Обработка опытных данных

1. Рассчитывают начальную ЭДС коррозионного элемента, равновесные анодные и катодные потенциалы, принимая концентрацию ионов металлов в растворах (например, [Аl³⁺] и др.) равной 10 моль/л и учитывая, что кислотный показатель среды рН = 7 (в тех опытах, в которых он не замерялся).

Расчеты равновесных потенциалов металлов проводят по формуле

 

φ_м+/м = φ^о + RT/nF • 2,3 lg[M⁺].

 

Расчет равновесного потенциала водородного электрода проводят по формуле

 

φ_Н+/H = φ^о + RT/nF • 2,3 lg а_H+ / Рн₂,

где φн - равновесный потенциал водородного электрода, В;

 φ^о=0 - стандартный потенциал нормального водородного электрода (при а =1 и р =1), В;

а_н - активность ионов водорода в растворе, моль/л;

Рн₂ – относительное парциальное давление водорода над раствором;

n - число электронов, участвующих в реакции восстановления ионов водорода.

 

Н₃0⁺ + е = 1/2Н₂ + Н₂0.

 

При 25°С и парциальном давлении водорода в атмосфере воздуха (р_н= 5 • 10⁸ равновесный потенциал водородного электрода

 

φ = 0,215-0,059 рН,

 

где рН = -lg а_н+ - кислотный показатель среды.

 

2.Строят полную коррозионную поляризационную диаграмму изученной системы в координатах ток (i) -потенциал ( φ ) типа представленной на рисунке 2.

 

φк Н

Me-ne =Men+

2Н+ + 2е = Н2

 φ_к

φ0к Н

φ0к

 

Рисунок.2 - Упрощенный вид поляризационной диаграммы

 

При этом:

а) используют расчетные значения равновесных потенциалов железа, меди и других металлов, водорода и кислорода в качестве исходных точек для построения соответствующих анодных и катодных кривых;

б) при построении катодных кривых для всех металлов учитывают перенапряжение водорода (определяющее наклон катодных кривых, см. таблица 1), полагая, например, что оно на меди в полтора раза выше, чем на железе, т.е.

η_Сu =1,5 η _Fe.

 

3. Подробно описывают протекание опыта. Оценивая газовыделение, можно применять условные показатели: "отсутствует", "очень слабое", "слабое", "среднее", "сильное", "очень сильное".

Т а б л и ц а 2- Перенапряжения водорода (η_н) и ионизация кислорода (η_о) на различных металлах

Металл	ηн,в	ηо,в
Платина	0,02	0,71
Железо	0,35	1,08
Никель	0,25-0,37	1,09
Медь	0,48	1,05
Серебро	0,57	0,97
Алюминий	0,58	-
Цинк	0,72	1,75
Олово	0,7-0,86	1,22
Свинец	1,16	1,45

 

Контрольные вопросы к работе № 1

 

1Типы коррозии. Классификация видов коррозии

2 Электрохимическая коррозия.

3 Термодинамика электрохимических систем и электродных процессов. Условная водородная шкала. Правило знаков ЭДС и электродных потенциалов

4. Электрохимический потенциал. Электрохимические равновесия.

5 Равновесные диаграммы потенциал-pH (диаграммы Пурбе или диаграммы электрохимического равновесия). Принципы построения. Использование диаграмм Пурбе

6Диаграмма равновесия воды

7 Коррозионно-поляризационные диаграммы.

8. Механизм и скорость электродной реакции. Равновесный и стационарный потенциалы. Ток обмена.

9 Простые и смешанные электроды. Поляризация и перенапряжение. Их типы

10Поляризационные диаграммы потенциал – pH

 

Лабораторная работа №2 Определение скорости коррозии металла объемным методом

Цель работы: ознакомиться с количественными методами оценки скорости коррозии

 

Теоретическая часть

Показатели коррозии

Прямые показатели коррозии

- убыль (увеличение) массы на единицу поверхности, г/(м²час);

- глубина коррозионного разрушения (проницаемость), мм/год;

- доля поверхности, занятая продуктами коррозии

- время, необходимое для появления коррозии на определенной части поверхности (10 или 50%);

- объем выделившегося газообразного продукта коррозии;

- время появления первого коррозионного разрушения;

- количество очагов коррозии на единицу поверхности.

- время до появления коррозионной трещины или полного разрушения образца;

Косвенные показатели:

- величина тока коррозии;

- изменение физико-механических свойств металла (предела прочности при испытаниях на сжатие и разрыв, относительного удлинения, отражательной способности и др.);

- электрическое сопротивление.

Скорость коррозии вычисляют либо в весовых единицах, отнесенных к единице поверхности (см², м²) в единицу времени (час, сутки, год), либо в усредненном уменьшении толщины образца в микронах, миллиметрах или сантиметрах в год. При равномерной коррозии эта величина представляет большой интерес для конструкторов, так как дает оценку долговечности изделия.

Скорость коррозии

Скорость коррозии - коррозионные потери металла с единицы поверхности за единицу времени. Определение применяется для случаев сплошной, равномерной, неравномерной, местной, подповерхностной коррозии. Скорость коррозии. может быть выражена в А/м² или г/(м²-ч) и по глубине проникновения - в мм/год. Всеэти показатели эквивалентны и могут быть пересчитаны один в другой. Основным  показателем разрушения магистральных газопроводов является глубина проникновения.

Чаще всего скорость коррозий металлов оценивают количественно по убыли массы единицы поверхности металла в единицу времени - весовой показатель скорости коррозии. Его используют при равномерной коррозии, например при коррозии в кислотах, при коррозии малоуглеродистой стали и меди в атмосферных условиях.

где K_m - скорость коррозии, г/(м²час);

Δm- изменение массы металла за промежуток времени т на поверхности металла S.

Этот показатель может быть отрицательным, если масса металла за время испытания и после удаления продуктов коррозии уменьшилась. Он может быть и положительным, если масса образца за время испытаний увеличилась.

Если известен состав продуктов коррозии металла, то можно сделать пересчет положительного показателя изменения массы в отрицательный по формуле:

 

 

 

— валентность окислителя.

А – атомная масса

Отметим, что весовой показатель не всегда удобен, особенно если сравнивается коррозия металлов разной плотности. В таких случаях лучше пользоваться глубинным показателем коррозии, т.е. средней глубиной проникновения коррозионного разрушения в металл. Для листового металла и обечаек также применяют глубинный показатель коррозии К_п, или δ мм/год:

где z - глубина проникновения коррозионного разрушения в тело металла за время т.

Между этими двумя показателями существует простая взаимосвязь:

 

δ = К_п =8,76(К _m/d) =

 

где d-плотность металла. кг/м³

Глубинный показатель удобен для конструкторов, которые, зная регламент на время эксплуатации изделия, рассчитывают припуск на коррозию.

По величине средней скорости коррозии находят балл, характеристику устойчивости металла и коррозионную активность среды

Независимо от вида агрессивной среды и характера коррозионного разрушения для оценки скорости. используют различные  шкалы коррозионной устойчивости металлов и сплавов (таблица 3) и оценки степени кор­розионной опасности (таблица 4).

При относительно равномерной коррозии с помощью глубины коррозионного проникновения определяют потери массы металла по формуле:

δ = К_п =8,76(К _m/d),

Сопоставление величины максимального коррозионного разрушения, найденного по глубине самых глубоких каверн (мм), с величиной среднего  коррозионного разрушения позволяет оценить степень неравномерности коррозии. Этот фактор необходимо учитывать при определении срока службы магистрального газопровода и др. объектов, поскольку неравно­мерная коррозия приводит к резкому понижению остаточной прочности и живучести участков трубопроводов и оборудования, пораженных ею.

 

Т а б л и ц а 3 -  Шкала коррозионной стойкости металлов и сплавов

 

 

 

 

Группы стойкости	Скорость коррозии, мм/год	Балл
Совершенно стойкие	0,001	1
Весьма стойкие	0,001-0,005	2
	0,005-0,01	3
Стойкие	0,01-0,05	4
	0,05-0,1	5
Пониженной стойкости	0,1-0,5	6
	0,5-1,0	7
Малостойкие	1-5	8
	5-10	9
Нестойкие	>10	10

 

Т а б л и ц а 4 Шкала коррозионной опасности магистральных газопроводов

Степень опасности	Максимальная скорость коррозии, мм/год
Высокая	св. 0,3
Повышенная	0,1-0,3
Умеренная	0,01-0,1

 

Для определения скорости коррозии используются: ультразвуковая и виутритрубная дефектоскопия, инструментальное обследование коррозионных повреждений в шурфах; гравиметрический метод; электрохимический метод с помощью поляризационных кривых; группа методов, основанных на измерении электрических параметров сенсорных устройств, работающих в системах коррозионного мониторинга контролируемых объектов, и др. методы.