Реферат по курсу: Коррозия и защитные свойства металлов
скачать (268 kb.)
Доступные файлы (1):
1.doc | 268kb. | 04.12.2011 01:23 | ![]() |
содержание
Загрузка...
- Смотрите также:
- по курсу: Коррозия и защитные свойства металлов [ реферат ]
- Коррозия и защита металлов [ документ ]
- Коррозия бетона [ реферат ]
- Шукаев И.Л. Лекции по неорганической химии. Часть 2. Химия металлов и анализ неорганических веществ [ документ ]
- Шпоры по химии [ документ ]
- Авдеенко А.П., Поляков А.Е., Юсина А.Л., Гончарова С.А. Коррозия и защита металлов [ документ ]
- по материаловедению [ лекция ]
- Практическая работа - комплексные способы защиты населения в условиях ЧС [ лабораторная работа ]
- по материаловедению [ лекция ]
- по материаловедению [ лекция ]
- Презентация - Металлы [ реферат ]
- Андреев И.Н. Введение в коррозиологию [ документ ]
1.doc
Реклама MarketGid:
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ
Загрузка...
ПРИАЗОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Контрольная работа № 2
по курсу: «Коррозия и защитные свойства металлов»
Мариуполь
2008
СОДЕРЖАНИЕ
стр.
1. Поляризация. Ее причины и проявления 2. Понятие «электродный потенциал». Расчет его величины 3. Цель проведения деаэрации электролита. Возможность ее осуществления 4. Катодная деполяризация с учетом водорода. Уравнение. Распространенность этого коррозионного процесса 5. Кислотные неорганические материалы Перечень ссылок | |
^
Если электроды обратимого гальванического элемента с потенциалами в разомкнутом состоянии (Va)o6p и (Vк)обр и сопротивлением электролита между ними в цепи R замкнуть и измерить установившееся значение силы генерируемого тока I', то оказывается, что эта сила значительно меньше значения, рассчитанного по закону Ома, т. е.
(1.1.)

Так как практически R = const, причину неравенства следует искать в числителе дроби. И, действительно, измерения показывают (рисунок 1.1), что потенциалы электродов, через которые проходит при их работе электрический ток, отличаются от потенциалов электродов, не нагруженных током: потенциал анода при прохождении через него тока становится положительнее, а потенциал катода – отрицательнее:

(1.2.)
гед Va и Vк – устанавливающиеся при данном значении тока электродные потенциалы, называемые эффективными;
∆Va и ∆Vк – смещения потенциалов анода и катод.
Это изменение потенциалов, а следовательно, и и разности, приводящее к уменьшению силы тока, называют поляризацией.
Таким образом, в уравнении (1.1.) должны фигурировать не начальные (VK)o6p и (Va)o6p, а эффективные значения потенциалов электродов, т. е

(1.3.)
Явления поляризации электродов наблюдаются как в гальванических элементах, так и в электролизерах, т.е. при прохождении через электроды электрического тока независимо от его происхождения (генерации тока в результате работы гальванического элемента или его подвода от внешнего источника к электролизеру).
Поляризация является следствием отставания электродных процессов от перетока электронов в гальваническом элементе. Анодный процесс выхода ионов металла

Рисунок 1.1 Изменения потенциалов анода и катода гальванического элемента с увеличением силы протекающего между ними тока

Рисунок 1.2 Кривые анодной и катодной поляризации металла
Кинетику электродных процессов, в том числе и электродных процессов электрохимической коррозии металлов, принято изображать в виде поляризационных кривых, представляющих графическое изображение измеренной с помощью описанной в ч. III методики зависимости потенциалов электродов V от плотности тока i =


(1.4.)
или средней поляризуемостью процесса для данного интервала плотности тока (на данном участке поляризационной кривой):

(1.5.)
Причины анодной поляризации. т. е. отставания процесса выхода ионов в электролит от перетока электронов с анодных участков на катодные, следующие.
Замедленность анодной реакции коррозии металла
(1.6.)

которая определяется соответствующим значением энергии активации этой реакции Qa, приводит к возникновению электрохимической поляризации (∆Vа)э-х, называемой перенапряжением ионизации металла.
При очень малых значениях анодной плотности тока (ориентировочно при iа<10-а а/м2) зависимость перенапряжения ионизации металлов от анодной плотности тока может быть выражена линейным уравнением [участок (VMе)обр А, рисунок 1.3.]:
(1.7.)

где k1 – постоянная, зависящая от материала и состояния поверхности анода, температуры и др.

Рисунок 1.3 Анодные поляризационные кривые:
а – в координатах iа – Va;
б – в координатах Ig iа – Va [(VMе)обр ABC – перенапряжение ионизации металла; BE – пассивирование металла; (Vо2 )обр DEF – перенапряжение анодного выделения кислорода]
При плотностях тока, больших, чем примерно 10-2 а/м2, анодная поляризация может быть представлена логарифмическим уравнением (участок ABC, рисунок 1.3)

(1.8.)
где а1 – постоянная, зависящая от материала и состояния поверхности анода, температуры и пр.;
b1 – постоянная, связанная с механизмом возникновения перенапряжения ионизации металла.
Поляризация, вызываемая перенапряжением ионизации металлов, достигает небольших величин [пологая кривая (VMe)o6р АВС, рисунок 1.3], которые максимальны у металлов группы железа (Fe, Co, Ni).
Причинами катодное поляризации, т. е. отставания процесса ассимиляции электронов от поступления на катодные участки электронов, являются:
а) замедленность катодной деполяризационной реакции
(1.9.)

которая определяется соответствующим значением энергии активации этой реакции Qк и приводит к возникновению электрохимической поляризации (∆Vк)э-х, называемой перенапряжением реакции катодной деполяризации;
б) замедленность диффузии деполяризатора из объема электролита к катодной поверхности или продукта катодной деполяризационной реакции в обратном направлении, которая приводит к концентрационной поляризации катода (∆Vк)конц.
^
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:
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);
избирательная адсорбция на поверхности металла частиц из жидкой фазы – ионов (например, Сl- - рисунок 2.1,в) или полярных молекул (например, Н2О – рисунок 2.1, г) и появление противоположного заряда в близлежащем слое электролита с образованием двойного электрического слоя в пределах одной (жидкой) фазы;
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):
(2.1.)

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):
(2.2.)

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 ПМе и в растворе Пр .Если ПМе>Пр, то Ī>Ī, т. е. преобладает анодный процесс – переход ионов металла в раствор (рисунок 2.1, а), суммарная скорость которого равна:
(2.3.)

если Пр >ПМе, то Ī>Ī, т. е. преобладает катодный процесс – разряд ионов металла из раствора (рисунок 2.1, б), суммарная скорость которого равна:
(2.4.)

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. ПМе Пр (что наступает довольно быстро), устанавливается динамическое равновесие, при котором скорости анодного и катодного процессов равны:
(2.5.)

где I0 – 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/см2.
Электродный потенциал бывает двух родов: обратимый и необратимый.
Обратимый электродный потенциал металла (VMe)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:
(
(2.6.)
VMe)обр = (VMe)0обр +

где (VMe)0обр – 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;
aMen+ - активность ионов металла в растворе.
Необратимый электродный потенциал металла VMe 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 (Ī1 > Ī1), а катодный – другими ионами (Ī2 > Ī2). 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:
Ī1 + Ī2 = Ī1 + Ī2
^
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.
^
Катодный процесс водородной деполяризации в кислых средах состоит из следующих шести стадий (рисунок 4.1.):
диффузии гидратированных ионов водорода Н+·Н20 к катодным участкам поверхности корродирующего металла;
разряда водородных ионов:
(4.1.)

растворения и диффузии части Н-атомов в металле;
рекомбинации (молизации) водородных атомов:
(4.2.)

или электрохимической десорбции:

(4.3.)
диффузии и переноса конвекцией водорода от катодных участков в глубь раствора, а затем его диффузии в воздух;
образования и отрыва пузырька водорода от поверхности металла:
(4.4.)

В щелочных растворах, в которых концентрация ионов Н+·Н20 крайне мала, коррозия металлов с выделением водорода идет за счет восстановления водорода из молекулы воды:
(4.5.)

В большинстве случаев коррозии металлов с водородной деполяризацией при высокой концентрации ионов Н+ · Н20 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, 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 Рн2 = 101 кн/м2 (1 атм).
^
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 SiO2, 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.
^
Н.П. Жук. Курс коррозии и защиты металлов. Жук Н.П. Учебник для студентов металлургических вузов. М: Металлургия. 1968г., 404с.
Конспект лекций по коррозии и защите металлов Бурлаков В.И.
Скачать файл (268 kb.)