Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего профессионального образования
«Комсомольский-на-Амуре государственный
технический университет»
Кафедра «Химия и химическая технология»
КОРРОЗИЯ И ЗАЩИТА КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Методические указания к выполнению лабораторных работ
по дисциплине «Химическая сопротивление материалов
и защита от коррозии»
Комсомольск-на-Амуре
2015
УДК 620.19
Коррозия и защита конструкционных материалов: Методические указания / Сост. И.И. Золотарев. – Комсомольск-на-Амуре: ФГБОУ ВПО «КнАГТУ», 2015. – 18 с.
Изложен способ приготовления электродов для коррозионно-электрохимических измерений, приведена методика определения коррозионной стойкости конструкционных сталей по виду анодных поляризационных кривых, предложены методы определения питтинговой и межкристаллитной коррозии, рассмотрены приемы защиты от коррозии путем электрохимического и химического оксидирования, а также нанесения гальванических и полимерных покрытий. Методические указания предназначены для студентов направлений 241000.62 (18.03.02) и 151000.62 (15.03.02), изучающих дисциплину «Химическое сопротивление материалов и защита от коррозии».
Печатается по постановлению редакционно-издательского совета ФГБОУ ВПО «Комсомольского-на-Амуре государственного технического университета».
Согласовано с отделом менеджмента качества.
Рецензент проф., канд.хим.наук О.Г. Шакирова
Лабораторная работа 1
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДА ДЛЯ
КОРРОЗИОННО-ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ
Образец конструкционной стали в виде параллелепипеда 10х10х6 мм или шайбы диаметром 11,3 мм и высотой 6 мм зачис тите на шлифовальной бумаге, обезжирьте кусочком ваты, смоченной в этиловом спирте.
Припаяйте оловянно-свинцовым припоем к торцу электрода рас плющенную медную проволоку, предварительно смочив образец и про волоку 20 %-ным раствором хлористого цинка.
Для изоляции медного провода наденьте на него полиэтиленовую трубочку. Теперь надо изолировать образец отвержденной эпоксидной смолой. Для этого возьмите пробирку или стеклянную трубку от фиксаналов. Дно трубки заткните пробкой, другую пробку про сверлите, пропустите через отверстие медную проволоку электрода и опустите электрод в трубку. Электрод должен висеть на пробке и не касаться дна и стенок. Выньте электрод и нанесите на стенки стеклянной трубки слой парафина или стеарина, чтобы полимер не прилипал к стеклу и легко отделялся.
Возьмите трубку в тряпку и плесните внутрь немного расплавленного парафина. Затем быстрым вращением трубки над электроплитой добейтесь равномерного покрытия парафином стенок трубки и внесите трубку под струю холодной воды, чтобы парафиновая смазка быстро застыла.
10 г эпоксидной смолы слегка подогрейте над электрической плиткой, перемешивая смолу стеклянной палочкой. Как только смола перестанет быть вязкой и захватывать при перемешивании пузырьки воздуха, добавьте 1 г полиэтиленполиамина в качестве отвердителя. Смолу с отвердителем держите в руке и перемешайте, перемешивайте ещё 5 минут. При этом смесь немного разогревается за счет тепла реакции полимеризации.
ВНИМАНИЕ: перегрев смолы перед добавкой отвердителя приводит к бурной химической реакции с выделением нежелательных газовых пузырьков!
Залейте в стеклянную трубку на 3/4 объёма эпоксидную смолу с отвердителем, погрузите туда же электрод и поставьте вертикально на 20 часов.
После затвердевания эпоксидной смолы поместите электрод в химический стакан с водой и нагрейте до кипения. Выключите электроплитку, оставляя стакан на плите 15 мин, затем попытайтесь вытащить электрод из трубки, обернув трубку тряпкой. Если это не удается, разбейте трубку и освободите электрод.
Нацарапайте на нем резцом марку стали и свои инициалы.
Для окончательного отверждения смолы поместите электрод в термошкаф при 100 – 120 °С на 2 часа.
Последняя стадия изготовления электрода состоит в удалении части полимерной изоляции таким образом, чтобы обнажить поверхность образца площадью 1 см2. Осторожно зажмите образец в тисках с алюминиевыми губками и снимите напильником избыток полимера, стараясь не задеть металл. Оставшийся тонкий слой полимера снимается сначала на грубой шлифовальной бумаге, потом на тонкой.
При зачистке металла делайте равномерные поступательные движения электродом вправо и влево до удаления следов предыдущей зачистки. Затем поверните образец на 90° и снова зачищайте на более тонкой шлифовальной бумаге, пока не будут заметны поперечные штрихи.
Лабораторная работа 2
ОЦЕНКА КОРРОЗИОННОЙ СТОЙКОСТИ
КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ ПО ВИДУ
АНОДНЫХ ПОЛЯРИЗАЦИОННЫХ КРИВЫХ
2.1 Основные сведения
2.1.1 Растворение металла и электрический ток
При прохождении анодного тока металл в электролите отдает электроны и растворяется:  .
Например, для железа:  .
Согласно закону М. Фарадея, при прохождении 96485,3 Кл/моль (Ампер·секунда/моль) или  растворяется 1 эквивалент металла. Масса эквивалента равна отношению мольной массы атомов металла к числу отдаваемых электронов.
Например, для железа  .
Если проходит ток силой 2,68 А в течение 10 часов, то коррозионные потери железа составят  .
Скорость коррозии определяется по уменьшению массы анода с единицы поверхности в единицу времени:
 .
Так как отношение силы тока к площади электрода равно плотности тока  , то скорость коррозии  пропорциональна плотности анодного тока.
Можно сделать вывод, что чем выше анодный ток при наложении опре делённого напряжения, тем больше металла или сплава растворяется, тем меньше коррозионная стойкость конструкционного материала.
2.1.2 Поляризационные кривые
Поляризационная кривая - это вольт-амперная характеристика электрода в коррозионной среде. Потенциодинамические поляризационные кривые получаются при равномерном увеличении потенциала в заданных пределах и одновременной записи тока. Это достигается при помощи потенциостата. Типичные поляризационные кривые показаны на рисунке 2.1.
Рисунок 2. – Поляризационные кривые: 1 - нестойкий к коррозии металл или сплав; 2 - пассивирующийся; 3 - коррозионностойкий
Зависимость между плотностью анодного тока и потенциалом для реакции ионизации металла выражается уравнением:
где α – коэффициент, приближенно равный 0,5; n – число электронов, отдаваемых одним атомом ме талла; Е – потенциал электрода; F – число Фарадея (~96500 Кл/моль); R – газовая постоянная (8,314 Дж·моль–1·К–1); k – константа скорости процесса; Т – температура, К.
Из рисунка 2.1 видно, что при прочих равных условиях кривые 1 и 3 различаются по величине константы скорости ионизации металла k, а кривая 2 показывает, что в некотором интервале потенциалов металл стоек к коррозии вследст вие пассивации, т.е образования защитной пленки. При потенциа лах положительнее 1,0 В становится возможной реакция окисления воды с выделением кислорода  и анодный ток начинает расти (кривые 2, 3 на рис. 2.1).
Электрохимическая коррозия возникает как при работе гальванического элемента, так и при наложении внешнего напряжения – электролизе. Например, в гальваническом элементе цинк/медь в серной кислоте идут процессы:
 .
При электролизе на цинке и меди идут те же реакции, но знаки анода и катода меняются. Это легко понять из поляризационных кривых.
Рисунок .2 - Поляризационные кривые пары цинк/медь в кислой среде
Из рис. 2.2 видно, что после пересечения поляризационных кривых происходит «переполюсовка»: катод становится минусом, а анод – плюсом.
Целью работы является получение анодной потенциодинамической поляризационной кривой и заключение о коррозионной стойкости конструкционного материала в данной коррозионной среде.
2.2 Эксперимент
2.2.1 Подготовка электрода и электрохимической ячейки к измерениям
Зачистите электрод из стали Х5М, Х13 или 10Х18Н9Т на тонкой шлифовальной бумаге и обезжирьте его кусочком ваты, смоченной в этиловом спирте. Избыток спирта удалите с поверхности электрода фильтровальной бумагой. В ячейку ЯСЭ-1, показанную на рисунке 2.3, налейте 0,1 н серной кислоты и погрузите в центральное отделение испытуемый электрод. В правое отделение ячейки поместите вспомо гательный электрод из платины. В левое отделение ячейки погрузите насыщенный хлорсеребряный электрод (рисунок 2.3).
Рисунок 2.3 – Ячейка ЯСЭ-1
|
СР – электрод сравнения;
Р – рабочий электрод;
ВСП – вспомогательный электрод
|
2.2.2 Включение потенциостата П–5848
Установить переключатели в следующее положения:
Блок
|
Переключатель
|
Положение
|
Блок БП–1–25
|
Сеть
|
Откл.
|
Блок БУ
|
Диапазон тока, мA
|
100
|
Род работы
|
Ячейка откл,
Потенциал
|
Блок БЗН
|
Уст. 0 – Работа
|
Работа
|
Подъем – Сброс
|
Сброс
|
Внешн. – Внутр.
|
Внутр.
|
U1 – U2
|
U1
|
Блок БВВ–1
|
U3 – Uраб – Uвн
|
Uвн
|
Шкала прибора, V
|
2,0, + , 0,
|
0
|
Подача питания на отдельные блоки потенциостата производится включением тумблера «Сеть» на блоках Блок БП–1–25 и БВВ–1. Через 2 минуты после включения тумблера «Сеть» подается напряжение на усилитель мощности нажатием кнопки «60 V А–Б» на блоке БП–1–25. Потенциостат прогревается в течение 30 минут.
Включите самописец КСП–4 тумблером «Прибор». Тумблер «Диаграмма» пока не трогайте.
2.2.3 Снятие поляризационной кривой
Запишите величину потенциала рабочего электрода на блоке БВВ–1. Точно такой же потенциал с соблюдением знака наберите на блоке БЗН переключателями "Эталонное напряжение" по "0,1 В" и "мВ".
На блоке БУ поставьте "Уст. нуля точно" и с помощью потенциометра "Уст. нуля точно" поставьте стрелку прибора блока БУ на "0". Переключатель "Род работы" на блоке БУ переведите в положение "Потенциал". Включите один из миллиамперметров. Ток должен отсутствовать. На блоке БУ включите "Выход на регистратор" на (+). На самописце включите тумблер "Диаграмма" для записи тока. На блоке БЗН включите (+), "Подъём". При этом потенциал электрода дол жен автоматически увеличиться за 20 мин до 2 В. Через каждые 0,1 В записывайте показание тока по миллиамперметру.
2.2.4 Выключение
При достижении анодного потенциала примерно +1,5 В переключатель "Род работы" на блоке БУ поставьте в положение «Ячейка отключена», на блоке БЗН «0» и «Сброс». На самописце выключите тумблеры "Диаграмма" и "Прибор". Выключите "Сеть" на блоке БП–1–25 и отсоедините от сети вилку стабилизатора.
2.2.5 Извлечение электрода и его осмотр
Рабочий электрод выньте из ячейки, отметьте в тетради состояние его поверхности, промойте дистиллированной водой, просушите фильтровальной бумагой.
2.2.6 Обработка результатов измерений
Постройте поляризационную кривую, сделайте вывод о коррози онной стойкости изучаемой стали в данной среде. Плотность тока пересчитайте в А/м2, а потенциалы - относительно нормального во дородного электрода. Для этого надо прибавить 0,20 В к значению потенциала электрода относительно насыщенного хлорсеребряного. Более точное значение потенциала насыщенного хлорсеребряного электрода при + 25 °С равно 0,204 В.
Лабораторная работа 3
ИЗУЧЕНИЕ ПИТТИНГОВОЙ КОРРОЗИИ ХРОМИСТЫХ
НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЕЙ МЕТОДОМ
ПОЛЯРИЗАЦИОННЫХ КРИВЫХ
3.1 Основные сведения
При нарушении пассивного состояния хлорид-ионами образуются глубокие воронки – питтинги. Стальной резервуар, пробитый насквозь питтингом, начинает снаружи "потеть", затем образуется солевая плёнка после испарения водного раствора. Через некоторое время резервуар начинает протекать и выходит из строя.
Для защиты от питтинговой коррозии необходимо поддерживать потенциал стальной конструкции более отрицательным, чем потенциал питтингообразования. Это достигается катодной защитой.
3.2 Эксперимент
Возьмите образец стали 12Х18Н10Т и снимите анодную поляри зационную кривую в 0,1 н серной кислоте. Найдите на поляризацион ной кривой потенциал перепассивации.
Снова зачистите образец стали 12Х18Н10Т на тонкой шлифовальной бумаге, обезжирьте его этиловым спиртом и снимите анодную поляри зационную кривую в 0,1 н соляной кислоте. Концентрация ионов во дорода и рН раствора почти не изменится по сравнению с 0,1 н сер ной кислотой, зато в присутствии хлорид-ионов растворение стали резко возрастает.
При силе тока 5 мА переведите на «0» развёртку потенциала и в течение 20 мин снимайте зависимость ток–время при посто янном потенциале, постройте график. На поляризационной кривой определите потенциал питтингообразования.
После выключения потенциостата образец промойте водой, про сушите фильтровальной бумагой. На бинокулярном микроскопе рас смотрите питтинги: на светлом фоне видны тёмные пятна воронок с неровными краями. Зарисуйте увиденное.
Глубину питтингов можно определить, если разрезать образец поперек и сделать поперечный шлиф, поместив его под микроскоп.
Лабораторная работа 4
МЕЖКРИСТАЛЛИТНАЯ КОРРОЗИЯ ХРОМОНИКЕЛЕВЫХ
НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЕЙ
4.1 Основные сведения
Межкристаллитная коррозия (МКК) встречается в области пассивно–активного состояния, когда зерно уже запассивировалось, а граница кристаллита растворяется. Для нержавеющих сталей особенно опасен кратковременный отпуск при 550 – 650 °С, когда выпадают по границам зёрен карбиды хрома и рядом образуется обедненная хромом зона, которая имеет пониженную коррозионную стойкость.
Длительный отпуск приводит к диффузионному выравниванию концентрации хрома, и опасность МКК в активно–пассивной области несколько уменьшается.
После потенциала перепассивации (в транспассивной области), наоборот, сильнее растворяются богатые хромом границы кристалли тов, это тоже приводит к МКК. Такой вид межкристаллитной корро зии наблюдается в растворах концентрированной азотной кислоты и других сильных окислителей.
4.2 Эксперимент
Снимите анодную потенциодинамическую (200 мВ/мин) поляриза ционную кривую в 0,1 н серной кислоте для закаленной на аустенитную структуру стали 12Х18Н10Т. При потенциале +1,60 В относительно насыщенного хлорсеребряного электрода переведите разверт ку потенциала на «0» и запишите зависимость ток–время в тече ние 20 мин. Постройте график.
То же самое проделайте с образцом отпущенной при 550 °С (10 мин) стали 12Х18Н10Т.
Поместите образцы закаленной и отпущенной стали под объек тив бинокулярного микроскопа. Убедитесь в появлении признаков МКК на отпущенной стали. Зарисуйте увиденное в окуляр.
Лабораторная работа 5
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТИ КОРРОЗИИ ПО ОБЪЁМУ
ВЫДЕЛИВШЕГОСЯ ВОДОРОДА
5.1 Основные сведения
Скорость коррозии зависит от скорости анодной и катодной реакции в равной степени. Анодный процесс растворения металла или сплава связан с образованием электронов. Если эти электроны не поглощаются на катоде, потенциал анода становится таким отри цательным, что положительно заряженные ионы металла не могут выйти из кристаллической решетки. Это приводит к снижению скорости коррозии.
А может быть и наоборот: катодный процесс идет легко, но константа скорости анодной реакции очень мала. Очевидно, что и в этом случае коррозионный процесс затруднен, потери металла будут незначительны.
В нейтральных и слабокислых средах на катоде идет реакция восстановления кислорода:
 или 
В кислых растворах преобладает выделение водорода:  Кислород, конечно, восстанавливается и в данном случае, но эта реакция не является основной. Дело в том, что плотность катодного тока для реакции восстановления кислорода не превышает 0,5·10–3 А/см2 вследствие малой концентрации кислорода в растворе электролита (около 8 мг/л).
Таким образом, при кислотной коррозии по количеству водоро да, выделившегося за единицу времени, можно судить о скорости коррозии конструкционного материала.
5.2 Эксперимент
5.2.1 Устройство прибора для определения объёма водорода
Водород собирается в перевернутую бюретку, заполненную кислотой.
1 – химический стакан с кислотой;
2 – образец металла или сплава;
3 – бюретка;
4 – держатель;
5 – резиновая груша.
Рисунок 3.1
|
|
5.2.2 Порядок работы
Зачищенный и обезжиренный образец сталей ЗХСНД, ст. 3, Х5М или Х13 подвесьте пинцетом внутри бюретки на специальный выступ. В химический стакан емкостью 200 мл налейте 150 мл 1 н серной кислоты. Откройте кран бюретки и резиновой грушей втяните кислоту в бюретку до верхнего деления, затем кран плотно перекройте. В течение трех часов через каждые 0,5 часа отмечайте уровень кисло ты в бюретке. Постройте график, откладывая по оси абсцисс время в часах, а по оси ординат – объём водорода в мл (см3).
5.2.3 Обработка наблюдений
Для вычисления объема водорода при нормальных условиях надо ввести поправку на давление водяных паров:  , где Р – барометрическое давление, мм рт. ст.,  – давление паров воды над раствором, мм рт. ст. (таблица 5.1).
Таблица 5.1 – Давление паров воды над раствором, мм рт. ст.
t, °С
|
17
|
18
|
19
|
20
|
21
|
22
|
23
|
24
|
25
|
,
мм рт. ст.
|
15
|
16
|
17
|
18
|
19
|
20
|
22
|
23
|
24,5
|
Определите объем водорода при нормальных условиях по формуле:
 ,
где T – температура, К; V – объем водорода, мл.
Найдите число молей выделившегося газа
Столько же молей железа растворится по уравнению:
Рассчитайте скорость коррозии конструкционной стали по формуле:
где S – площадь поверхности образца, м2; τ – время, сутки (1/8 суток).
Лабораторная работа 6.
КОНТАКТНАЯ КОРРОЗИЯ
Опыт 1
В прибор для определения скорости коррозии по объему выделив шегося водорода поместите образец цинка, заполните прибор 0,1 н соляной кислотой. Через 10 мин запишите объём водорода, приведите его к нормальным условиям. Выпустите кислоту из прибора, но не выливайте. Снимите образец.
Опыт 2
Внесите в прибор другой образец цинка с прикрепленной к нему пластиной меди. Снова заполните прибор 0,1 н соляной кислотой и через 10 мин отметьте объём выделившегося водорода.
Укажите знаки электродов, катод, анод. Напишите уравнения электрохимических реакций.
Приведите объём водорода к нормальным условиям и посчитайте, во сколько раз увеличилась скорость коррозии. Для этого объём водорода во втором опыте разделите на объём водорода, выделившегося в первом опыте.
Электрохимически недопустимые контакты – типичная ошибка в химическом машиностроении.
Лабораторная работа 7
ВЛИЯНИЕ ИНГИБИТОРА НА СКОРОСТЬ
КОРРОЗИИ МАГНИЯ
Опыт 1
В прибор для определения скорости коррозии по объёму выде лившегося водорода подвесьте образец магния, заполните прибор 0,1 н серной кислотой и отметьте время, в течение которого набирается 50 мл водорода. Не снимая образец магния, слейте кислоту.
Опыт 2
Заполните прибор 0,1 н серной кислотой с добавкой 10 г/л бихромата натрия. Время измерения такое же, как в предыдущем опыте. Запишите объём водорода, приведите его к нормальным усло виям, учитывая отрицательное давление водяного столбика.
Идет реакция с образованием защитного слоя хромита магния MgCr2O4 (в природе минерал магнезиохромит; компонент огнеупоров):
 .
Рассчитайте коэффициент ингибирующего действия по формуле:
 ,
где V0 – нормальный объем водорода без ингибитора; V1 – объём водорода после добавки ингибитора.
Лабораторная работа 8
НИКЕЛИРОВАНИЕ
Приготовьте электролит, растворив в дистиллированной воде 260 г шестиводного хлорида никеля и 25 г борной кислоты. Доведи те объём до 1 л и тщательно перемешайте.
Соберите электрическую цепь, соединив последовательно реостат, миллиамперметр и электролизёр (гальваническую ванну).
Образец стали Ст3 зачистите тонкой шлифовальной бумагой, про трите кусочком ваты, смоченной в этиловом спирте (для обезжиривания), высушите рабочую поверхность площадью 1-2 см2 фильтро вальной бумагой. Никелевый анод подсоедините к плюсу источника постоянного напряжения не более 10 В, а стальной катод - к мину су. С помощью реостата установите ток 30 – 60 мА.
Через 20 мин выключите ток, катод промойте водой, просушите фильтровальной бумагой или горячим воздухом.
Рассчитайте толщину покрытия  где S – площадь электрода, ρNi – плотность никеля, г/см3; переведите h в мкм. Напишите процессы, про исходящие при нарушении никелевого покрытия в морской воде, укажите знаки катода и анода в образующемся гальваническом элементе.
Лабораторная работа 9
ХРОМИРОВАНИЕ
Хромовое покрытие придает деталям машин и инструменту твер дость, стойкость к коррозии.
250 г бихромата калия или хромового ангидрида растворите в воде, добавьте 2,5 г серной кислоты и доведите объём до 1 л дистиллированной водой.
Электрическая схема такая же, как для никелирования, только катод надо погружать в электролит под напряжением 10 – 12 В, которое безопасно для мужчин. Анодом служит свинцовая пластина. Анод подсоедините к плюсу источника питания – выпрямителя. Плот ность тока 100 - 300 мА/см2, температура 45 - 55 °С. Процессы, протекающие при хромировании:
 .
Через 20 - 30 мин цепь разъедините, тщательно промойте катод проточной, затем дистиллированной водой, просушите фильтровальной бумагой или горячим воздухом.
На микротвердомере определите твердость хромового покрытия и сравните её с твердостью материала катода.
Лабораторная работа 10
КОБАЛЬТИРОВАНИЕ
Для электролитического получения кобальта приготовьте раствор, содержащий 500 г сульфата кобальта, 15 г хлорида натрия и 45 г борной кислоты на 1 л дистиллированной воды.
Соберите электрическую цепь, соединив последовательно реостат, миллиамперметр и электролизёр с раствором для кобальтирования. Образец стали Ст3 зачистите тонкой шлифовальной бумагой, про трите кусочком ваты, смоченной в этиловом спирте (для обезжиривания) и просушите фильтро вальной бумагой. Графитовый анод подсоедините к плюсу источника постоянного напряжения 10-12 В, а стальной катод - к мину су. С помощью реостата установите ток 60 – 65 мА.
Через 20 мин выключите ток, катод промойте водой, просушите горячим воздухом. Отделите покрытие в виде чешуйки и взвесьте её на аналитических весах.
Напишите процессы, про исходящие на катоде и аноде в образующемся гальваническом элементе, учитывая, что на нерастворимом графитовом аноде идет окисление воды.
По закону М. Фарадея определите теоретическую массу кобальта (эквивалентная масса кобальта равна 58,69/2=29,35 г/моль).
Найдите выход по току, разделив массу кобальта, определенную на аналитических весах, на массу кобальта, вычисленную по закону М. Фарадея. Выразите это отношение в процентах.
Рассчитайте толщину покрытия h (в мкм), учитывая, что плотность кобальта 8,9 г/см3.
Напишите процессы, про исходящие при нарушении кобальтового покрытия на железе в морской воде, укажите знаки катода и анода в образовавшемся гальваническом элементе.
Лабораторная работа 11
НАНЕСЕНИЕ ПОЛИМЕРНОГО ПОКРЫТИЯ ДЛЯ ЗАЩИТЫ
ОТ КОРРОЗИИ
На железные пластины, зачищенные шлифовальной бумагой и обезжиренные ватой, смоченной этиловым спиртом, нанесите тонким слоем (1-2 мм) порошок полиэтилена или другого порошкообразного полимера.
Внесите пластины с полимером в термошкаф для оплавления полимера при 220 °С в течение 20, 30, 40 минут.
После извлечения из термошкафа и охлаждения нанесите на металлические пластины с защитным слоем полимера по 2 капли 3%-го раствора NaCl с индикатором на ионы Fe+2 (0,1% й раствор красной кровяной соли K3[Fe(CN)6]). Через 10 мин посчитайте число синих точек под каплей.
Сделайте вывод о надёжности однослойного покрытия полимера для защиты металла от коррозии.
Напишите уравнения реакций, протекающих при попадании кап ли морской воды на стальную поверхность при неравномерном доступе кислорода. Укажите катодную и анодную зону под каплей. Почему при добавлении красной кровяной соли центр капли синеет, а края становятся розовыми в присутствии фенолфталеина? Какие вторичные процессы, приводящие к образованию ржавчины, идут в этом случае под каплей морской воды?
Лабораторией работа 12
ОКСИДИРОВАНИЕ АЛЮМИНИЯ
12.1 Основные сведения
Обработка металла химическим или электрохимическим способом, в результате которой на его поверхности образуется оксидная пленка, называется оксидированием.
Целью работы является получение оксидной пленки на алюминии путем анодного окисления в 20 %-й серной кислоте при 23 - 25 °С. При этом идут реакции:
 .
12.2 Эксперимент
Образец алюминия или его сплава зачистите на шлифовальной бумаге, обезжирьте этиловым спиртом или в растворе, содержащем на 1 л 5 г NaOH, 10 г Na2SiO 3 и 50 г Na3PO4 при 50 °C в течение 3 мин. После обезжиривания в щелочном растворе образец надо промыть в горячей воде (60 °С), потом в холодной, протирая его зубной щёткой.
Оксидирование проводится в химическом стакане с крышкой. Алюминиевый анод помещается в центре, а свинцовый кольцевой катод располагается у стенок. Погрузите электроды в 20 %-ю серную кислоту, анод соедините с плюсом, катод - с минусом выпрямителя на 12 В. По истечении 30 мин процесс прекращается. Выключите вы прямитель, выньте анод, промойте его холодной водой и поместите в сушильный шкаф при 100 120 °С на 10 минут для удаления воды.
Можно после оксидирования поместить образец в горячую (95 °С) дистиллированную воду на 15 мин. При этом оксидная пленка становится более плотной за счет образования гидроксида алюминия, который заполняет поры в пленке.
Нанесите на оксидную пленку каплю раствора, составленного из 3 г K2Cr2O7, 25 мл НС1, плотность которой 1,16 (32 %) и 75 мл воды. Оранжевый цвет капли постепенно переходит в зеленый за счет реакции:
 .
Чем плотнее оксидная пленка и меньше пор в ней, тем позднее наступает изменение цвета капли.
Защитные свойства пленки считаются удовлетворительными, если зеленая окраска появляется через 3-5 мин.
Поместите оксидированный образец в нагретую до 95 °C воду, в которую добавлено 0,1 г анилинового красителя. Через 10 мин образец выньте, выдержите в сушильном шкафу 10 мин при 100 °С.
Лабораторная работа 13
ОКСИДИРОВАНИЕ СТАЛИ
13.1 Основные сведения
Защитную пленку оксидов на поверхности металла или сплава можно получить не только электрохимическим, но и химическим спо собом, например, по реакции
 .
При этом получается оксидная пленка из Fe3O4 блестящего черного цвета, как крыло ворона. Этот процесс называют также воронением.
Целью работы является получение защитной оксидной пленки на стали Ст3.
13.2 Эксперимент
В фарфоровый стакан налейте 200 мл раствора, содержащего 700 г NaOH, 200 г NaNO2, 50 г NaNO3 на 1 л H2O и нагрейте до 142 °С.
Стальной образец зачистите на шлифовальной бумаге, обезжирьте пастой из окиси магния. Как только температура 142 °С будет достигнута, образец опустите на 30 секунд в 15 %-й раствор HCl, промойте водой и погрузите его в ванну для оксидирования на 30 мин с помощью специального крючка. После оксидирования образец тщательно промойте в холодной проточной воде, затем в горячей и обсушите фильтровальной бумагой.
На поверхность вороненого образца приложите на 1 мин лист фильтровальной бумаги, пропитанный 1 %-м раствором K3[Fe(CN)6] с добавкой 1,5 % NaCl. В порах происходит образование турнбулевой сини:
Бумагу снимите, промойте водой, просушите в сушильном шкафу при 100 °С и подсчитайте среднее число синих точек, появившихся на 1 см2 поверхности. Чем меньше синих точек, тем выше качество оксидирования.
ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ
Не допускайте попадания расплавленного парафина на руки.
При изготовлении электрода опасайтесь порезать руки ос колками стекла, пользуйтесь специальными перчатками.
После работы с эпоксидной смолой и отвердителем тщательно мойте руки с мылом.
Не оставляйте включенные приборы без присмотра, не пово рачивайтесь к ним спиной.
Избегайте попадания кислоты на глаза, кожу и одежду. Смывайте кислоту водой, нейтрализуйте раствором двууглекислой (питьевой) соды.
Категорически запрещается поджигать водород.
Мойте руки после работы с бихроматами, они обладают канцерогенными свойствами.
При размещении электродов в электролизере опасайтесь короткого замыкания.
Щелочной раствор, попавший на руки при воронении стали, смывайте водой и нейтрализуйте раствором гидрокарбоната аммония.
При нанесении полимерных покрытий пользуйтесь щипцами и рукавицами для избежания ожогов.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Томашов, Н.Д. Теория коррозии и защиты металлов. / Н.Д. Томашов - М.: АН СССР, 1960. - С. 209-324.
Шаталов, А.Я. Электрохимические основы теории коррозии металлов. / А.Я. Шаталов - Воронеж: Воронежский университет, 1971. - С. 22-68.
Воробьёва, Г.Я. Коррозионная стойкость материалов. / Г.Я. Воробьёва - М.: Химия, 1975. - С. 11-62.
Лабораторные работы по коррозии и защите металлов / Под ред. Н.Д. Томашова, Н.П. Жука, В.А. Титова, В.А. Веденеевой. - М.: ГОНТИ, 1961. - С. 189-198.
Практикум по физической химии / Под ред. А.Я. Шаталова, И.К. Маршакова. - М.: Высшая школа, 1975. - С. 251-252.
Емелин, М.И. Защита машин от коррозии в условиях эксплуатации. / М.И. Емелин, А.А. Герасименко - М.: Машиностроение, 1980. - С. 109-122.
ГОСТ 9.912-89. Единая система защиты от коррозии и старения. Стали и сплавы коррозионностойкие. Методы ускоренных испытаний на стойкость к питтинговой коррозии.
ГОСТ 9.914-91. Единая система защиты от коррозии и старения. Стали коррозионностойкие аустенитные. Электрохимические методы определения стойкости против межкристаллитной коррозии
ГОСТ 9.506-87. Единая система защиты от коррозии и старения. Ингибиторы коррозии металлов в водно-нефтяных средах. Методы определения защитной способности
ГОСТ 9.005-72. Единая система защиты от коррозии и старения. Металлы, сплавы, металлические и неметаллические неорганические покрытия. Допустимые и недопустимые контакты с металлами и неметаллами
ГОСТ 9.303-84. Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия металлические и неметаллические неорганические. Общие требования к выбору.
ГОСТ 9.306-85. Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия металлические и неметаллические неорганические. Обозначения.
Жук, Н.П. Курс теории и защиты металлов. / Н.П. Жук– М.: «Металлургия», 2005, - 472 с.
Семенова, И.В. Коррозия и защита от коррозии. / И.В. Семенова, А.В. Хорошилов, Г.М. Флорианович - ФИЗМАТМЕТ, 2006. – 300 с.
Васильев, Г.Г. Защита трубопроводов от коррозии. / Г.Г. Васильев, М.В. Кузнецов, Ф.М. Мустафин - В 2-х томах. 2005. – 620 с.
|
