дз. Коррозия металлов Коррозия

• Название: Коррозия металлов Коррозия
• Дата: 23.03.2021
• Размер: 0.66 Mb.
• Имя файла: KonsSR4_Korrozia_AVTI_2015.doc
• Тип: Документы; #187343
• страница: 3 из 3

2) Электрохимическая защита от коррозии - состоит в катодной или анодной поляризации защищаемого М.

• 
  Катодная поляризация. Суть - если на изделие извне наложить более отрицательный потенциал, чем анод коррозионной пары, то анод растворяться не будет. Два способа:
  

- Катодная протекторная защита: к металлическому изделию, подвергающемуся электрохимической коррозии, подсоединяют протектор - металл с более отрицательным потенциалом, чем металл изделия. Материалы протекторов - Al, Mg ,Zn и сплавы на их основе в виде пластин, брусков и др., которые непосредственно прикрепляются к защищаемому изделию. В коррозионной среде протектор - анод, разрушается, изделие - катод, остается неизменным, идет восстановление окислителя.

Например, бронзовый подшипник (Sn/Cu) и шейка вала гребного винта (Fe) корабля создают коррозионную пару, в которой разрушается поверхность стального вала, что очень опасно (потеря винта). Если в непосредственной близости прикрепить к корпусу цинковую пластину, то она будет растворяться и держать под отрицательным потенциалом возникшую коррозионную пару, запрещая ее работу.

- Катодная защита (от внешнего источника постоянного тока): конструкцию (изделие) подключают к отрицательному полюсу – это катод, к положительному полюсу - анод (жертвенный анод) - он разрушается (например, отработанный стальной рельс и др. лом). Катодная поляризация используется для защиты подземных трубопроводов, кабелей, шлюзовых ворот, обшивки подводных лодок, водных резервуаров, морских трубопроводов и оборудования химических заводов, корпусов автомобилей.




К⁺ А^-

Задача 22.

Протектор Al или Mg на стальном (Fe) изделии в морской воде(рН = 8)

Решение.

Протектор Al → Al³⁺ + 3eили Mg → Mg²⁺ + 2e,

на стальном (Fe) изделии 2Н₂О + 2е → Н₂ + 2ОН^-
Задача 23.

Выберите протектор для защиты стальной конструкции (Fe ) в кислой среде ( рН=4) на воздухе. Напишите уравнения процессов коррозии. Рассчитайте, как изменится масса протектора, если за некоторое время в процессе коррозии поглотилось 112 мл кислорода и выделилось 112 мл водорода.

Решение.

При протекторной защите к металлическому изделию непосредственно или через металлический проводник подсоединяются металл или сплав с более отрицательным значением потенциала, чем потенциал защищаемого изделия. Для железа ( В) в качестве анодного протектора можно использовать магний ( В), цинк ( В), алюминий ( В). При контакте с окислителем металл протектора растворяется, а защищаемое изделие не разрушается. Например, выберем магний. Так как < , то в паре с железом магний будет анодом.

Согласно уравнению Нернста равновесные потенциалы вероятных окислителей (Н⁺ и О₂) равны:

В,

В.

Так как < , , то в данной среде термодинамически возможна электрохимическая коррозия магниевого протектора с кислородной и водородной деполяризацией:

A^- : Мg → Мg²⁺ + 2

K⁺ : O₂ + 4H⁺ + 4 → 2H₂О

2H⁺ + 2 → H₂ .

В соответствии с заданием определим количество моль-эквивалентов поглотившегося кислорода и выделившегося водорода (условия считаем нормальными, л/моль, л/моль): моль-экв, моль-экв.

Таким образом, на катоде претерпело изменение 3^.10^-2 моль-эквивалентов окислителя. По закону эквивалентов такое же количество протекторного материала растворилось на аноде: моль-экв. Масса растворившегося протектора (с учетом молярной массы эквивалента магния г/моль) равна: г.

• 
  Анодная защита - наложение на конструкцию положительного потенциала и перевод ее в пассивное состояние. Метод применим для металлов, способных пассивироваться. Требует строгого контроля потенциала, что трудно осуществимо на практике.
  

А: 2Cr + 3H₂O – 6e→ Cr₂O₃ + 6 H⁺

Электрозащита от коррозии применяется при работе гидростанций, морских портовых устройств и т. д.

3) Изменение свойств коррозионной среды (основной метод в теплоэнергетике)

• 
  Уменьшение концентрации коррозионно опасных компонентов (O₂, H⁺, Cl^-, СО₂ и др.)
  
• 
  Введениеингибиторов -специальных добавок, замедляющих коррозию.
  
• 
  Уменьшение выбросов в атмосферу (NO_x, SO_2, CO₂ и др.), осушение воздуха (на адсорбентах).
  

Уменьшение концентрации кислорода О₂:

• 
  деаэрация (кипячение),
  
• 
  барботаж неактивного газа (N₂),
  
• 
  восстановление с помощью сульфитов, гидразина и др.
  

O₂ + N₂H₄ = N₂ + 2H₂O

2Na₂SO₃ + O₂ = 2Na₂SO₄

Уменьшение концентрации растворенного СО₂

(СО₂ + Н₂О↔Н₂СО₃↔Н⁺ +НСО₃^-):

NH₃ + H₂CO₃ = NH₄НСО₃

Снижение концентрации ионов Н⁺:

(гидразин-аммиачный режим ТЭС, рН = 9-9,2; нейтральный режим АЭС)

рН↑ вводя известь CaO +H⁺→Ca²⁺+ OH^-

Снижение общего содержания солей (различные методы водоочистки);

Замена более агрессивных ионов (Cl^-) менее агрессивными (NO₃^-);

Применение ингибиторов:

Ингибиторы – вещества-замедлители коррозии. Ингибиторы:

♦ Жидкофазные применяют в замкнутых системах при V = const.

♦ Газофазные применяют при эксплуатации М на воздухе.

Механизм действия - ингибитор, адсорбируясь на поверхности М тормозит:

- или анодный процесс - анодный ингибитор,

- или катодный процесс – катодный ингибитор,

- или и анодный и катодный процесс - экранирующий ингибитор.
Пример.

Анодный ингибитор As₂O₃ (жидкофазный), отравляет катодные участки поверхности М (где идет выд. Н₂, → Еа↑, V_корр. ↓).

Анодные ингибиторы (нитриты, хроматы,бихроматы и т.д.). Действие - окисление поверхности М с образованием тонкой пленки (0,01 мкм) трудно растворимого соединения с М, которая тормозит анодную реакцию, смещая потенциал в положительную сторону.

Экранирующие ингибиторы коррозии - ПАВ, в основном органические соединения, содержащие аминогруппу NH₂-. Действие - адсорбция на границе раздела М - кислота. В результате адсорбции - торможение анодных и катодных процессов.

ВЫВОД: Выбор методов защиты от коррозии определяется природой защищаемого металла, параметрами коррозионной среды, конструкцией, условиями эксплуатации и экономическими соображениями.