Коррозия металлов и методы защиты

10.1. Цель и задачи работы

Определение причин коррозии металлов, термодинамической возможности протекания процесса коррозии, механизма процесса (химический или электрохимический), изучение факторов, тормозящих коррозию.

10.2. Объекты и средства исследования

Образцы металлов: железо, железо оцинкованное и луженое, цинк, медь, алюминий; 2М растворы НCl, Н₂SО₄; 0,2М растворы СuSО₄ и Нg(NО₃)₂; 0,5М раствор NaCl; 1М раствор K₃[Fe(CN)₆]; кристаллический CrO₃.

10.3. Программа работы

10.3.1. Влияние образования гальванопары на скорость коррозии

10.3.1.а. Меднение цинка

В пробирку наливают 2-3 мл раствора СuSО₄ и опускают кусочек цинка. Через 3-4 минуты раствор сливают и промывают омедненный цинк в пробирке водой. Напишите уравнение реакции взаимодействия цинка с сульфатом меди.

Последующие пункты опыта выполняйте одновременно.

10.3.1.б. Взаимодействие цинка с соляной кислотой

В пробирку наливают 2-3мл соляной кислоты и опускают кусочек цинка. Напишите уравнение реакции.

10.3.1.в. Взаимодействие омедненного цинка с соляной кислотой.

В пробирку наливают 2-3 мл соляной кислоты и опускают омеднен­ный цинк. Опишите работу коррозионной гальванопары Zn -Сu:

анод (-) Zn | НСl | Сu (+) катод

Приведите уравнения анодного и катодного процессов, укажите продукт коррозии. С какой деполяризацией идет процесс? В какой из пробирок процесс идет энергичнее и почему? Сравните величины потен­циалов катодного Е_к и анодного Е_а процессов и сделайте вывод о причине самопроизвольной работы коррозионной гальванопары Zn-Сu в среде НСl.

10.3.2. Химическая и электрохимическая коррозия алюминия

Кусочек алюминиевой проволоки длиной 4-5 см зачищают наждачной бумагой, сгибают ее дугой и опускают концами в пробирку с раствором Нg(NО₃)₂. Составьте уравнение протекающей реакции.

Алюминиевую проволоку достают из раствора нитрата ртути, промо­кают фильтровальной бумагой и опускают один конец проволоки в про­бирку с водой, а другой оставляют на воздухе.

Напишите уравнение реакции, происходящей при химической корро­зии алюминия. Укажите причину самопроизвольного протекания химичес­кой коррозии алюминия в сухой атмосфере воздуха.

Опишите работу гальванопары Аl-Нg в нейтральной водной среде. Укажите причину самопроизвольного протекания электрохимической коррозии алюминия в этих условиях.

10.3.3. Активаторы коррозии

Поместите в две пробирки по кусочку алюминиевой проволоки и до­бавьте к ним раствор сульфата меди, слегка подкисленный серной кис­лотой. В одну пробирку прилейте несколько капель раствора хлорида натрия. Что наблюдается в обеих пробирках? В какой из них реакция протекает быстрее? Разрушает ли защитную оксидную пленку на алюми­ниевой проволоке сульфат-ион? Объясните результат опыта и опишите работу коррозионной гальванопары при повреждении оксидной пленки на алюминии активирующими ионами.

10.3.4. Ингибиторы коррозии

Налейте в пробирку 2-3 мл раствора соляной кислоты, поместите туда же железный образец и подогрейте до начала выделения водорода. Затем насыпьте в эту пробирку немного кристалликов оксида хрома (VI). Наблюдайте за интенсивностью выделения водорода. Сделайте предположение о механизме защитного действия оксида хрома (VI), ис­ходя из представлений о его окислительно-восстановительных свойс­твах. Составьте уравнение реакции окисления железа с образованием оксидной защитной пленки Fe₂O₃.

10.3.5. Изучение свойств катодных и анодных покрытий

В две пробирки налейте по 3-4 капли раствора серной кислоты и по 3-4 капли раствора К₃[Fe(CN)₆], который является характерным реак­тивом для обнаружения ионов Fe²⁺.

В одну пробирку опустите полоску оцинкованного железа, в другую - полоску луженого железа с нанесенными на них глубокими царапинами. Выдержите металлические образцы в растворе 2-3 мин, затем осторожно слейте раствор и осмотрите образцы. На каком из образцов в местах срезов и царапин появились продукты синего цвета? Отметьте свои наблюдения и сделайте выводы о том, какое покрытие более надежно защищает железное изделие от коррозии: катодное или анодное? Опишите работу коррозионных гальванопар Zn | H₂SO₄ | Fe и Fe | H₂SO₄ | Sn.

10.4. Контрольные вопросы

Установите термодинамическую вероятность протекания электрохими­ческой коррозии. Запишите схему коррозионной гальванопары, уравне­ния анодного и катодного процессов. Укажите вид и состав конечного продукта коррозии. Гальванопара образуется при следующих условиях:

1. при механическом повреждении сплошности катодного покрытия на стальном изделии во влажной атмосфере воздуха;

2. при механическом повреждении сплошности анодного покрытия на стальном изделии в среде соляной кислоты;

3. на поверхности алюминиевого изделия с медными заклепками во влажной атмосфере воздуха;

4. на поверхности стального изделия с цинковым протектором в нейтральной водной среде (морская вода) в присутствии растворенного кислорода. Можно ли использовать в качестве протектора в этом слу­чае олово?

5. при механическом повреждении сплошности анодного покрытия на стальном изделии во влажной атмосфере воздуха. Надежна ли защита при помощи анодного покрытия?

6. при коррозии латуни (сплав цинка с медью) во влажной атмос­фере воздуха. В какой среде латунные изделия обладают большей кор­розионной устойчивостью: в кислой среде или во влажной атмосфере воздуха?

7. на поверхности стального изделия с магниевым протектором в нейтральной водной среде, содержащей растворенные соли (NaCl, Na₂SO₄) в присутствии растворенного кислорода;

8. гальванопара Аl-Нg находится в нейтральной водной среде. Воз­можно ли образование оксидной защитной пленки на алюминии в этом случае?

9. при механическом повреждении анодного покрытия на стальном изделии во влажной атмосфере воздуха. Надежен ли такой способ заши­ты от коррозии?

10. магниево-алюминиевый сплав эксплуатируется во влажной атмос­фере воздуха. В какой среде кислой или нейтральной этот сплав будет обладать большей коррозионной устойчивостью? Ответ обоснуйте.

11. при повреждении анодного покрытия на стальном изделии в нейтральной среде.

12. Можно ли ставить никелированные заклепки на железные листы? Если контакт этих двух металлов недопустим, то какие заклепки вы применили бы в данном случае? Коррозионная среда - влажная атмосфе­ра воздуха;

13. Можно ли ставить стальные заклепки на никелированное изде­лие? Коррозионная среда - раствор соляной кислоты.

14. при повреждении катодного покрытия на стальном изделии в растворе соляной кислоты. Надежна ли защита при помощи катодных покрытий?

15. Медное изделие, паянное серебром, эксплуатируется во влажной атмосфере воздуха. Является ли коррозионный процесс в данном случае термодинамически возможным?

16. Медное изделие, паянное серебром, эксплуатируется в растворе соляной кислоты. Является ли коррозионный процесс в этом случае термодинамически возможным?

17. Изделие из серого чугуна эксплуатируется во влажной атмосфе­ре воздуха.

18. Стальное изделие с магниевым протектором эксплуатируется в нейтральном растворе хлорида натрия.

19. Никелированное стальное изделие при эксплуатации в нейтраль­ной водной среде получило механическое повреждение покрытия. Наде­жен ли этот способ защиты от коррозии?

20. Объясните причину коррозионной устойчивости магниево-алюми­ниевого сплава во влажной атмосфере воздуха. Будет ли устойчив этот сплав под кислой пленкой влаги?

21. Стальное изделие,паянное оловом, эксплуатируется во влажной атмосфере воздуха. Допустим ли этот способ соединения стальных де­талей?

22. Алюминиевые листы, соединенные медными заклепками, установ­лены в резервуаре с водой, не содержащей агрессивных хлорид-ионов и кислорода. Будет ли коррозионноустойчивым такой контакт двух метал­лов? Допустим ли такой контакт в водной среде, содержащей хло­рид-ионы?

23. В каком случае быстрее произойдет коррозионное разрушение в гальванопаре Аl-Cu: в разбавленном растворе серной кислоты, содер­жащем хлорид натрия или не содержащем его и почему?

24. С какой деполяризацией протекает коррозионный процесс на по­верхности изделия из магниево-алюминиевого сплава во влажной атмос­фере воздуха в приморском районе (учтите возможность попадания хлорида натрия на поверхность металла).

25. Гальванопара образуется на поверхности луженого стального изделия с поврежденным слоем покрытия, находящемся в нейтральной водной среде.

26. Гальванопара образуется на поверхности оцинкованного железа при условии нарушения покрытия во влажной атмосфере воздуха.

27. Изделие из чугуна эксплуатируется в нейтральной водной сре­де.

28. Чугунная деталь автомобиля во влажной атмосфере воздуха, со­держащей СО₂. Надежна ли защита от коррозии этой детали при помощи цинкового протектора?

29. При эксплуатации никелированного стального изделия под кис­лой пленкой влаги образовались повреждения в никелевом покрытии. Как повысить надежность покрытия в этом случае?

30. Почему изделия из оцинкованного железа коррозионноустойчивы в нейтральной пленке влаги и неустойчивы в кислой и щелочной пленке влаги. Ответ обоснуйте.