Общие методические указания к проведению лабораторных работ. Предназначены для студентов 5 курса химико-технологического факультета специальности 240302. 65 «Технология электрохимических производств»

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «ЮЖНО-РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ (НОВОЧЕРКАССКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ)» Методические указания к лабораторным работам по курсу «Коррозия и защита металлов» Новочеркасск 2012 г. УДК 620 (076.5) Рецензент канд. техн. наук С.А.Пожидаева Научный редактор канд. техн. наук И.Г. Бобрикова Составители: Балакай В.И., Липкина Т.В., Суховерхов Д.А. Коррозия и защита металлов: Метод. указ. к лабораторным работам /Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. Новочеркасск: ЮРГТУ, 2012. 25с. Указания включают основные принципы и методы исследования коррозионных процессов и защиты металлов от коррозии, а также общие методические указания к проведению лабораторных работ. Предназначены для студентов 5 курса химико-технологического факультета специальности 240302.65 «Технология электрохимических производств». ©Южно-Российский государственный технический университет, 2012 © Балакай В.И., Липкина Т.В., Суховерхов Д.А. Лабораторная работа № 1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТИ КОРРОЗИИ МЕТАЛЛОВ МАССОВЫМ МЕТОДОМ Цель работы: исследовать зависимость скорости контактной коррозии металлов, в частности цинка, от природы контактирующего с цинком другого металла, состава и температуры коррозионной среды и других факторов (по указанию преподавателя). Пояснения к работе Контактная коррозия имеет сугубо электрохимический механизм: металлы различной природы или состояния, контактирующие друг с другом и с одной и той же средой, образуют короткозамкнутую электрохимическую цепь, часто называемую микрогальваническим элементом, со всеми его проявлениями – окислительными процессами на поверхности одного из контактирующих металлов и восстановительными – на поверхности другого. Характер процессов определяется значениями электродных потенциалов рассматриваемых металлов в заданных условиях (состав среды, температура и др.). Таким образом, контактная коррозия какого-либо металла в заданной ионопроводящей среде может быть замедлена или, наоборот, ускорена, если другой (контактный) металл имеет соответственно более отрицательный или более положительный электродный потенциал, чем потенциал корродирующего металла. При контакте двух металлов, имеющих в заданной среде равновесные потенциалы и , сила коррозионного тока, в общем случае, определяется значениями поляризации окислительного и восстановительного процессов на поверхности этих металлов и полным омическим сопротивлением образованного макрогальваничсского элемента. С увеличением разности между равновесными потенциалами контактирующих металлов, с уменьшением полного омического сопротивления элемента и поляризации металлов - электродов, сила тока, а следовательно, и скорость контактной коррозии увеличиваются. Из практики известно, что коррозия наиболее интенсивно протекает вблизи места соединения разнородных металлов. Площадь корродирующей поверхности зависит от электропроводности ионопроводящей среды и сопротивления в твердофазной части макрогальванического элемента: в средах и твердой фазе с большой электропроводностью контактная коррозия распространяется на большей поверхности. На контактную коррозию оказывают влияние не только природа металлов, состав среды и концентрация компонентов, входящих в данную среду, но также температура, перемешивание среды и другие факторы. Скорость контактной коррозии можно уменьшить следующим образом: – подбором соответствующего металла, стойкого в данной коррозионной среде, – предотвращением образования контактных гальванопар (металлы, соединяемые в металлических конструкциях, должны располагаться как можно ближе друг к другу в ряду электрохимических потенциалов); – изоляцией различных металлов друг от друга; – тщательным подбором применяемых защитных покрытий; – использованием ингибиторов коррозии; – использованием электрохимической, например, протекторной или катодной зашиты и др. Методика эксперимента Для измерения скорости контактной коррозии по массовому методу берут восемь образцов (5 цинковых и по одному медному, железному и свинцовому) одинакового размера в виде пластин и замеряют штангенциркулем их длину и ширину с точностью до + 0,1 мм. Собирают схему и подготавливают поверхность образцов для коррозионных испытаний по методике, приведенной в прил. 1. Цинковые образцы нумеруют и взвешивают на аналитических весах с точностью до + 0,0002 г. Подготовленные образцы помещают в электролитические ячейки и укрепляют в клеммах друг против друга, В первой ячейке помещают два цинковых образца, во второй – цинковый и железный, в третьей – цинковый и свинцовый, а в четвертой – цинковый и медный образцы. В ячейку наливают 0,1 – 0,3 моль/л раствор серной или соляной кислот (по указанию преподавателя) до одинакового уровня. Затем держатели электродов попарно соединяют проводниками и отмечают время начала опыта. При этом в растворах образуются гальванические элементы и цинк растворяется в первой ячейке вследствие работы собственных микропар, а во второй, третьей, четвертой – вследствие работы как микропар, так и макропар (за счет контакта с другими металлами). Через один час после начала опыта все цинковые образцы вынимают, тщательно промывают проточной водопроводной водой, высушивают и удаляют продукты коррозии сразу же после испытания по методике, описанной в прил. 2. Затем образцы взвешивают на тех же весах, что и в начале опыта с точностью до + 0,0002 г. Результаты измерений записывают в таблицы по формам 1.1 и 1.2. Массовый, глубинный и токовый показатели скорости коррозии рассчитывают соответственно по формулам: и где К, П, и j – массовый(г/м2∙ч), глубинный (мм/год) и токовый (А/дм2) показатели скорости коррозии соответственно; и – масса образца до и после коррозионных испытаний, г; s – рабочая поверхность образца, м2; –продолжительность испытаний, ч, ρ – плотность металла, г/см3; Эх – электрохимический эквивалент, г/(А∙ч); А – атомная масса металла, г; z – число электронов, участвующих в реакции; Р – число Фарадея, (А∙ч); 8,76 – коэффициент, учитывающий перевод единиц измерений. Форма 1.1 Опытные данные № опыта Время от начала опыта, мин Сила тока, А Потенциал по отношению к хлорсеребряному электроду сравнения (В) цинка без контакта с другим металлом цинка в контакте с другим металлом контактируемого металла 1 2 3 4 5 6 Продолжение формы 1.1 Потенциал по отношению к водородному электроду сравнения, В цинка без контакта с другим металлом цинка в контакте с другим металлом контактируемого металла 7 8 9 Форма 1.2 Опытные данные № опыта Металлы Средняя масса образца, г Изменение массы образца, г Поверхность образца, м2 Массовый показатель скорости коррозии, г/(м2 ∙ч) до опыта после опыта 1 2 3 4 5 6 7 Если > 0, то массовый показатель скорости коррозии имеет положительное значение, обозначается и называется положительным массовым показателем скорости коррозии. Если < 0, то массовый показатель скорости коррозии имеет отрицательное значение, обозначается и называется отрицательным массовым показателем скорости коррозии. По указанию преподавателя возможно изучение процесса коррозии при контакте цинка разных марок или электроосажденного при различных условиях и режимах электролиза, а также исследование влияния различных физических факторов воздействия (механические деформации, температура, магнитные или акустические поля и др.) на контактную коррозию. Результаты эксперимента В отчете необходимо изложить основы теории контактной коррозии, привести схему установки, таблицы экспериментальных данных, расчеты скоростей коррозии чистого, а также цинка контактируемого с медью, железом, свинцом и другими металлами и сделать выводы. Контрольные вопроси Что такое контактная коррозия? Причины ее возникновения. Определите понятие "электродный потенциал". Как рассчитать его величину? Как определить возможность самопроизвольного течения процесса контактной коррозии? Какие имеются методы определения скорости коррозии? От каких факторов зависит скорость контактной коррозии, и как она зависит от этих факторов? Какие имеются методы уменьшения скорости контактной коррозии? Каковы принципы выбора контактных пар для изделий, эксплуатируемых в атмосферных условиях? Как влияют конструктивные особенности машин и аппаратов на возникновение контактной коррозии? Лабораторная работа № 2 КАТОДНАЯ ЗАЩИТА МЕТАЛЛОВ ОТ КОРРОЗИИ Цель работы: исследовать эффективность катодной защиты стали в нейтральном электролите в зависимости от плотности налагаемого тока (определить защитный эффект, степень защиты, коэффициент защитного действия и удельный расход электроэнергии при катодной защите). Пояснения к работе Скорость электрохимической коррозии металла и сплава можно значительно уменьшить, если подвергнуть их электрохимической защите. В зависимости от вида поляризации, различают катодную и анодную защиты. Катодная защита - это защита металла от коррозии с помощью поляризации постоянным током от внешнего источника, при которой защищаемый металл присоединяют к отрицательному полюсу, а к положительному – дополнительный электрод. При этом поверхность защищаемого металла поляризуется катодно, его потенциал смещается в отрицательную сторону, что приводит к ослаблению работы локальных анодов или к их превращению в катоды, те к уменьшению или полному прекращению коррозионного разрушения. При этом анодный процесс протекает на дополнительном электроде. Для полного прекращения электрохимической коррозии металла его нужно катодно заполяризовать до значения равновесного потенциала, а сплав – до значения равновесного потенциала его наиболее отрицательной анодной составляющей. Эффективность катодной защиты принято характеризовать величинами защитного эффекта, степенью защиты и коэффициентом защитного действия, которые определяют по следующим формулам: защитный эффект где и – массовые показатели скорости коррозии до и после защиты, г/(м2∙ч); степень защиты коэффициент защитного действия где и – массовые потери металла без наложения поляризации и при наложении поляризации за одно и то же время, г; J – величина поляризующего тока, А. Полная защита не всегда целесообразна, т.к. в случае малой катодной поляризации приходится накладывать очень большие токи. Поэтому, удлиняя срок службы конструкции, чаще ограничиваются частичной защитой. Применение больших токов для защиты нецелесообразно из-за того, что может возникнуть явление отрицательного защитного эффекта или перезащиты. Ускорение коррозии происходит вследствие разрушения пленки вторичных продуктов коррозии, либо слишком интенсивно выделяющимся водородом, либо из-за изменения рН приэлектродного слоя. Это всегда необходимо учитывать при катодной защите. При выборе оптимальной катодной плотности тока для катодной защиты исходят из необходимости достижения защитного эффекта при достаточно хорошем коэффициенте защитного действия (значительное уменьшение коррозионных потерь на единицу катодной плотности тока). К важнейшим факторам, характеризующим свойства анода и определяющим его практическую пригодность, относят скорость его коррозии и допустимую плотность тока. Аноды могут быть изготовлены из растворимых (сталь, алюминий), труднорастворимых (чугуны, графит) и нерастворимых (платина и ее сплавы, титан, платинированный титан, сплавы свинца) материалов. Катодная защита широко применяется как дополнительное (к изолирующему покрытию), а иногда и как самостоятельное средство защиты от коррозии подземных металлических сооружений, аппаратов химических производств и т.д. Главные преимущества этого метода: высокая эффективность, возможность автоматизации, а также регулирования поляризующего тока и поддержания определенного значения потенциала. К недостаткам катодной защиты можно отнести высокую начальную стоимость установки, необходимость систематического контроля и профилактического ремонта, вредное воздействие на соседние, незащищенные металлические конструкции. Методика проведения работы Испытанию подвергают шесть образцов из листовой углеродистой стали толщиной 0,5 мм одинаковой длины, но разной ширины. Образцы имеют такую длину и ширину, что после сборки установки их рабочая поверхность (погруженная в раствор) приблизительно составляет: для незащищенного – 2 дм2, для защищенных – 2; 1; 0,4; 0,3; 0,2 дм2. Длину и ширину образцов измеряют штангенциркулем с точностью до + 0,1 мм. Поверхность образцов обрабатывают по методике, описанной в прил.1, взвешивают на аналитических весах с точностью до ± 0,0002 г и закрепляют в держателях электролитических ячеек. После этого закрепляют пять впаянных в стеклянные трубки платиновых анодов и собирают электрическую схему. Наливают в ячейки до определенного уровня (отвечающего необходимым рабочим поверхностям образцов) 0,2 – 1,0 моль/л раствор хлорида натрия или водорода (по указанию преподавателя). Замыкают цепь и устанавливают при помощи реостата силу тока в цепи, равную 2 – 5 мА (по указанию преподавателя). Отмечают время начала опыта и поддерживают силу тока постоянной в течение всего опыта. По истечении 2 – 3 ч извлекают все испытуемые образцы, отмечают и еще раз измеряют длину их рабочих (соприкасающихся с раствором) частей и удаляют продукты коррозии. Очистку образцов необходимо производить сразу же после испытания по методике, описанной в прил. 2. После проведения всех указанных операций образцы, имеющие чистую поверхность, взвешивают на тех же весах, что и в начале опыта с точностью до ± 0,0002 г. Результаты опыта записывают в таблицы по форме 2.1 и 2.2. Массовый, глубинный и токовый показатели скорости коррозии защищенных и незащищенных образцов рассчитывают по формулам, приведенным в работе 1. Защитный эффект, степень защиты и коэффициент защитного действия рассчитывают по формулам, приведенным выше. Форма 2.1 Опытные данные Номер образца Масса образца, г Изменение массы образца, г Массовый показатель скорости коррозии, г/(м2∙ч) до опыта после опыта 1 2 3 4 5 Форма 2.2 Опытные данные Номер образца Время от начала опыта, мин. Плотность тока, А/дм2 Рабочая поверхность, дм2 Сила тока, А Потенциал по отношению к хлорсеребря- ному электроду сравнения, В Потенциал по отношению к водородному электроду сравнения, В 1 2 3 4 5 6 7 На основании полученных данных рассчитывают удельный расход электроэнергии при катодной защите по формуле где W – удельный расход электроэнергии, кВт/м2; J – сила тока, А; U – напряжение, В; S – поверхность образца, м2, 8,78 ∙102 – переводной коэффициент. Результаты эксперимента В отчете необходимо изложить основы теории катодной защиты металлов, привести электрическую схему, таблицу экспериментальных данных, расчеты скорости коррозии стальных образцов в нейтральном электролите в зависимости от налагаемого тока, а также защитный эффект, степень защиты и коэффициент защитного действия, удельный расход электроэнергии при катодной защите и сделать вывод. Контрольные вопросы Какова сущность катодной защиты? Перечислите достоинства и недостатки катодной защиты. Какова область применения катодной защиты? Что такое оптимальная плотность тока защиты? Что такое защитный эффект, степень защиты, коэффициент защитного действия и как они определяются? Из каких материалов изготавливаются аноды? Что такое «засыпка» и в каких случаях она применяется? Что такое станции катодной защиты? Лабораторная работа № 3

Похожие:

	Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Методические указания предназначены для выполнения лабораторных работ по курсу «Технология автоматизированного машиностроения» для...		Методические указания для студентов по дисциплине «патологическая анатомия» Методические указания предназначены для студентов III курса сгму лечебного факультета, международного факультета врача общей практики,...
	Методические указания по выполнению курсовых работ по истории искусств для студентов ииид ижевск Методические указания предназначены для студентов 4-го курса дневного и 5-го курса заочного художественно-педагогического отделения...		Проектная компьютерная графика. Coreldraw 5 Методические указания предназначены для обучающихся по специальности 031601 «Реклама» факультета специального профессионального образования....
	Методическое пособие по выполнению курсовой работы по курсу «К омпьютерная графика» Методические указания предназначены для обучающихся по специальности 031601 «Реклама» факультета специального профессионального образования....		Методические указания по выполнению контрольных работ для студентов... Методические указания предназначены для выполнения самостоятельных работ на I, II, III курсах гуманитарных специальностей заочного...
	Методические указания по выполнению и оформлению дипломных работ... Методические указания предназначены для студентов агрономического факультета очного и заочного обучения специальности 250201. 65...		Общие указания Методические указания предназначены для студентов специальности 290300 (новый код 270102) «Промышленное и гражданское строительство»,...
	Методические указания к практическим занятиям для студентов медицинского... Методические указания к лабораторным занятиям по гистологии предназначены для самостоятельной работы студентов I курса медицинского...		Методические указания для студентов 2 курса судомеханического факультета заочного отделения Методические указания предназначены для студентов 2 курса смф заочного отделения и составлены для организации работы студентов-заочников...
	Методические указания по выполнению дипломных проектов и работ для... Методические указания предназначены для студентов и преподавателей кафедры газохимии, а также для руководителей и консультантов дипломных...		Тематический план курса Темы лабораторных работ, практических занятий, методические указания к их проведению
	Методические указания по написанию рефератов, курсовых и дипломных... Методические указания предназначены для студентов специальности 030501. 65 «Юриспруденция», но могут быть использованы для подготовки...		Рабочая учебная программа:  Цели и задачи курса  Тематический план... Темы лабораторных работ, практических занятий, методические указания к их проведению
	Методические указания для самостоятельной работы со студентами Дисциплина «Б иохимия» Методические указания предназначены для студентов специальности 240902 «Пищевая биотехнология», 260202 «Технология хлеба, кондитерских...		Методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов специальностей Цель работы: ознакомление с рабочими органами машины челночного стежка, изучение технологического процесса образования челночных...