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  ® 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 

 

Таблица 2 – Экспериментальные результаты 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      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

 

      5. Строим график зависимости массового  показателя коррозии К_m от концентрации углерода в сплаве:

 

      

4. Оцениваем  стойкость железоуглеродистых сплавов  в соответствии со шкалой коррозионной стойкости (табл. 4): 

 
 

ВЫВОД: 

 

Вариант 1       «Электрохимическая коррозия с водородной деполяризацией»  

Объем водорода, см³