла, которая

наблюдается до насыщения приэлектродного слоя водородом, когда

становится возможным выделение его в виде пузырьков, в которых Рн

= 101

кн/м

(1 атм).

5. КИСЛОТНЫЕ НЕОРГАНИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

К кислотостойким неорганическим материалам относятся: стекло,

эмали, керамика, графит и графитовые материалы, каменное литье и сеталлы.

Эмали – стекловидные покрытия. Кислотостойкие эмали

изготавливают с высоким содержанием SiO

, а кислото-щелочестойкие в

своем составе имеют диоксид циркония. Эмали получают сплавлением

шихты (песок, мел, глина и пр.) и плавней (бура, сода фтористые соли). Их

высокая химическая стойкость обусловлена присутствием буры и

кремнезема. Эмалевые покрытия получают погружением в расплав или

пульверизацией с последующим обжигом до спекания в печи при

температуре 880-1050 °С.

Керамика – неорганический материал, получаемый обжигом

глинистых материалов, состоящих из небольших кристаллов

гидратированных алюмосиликатов. Из керамики изготавливают

кислотостойкие изделия (плиты, кирпич).

Графит и графитовые материалы, вследствие их универсальной

химической стойкости, используются в противокоррозионной технике как

футеровочные изделия (плитки, пластины блоки).

Каменное литье (ЮТ) – материал, получаемый, кристаллизацией из

расплава, основой которого является диабаз, базальт, андезит. Изделия из

ЮТ: плитки, фасонные детали, трубы.

Ситаллы – неметаллический, неорганический стеклокристаллический

материал, получаемый кристаллизацией стекломассы при наличии в ней

нуклеаторов (центров кристаллизации). Из ситаллов изготавливают листы

(футеровочный материал, трубы, фасонные изделия). Изделия из КЛ и

ситаллов обладают высокой кислотостойкостью при температурах не более

100°С.

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК

1 Н.П. Жук. Курс коррозии и защиты металлов. Жук Н.П. Учебник для

студентов металлургических вузов. М: Металлургия. 1968г., 404с.

2 Конспект лекций по коррозии и защите металлов Бурлаков В.И.