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) + dh
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/(см2мин)
Объемный показатель коррозии
Коб, см3/(см2час)
Массовый показатель коррозии
Кm, г/(м2час)
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
–
Нравится материал? Поддержи автора!
Ещё документы из категории физика:
Чтобы скачать документ, порекомендуйте, пожалуйста, его своим друзьям в любой соц. сети.
После чего кнопка «СКАЧАТЬ» станет доступной!
Кнопочки находятся чуть ниже. Спасибо!
Кнопки:
Скачать документ