Файл: Учебнометодическое пособие к выполнению лабораторной работы Салават 2017.doc

Н⁺ + е ^-  Н;

Н + Н  Н₂. (5)

В виду эквивалентности анодного и катодного процессов скорость коррозии можно определить измерением скорости разрушения металла (анодный процесс), либо по количеству выделенного водорода на катодных участках (катодный процесс), что в ряде случаев удобнее.

Коррозия с водородной деполяризацией характерна для металлов, имеющих электродный потенциал отрицательнее, чем водород, и протекает, как правило, в кислых средах. Однако ряд активных металлов, например, магний и его сплавы, коррозируют таким же образом в нейтральных и щелочных средах за счет восстановления водорода из молекул воды по реакции

Н₂О + е^-  Н⁺ + ОН^- (6)
2 ПРИБОРЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
1 Исследуемые образцы.

2 Лабораторная установка для определения скорости коррозии весовым методом (рисунок 1).

3 Лабораторная установка для определения скорости коррозии объёмным методом (рисунок 2).

4 Аналитические весы.

5 Штангенциркуль.

6 Раствор серной кислоты 0,5н.

7 Фарфоровые тигли 5 шт.

8 Ухваты.
Лабораторная установка для определения скорости коррозии весовым методом (рисунок 1) состоит из муфельной печи 1, приборов для контроля температуры 3.

1 - муфельная печь; 2 - регулятор температуры; 3 - термометр;
4 - термопара; 5 - тигли с образцами

Рисунок 1 - Схема лабораторной установки для определения скорости коррозии весовым методом

1 - бюретка; 2- лабораторный стакан; 3- исследуемый образец;
4- держатель образца; 5- кран; 6- груша.

Рисунок 2 - Схема лабораторной установки для определения скорости коррозии объемным методом

3 МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

3.1 Определение скорости газовой коррозии весовым методом
Испытанию подвергают шесть образцов металла при температуре, заданной преподавателем. Схема установки показана на рисунке 1.

Размеры каждого образца (диаметр и высота), м, измеряются штангенциркулем и заносятся в таблицу. Вычисляется площадь полной поверхности каждого образца:

, (7)

значения, которых также заносятся в таблицу.

Определяется вес каждого образца g₀ на аналитических весах с точностью до 10^-4

---

г.

Образцы помещаются в тигли и вместе с тиглями устанавливаются в муфельные печи, нагретые до указанных выше температур. При каждой температуре в печь помещается по три тигля с образцами.

Тигли с образцами выдерживаются в печи 50 минут, после чего тигли извлекаются из печи, устанавливаются на асбест.

После окончательного охлаждения образцов с тиглями, определяется вес каждого тигля с образцами g_от и затем отдельно вес каждого тигля
без образца g_т.

Определяется вес каждого образца с окалиной g₁ = g_от - g_т. По разности
g₁ - g_о определяется привес образца g в г.
3.2 Определение скорости электрохимической коррозии объемным
методом
Исследование процесса коррозии по объему выделившегося водорода проводят на плоских образцах: два образца из стали с различным содержанием углерода и один образец из цинка в 0,5 н растворе серной кислоты на установке, схема которой изображена на рисунке 2.

Перед исследованием определяют штангенциркулем линейные размеры образцов с точностью мм и рассчитывают их поверхность. Образцы обезжиривают содой, промывают дистиллированной водой и высушивают фильтровальной бумагой. Определяют массу каждого образца на аналитических весах с точностью до 10^-4 г.

Образцы устанавливают на держатель и помещают в лабораторные стаканы 2. Укрепляют бюретку таким образом, чтобы воронки находились над образцами и закрывали их, как показано на рисунке 1.

После сбора всей установки наливают в первый стакан 250 мм 0,5 н раствора серной кислоты и с помощью резиновой груши 6 при открытом кране 5 быстро заполняют бюретку до верхнего деления шкалы. Кран 5 закрывают и включают секундомер. Аналогично заполняют вторую и третью бюретки.

Количество выделившегося кислорода отмечают в бюретке с точностью до 0,1 см³ и записывают в таблицу через 5, 10, 15, 30, 45 мин от начала опыта.

Отработанные растворы сливают в специальный сосуд “для слива”, промывают и собирают установку.
4 ОБРАБОТКА ДАННЫХ ОПЫТА
4.1 Определение скорости газовой коррозии весовым методом
Определяется весовой показатель коррозии, г/м²ч:

, (8)

где S - поверхность (начальная) образца, м

---

²;

 - время выдержки образца при исследуемых температурах, ч.

Зависимость скорости газовой коррозии К⁺ от температуры выражается уравнением:

, (9)

где К⁺ - положительный весовой показатель коррозии, рассчитываемый по формуле (4), г/м²ч;

А - постоянная, формально равная К⁺ при Т =  или ;

е - основание натуральных логарифмов;

Q - теплота активации, Дж/моль;

R = 8,314 Дж/(Кмоль) - газовая постоянная;

Т - абсолютная температура, К.

Уравнение (9) может быть приведено к виду:

, (10)

График в координатах lgK⁺ = f дает прямую.

Эта зависимость удобна для графического нахождения скорости газовой

коррозии при любой температуре. Она же может быть использована и для определения постоянных А и Q уравнения (9) из экспериментальных данных:

при ; (11)

Q = -2,303Rtg = 2,303Rtg, (12)

где  - угол, образуемый прямой lgK⁺ = f c положительным направлением оси х;

 - угол, образуемый прямой lgK⁺ = f с отрицательным направлением оси х.
Результаты эксперимента и расчетные значения заносятся в таблицу 1.

К⁺ рассчитывают по формуле (8); определяют для каждой температуры среднее значение весового показателя коррозии.

По полученным данным необходимо построить график в координатах
“К⁺ - Т, К”, а также в координатах lgK⁺ - ; найти постоянные коэффициенты уравнения температурной зависимости (8); рассчитать по полученной эмпирической формуле весовой показатель коррозии для всех исследований температур и сравнить его с экспериментальными данными.
Таблица 1 – Результаты экспериментов

---

Результаты опытов	Температура испытания, К
	Образцы
	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Размеры образца
а) диаметр, мм
б) высота, мм
Поверхность образца S, м2

Начальный вес образца gо, г
Время коррозии, ч
Вес образца с окалиной и с тиглем gот, г
Вес тигля gт, г
Вес образца с окалиной g1, г
Привес g=g1 - gо, г
K+ г/м2,ч

---

В выводах необходимо отразить результаты эксперимента и привести полученную эмпирическую формулу температурной зависимости скорости газовой коррозии.
3.2 Определение скорости электрохимической коррозии объёмным
методом
Результаты испытаний вносят в таблицу.

Объемный показатель коррозии К_об. по количеству выделившегося водорода рассчитывают по формуле:

К_об. = , см³/см² ч, (13)

где V - объем выделившегося водорода, см₃;

 - время опыта, ч;

 - температура, К;

 - давление, мм рт. ст.;

- давление насыщенного водяного пара, мм рт. ст. при температуре t (см. приложение 1);

S - поверхность образца, см².

Пересчитывают объемный показатель коррозии в массовый (весовой) по формуле:

К = К_об. , г/м²  ч, (14)

где А - атомная масса металла, г;

n - валентность металла;

22492 - объем 1 моля водорода, см³.

Переход от отрицательного показателя изменения массы к глубинному показателю коррозии К_п может быть сделан по формуле:

К_п = К  8,76  _ме , мм/год , (15)

где _ме - плотность металла, г/см³ (приложение 2).

Результаты экспериментов заполняют в виде таблиц 2 и 3

Таблица 2 - Исходные данные

Температура опыта , ºС (Т, К)
Испытуемые образцы
Поверхность образца, S, см2

Таблица 3 - Результаты экспериментов

Время от начала	Количество выделившегося водорода
опыта , мин	см3	см3/см2	см3	см3/см2	см3	см3/см2
5
10
15
30
45
Объемный показатель коррозии Коб, см3/см2 ч
Массовый показатель коррозии К , г/м2  ч
Глубинный. показатель коррозии Кп , мм/год
Группа стойкости по десятибалльной шкале

---