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.% H2
SO4
, р
Н » 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: H2
SO4 (
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 uкорр
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
|
Таблица 2 – Экспериментальные результаты
| Времяt, 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 коррозииu/(S
×t), см3 /(см2 ×мин) |
|||||
| Объемный показатель коррозииК
об , см3 /(см2 ×час) |
|||||
| Массовый показатель коррозииК
m , 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
|
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 | – |