Электрохимическая коррозия с водородной деполяризацией (стр. 1 из 2)

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

® Н_{2 (газ)}|´1 (1)

анодный процесс: Fe_(тв)- 2

®Fe²⁺_(р-р)|´1 (2)

суммарное уравнение: H₂SO_{4 (p-p)} + Fe_(тв)® Н_{2 (газ)} + FeSO_{4 (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 u_корр при постоянной температуре возможно за счет экстенсивного фактора – увеличения площади S_К 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 r, 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×(p×d 2/4) + p×d×h

Таблица 2 – Экспериментальные результаты

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

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

2. Скорость коррозии u/(S×t) вычисляем как угловой коэффициент наклона линейной зависимости u/S = f(t). 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 К_m вычисляем из объемного показателя коррозии К_об 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 u/(S×t), 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 К_m от концентрации углерода в сплаве:

Таблица 4 – Десятибалльная шкала
коррозионной стойкости металлов

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