Электрохимическая коррозия с водородной деполяризацией

Рефераты по физике » Электрохимическая коррозия с водородной деполяризацией

Федеральное агентство по образованию РФ

Южно-Уральский государственный университет

Кафедра «Физическая химия»

Дисциплина ________________________________________________________

О Т Ч Е Т

по лабораторной работе

«Электрохимическая коррозия с водородной деполяризацией»

Студент группы_______________

____________________________

Челябинск

Цель работы: установить зависимость скорости коррозии железоуглеродистых сплавов в разбавленной серной кислоте от содержания углерода в сплаве.

Общие положения

В разбавленном растворе серной кислоты (до 20 мас.% H2SO4, рН  1) железоуглеродистые сплавы корродируют с водородной деполяризацией:

катодный процесс: 2 H+ (p-p) + 2  Н2 (газ)  1 (1)

анодный процесс: Fe(тв)  2  Fe2+(р-р)  1 (2)

суммарное уравнение: H2SO4 (p-p) + Fe(тв)  Н2 (газ) + FeSO4 (p-p) (3)

Водородная деполяризация протекает в кинетическом режиме (самая медленная стадия – или разряд ионов водорода, или рекомбинация атомов водорода в молекулу). Пузырьки водорода формируются преимущественно на поверхности катодных структурных составляющих сплавов (в сталях – на цементите, в сером чугуне – на графите). Поэтому возрастание скорости коррозии корр при постоянной температуре возможно за счет экстенсивного фактора – увеличения площади SК катодных участков (при этом скорость коррозии на единице площади поверхности не изменяется):

. (4)

Площадь катодных участков на поверхности сплава пропорциональна концентрации углерода в сплаве, поэтому существует зависимость – чем больше содержание углерода, тем больше скорость коррозии сплава.

С ростом температуры скорость химической реакции возрастает в соответствии с уравнением Аррениуса. Для процесса водородной деполяризации это проявляется в уменьшении поляризации катодного процесса. Установлено, что при увеличении температуры на 1 градус перенапряжение выделения водорода уменьшается, в среднем, на 2 мВ. Поэтому с увеличением температуры скорость коррозии железоуглеродистых сплавов в кислых растворах резко возрастает.

Обработка результатов

Таблица 1 – Исходные данные образцов

Марка сплава	08КП	Ст3	45	У10	АЧС-3
Содержание углерода С, мас.%	0,09	0,24	0,43	0,96	3,5
Плотность материала , г/см3	7,85	7,7	7,7	7,6	7,1
Диаметр образца d, мм
Толщина образца h, мм
Площадь поверхности образца, см2: S = 2(d 2/4) + dh

Таблица 2 – Экспериментальные результаты

Время , мин	Объем водорода (абсолютное значение и на единицу площади образца)
	08КП		Ст3		45		У10		АЧС-3
	, см3	/S, см3/см2	, см3	/S, см3/см2	, см3	/S, см3/см2	, см3	/S, см3/см2	, см3	/S, см3/см2
0

1. Строим графики зависимости объема выделившегося водорода от длительности коррозии /S = f() для каждого сплава (вместе 08КП, Ст3 и 45; вместе У10 и АЧС-3):

2. Скорость коррозии /(S) вычисляем как угловой коэффициент наклона линейной зависимости /S = f(). Для этого выбираем на линии графика две точки и по их координатам вычисляем угловой коэффициент наклона:

. (5)

3. Объемный показатель коррозии вычисляем по формуле

, (6)

где Р = …….…..……., мм.рт.ст.  фактическое атмосферное давление; Т = ……..……… , К  температура. В формуле учтены: переход от минут к часам; пересчет объема водорода к нормальным условия (давление 760 мм.рт.ст., температура 273 К).

3. Массовый показатель коррозии железа Кm вычисляем из объемного показателя коррозии Коб на основе эквивалентного соотношения между массой прореагировавшего железа и объемом выделившегося водорода (см. уравнение химической реакции (3)):

. (8)

4. Глубинный показатель коррозии (проницаемость):

. (7)

Таблица 3 – Результаты расчета показателей коррозии

Марка сплава
08КП

Ст3

45

У10

АЧС-3

Скорость коррозии
/(S), см3/(см2мин)

Объемный показатель коррозии
Коб, см3/(см2час)

Массовый показатель коррозии
Кm, г/(м2час)

Глубинный показатель коррозии
(проницаемость) КП, мм/год

5. Строим график зависимости массового показателя коррозии Кm от концентрации углерода в сплаве:

Таблица 4 – Десятибалльная шкала
коррозионной стойкости металлов

№ группы	Название группы стойкости	Проницаемость П, мм / год	Балл
1	Совершенно стойкие	менее 0,001	1
2	Весьма стойкие	0,001…0,005 0,005…0,01	2 3
3	Стойкшие	0,01…0,05 0,05…0,1	4 5
4	Пониженно стойкие	0,1…0,5 0,5…1,0	6 7
5	Малостойкие	1,0…5,0 5,0…10,0	8 9
6	Нестойкие	более 10	10

4. Оцениваем стойкость железоуглеродистых сплавов в соответствии со шкалой коррозионной стойкости (табл. 4):

Марка сплава	№ группы	Название группы стойкости	Балл
08КП
Ст3
45
У10
АЧС-3

ВЫВОД:

Вариант 1 «Электрохимическая коррозия с водородной деполяризацией»

Марка сплава	08КП	Ст3	45	У10	АЧС-3
Толщина образца h, мм	1,3	2,2	2,1	3,0	1,7
Диаметр образца d, мм	9,0	15,0	12,6	10,0	8,0

Объем водорода, см3

Время, мин	08КП	Ст3	45	У10	АЧС-3
0	0	0	0	0	0
5	0,1	0,3	0,4	1,4	11,8
10	0,1	0,5	0,8	3,3	22,6
15	0,2	0,8	1,3	4,9	35,0
30	0,2	1,5	2,8	11,0	66,6
45	0,3	2,3	4,6	16,3	95,4
60	0,4	3,2	6,2	23,0

Вариант 2 «Электрохимическая коррозия с водородной деполяризацией»

Марка сплава	08КП	Ст3	45	У10	АЧС-3
Толщина образца h, мм	1,8	1,8	1,8	1,8	1,8
Диаметр образца d, мм	10	14	12	12	10

Объем водорода, см3

Время, мин	08КП	Ст3	45	У10	АЧС-3
0	0	0	0	0	0
5	0,1	0,2	0,3	1,6	17,6
10	0,1	0,4	0,7	3,8	33,7
15	0,2	0,7	1,1	5,7	52,3
30	0,3	1,3	2,5	12,8	99,4
45	0,3	1,9	4,0	19,0
60	0,5	2,7	5,5	26,8

Вариант 3 «Электрохимическая коррозия с водородной деполяризацией»

Марка сплава	08КП	Ст3	45	У10	АЧС-3
Толщина образца h, мм	2	2	2	2	2
Диаметр образца d, мм	10	12	13	14	8

Объем водорода, см3

Время, мин	08КП	Ст3	45	У10	АЧС-3
0	0	0	0	0	0
5	0,1	0,2	0,4	2,2	12,4
10	0,1	0,3	0,8	5,2	23,8
15	0,3	0,5	1,3	7,7	36,9
30	0,3	1,0	2,9	17,3	70,2
45	0,4	1,5	4,8	25,6	99,85
60	0,5	2,1	6,5	36,1	–

Вариант 1 «Электрохимическая коррозия с водородной деполяризацией»

Марка сплава	08КП	Ст3	45	У10	АЧС-3
Толщина образца h, мм	1,3	2,2	2,1	3,0	1,7
Диаметр образца d, мм	9,0	15,0	12,6	10,0	8,0

Объем водорода, см3

Время, мин	08КП	Ст3	45	У10	АЧС-3
0	0	0	0	0	0
5	0,1	0,3	0,4	1,4	11,8
10	0,1	0,5	0,8	3,3	22,6
15	0,2	0,8	1,3	4,9	35,0
30	0,2	1,5	2,8	11,0	66,6
45	0,3	2,3	4,6	16,3	95,4
60	0,4	3,2	6,2	23,0

Вариант 2 «Электрохимическая коррозия с водородной деполяризацией»

Марка сплава	08КП	Ст3	45	У10	АЧС-3
Толщина образца h, мм	1,8	1,8	1,8	1,8	1,8
Диаметр образца d, мм	10	14	12	12	10

Объем водорода, см3

Время, мин	08КП	Ст3	45	У10	АЧС-3
0	0	0	0	0	0
5	0,1	0,2	0,3	1,6	17,6
10	0,1	0,4	0,7	3,8	33,7
15	0,2	0,7	1,1	5,7	52,3
30	0,3	1,3	2,5	12,8	99,4
45	0,3	1,9	4,0	19,0
60	0,5	2,7	5,5	26,8

Вариант 3 «Электрохимическая коррозия с водородной деполяризацией»

Марка сплава	08КП	Ст3	45	У10	АЧС-3
Толщина образца h, мм	2	2	2	2	2
Диаметр образца d, мм	10	12	13	14	8

Объем водорода, см3

Время, мин	08КП	Ст3	45	У10	АЧС-3
0	0	0	0	0	0
5	0,1	0,2	0,4	2,2	12,4
10	0,1	0,3	0,8	5,2	23,8
15	0,3	0,5	1,3	7,7	36,9
30	0,3	1,0	2,9	17,3	70,2
45	0,4	1,5	4,8	25,6	99,85
60	0,5	2,1	6,5	36,1	–