Коррозия и защита металлов

Задача 1

  4. Что такое контактная  коррозия, радиационная коррозия, коррозия  внешним током и коррозия блуждающим  током?

 

Решение:

Контактная коррозия – это вид коррозии, вызванный контактом металлов, имеющих разные стандартные электродные потенциалы в данном электролите.

Радиационная  коррозия – это коррозия, обусловленная действием радиоактивного излучения.

Коррозия внешним  током и коррозия блуждающим током. В первом случае – это коррозия металла, возникающая под воздействием тока от внешнего источника. Во втором случае – под воздействием блуждающего тока.

 

Задача 2

При химической коррозии металлов в атмосфере сухого воздуха, содержащего газообразные под воздействием высоких температур образуются пленки продуктов коррозии. Напишите уравнения образования этих соединений. Зная плотности металлов, их оксидов, хлоридов, сульфидов, определите, какие из плёнок будут обладать защитным действием.

№ задачи	Металл,	г/см3	Продукты коррозии и их плотности, г/см3
24		8,91

 

Решение:

Уравнения реакций

 

 

 

 

Определим, какие из пленок будут обладать защитным действием.

Соотношение между объемом  оксида и объемом металла:

 

где

 

 

 

 

 

Если выполняется условие  сплошности:

 

то это соединение обладает защитными свойствами.

Для :

 

 

Для :

 

 

Для :

 

 

Таким образом, защитными  свойствами будет обладать только пленка оксида никеля, т.к. при по условию сплошности Пиллинга и Бедворса образуются рыхлые пористые пленки, а при может происходить такое возрастание внутренних напряжений, которое приводит к вспучиванию и отслаиванию пленки, что снижает ее защитные свойства.

 

Задача 3

3.1 Напишите уравнения катодного и анодного процессов и составьте схему гальванического элемента, при работе которого протекает следующая реакция. На основании стандартных электродных потенциалов рассчитайте константу равновесия данной реакции и ЭДС элемента.

№ задачи	Реакция	Ответы
44

 

Решение:

Схема гальванического элемента

 

Уравнение анодного процесса

 

Уравнение катодного процесса

 

Рассчитаем ЭДС элемента.

Стандартные электродные  потенциалы металлов:

для цинка 

для кадмия

стандартная ЭДС элемента:

 

Константа равновесия:

 

где

 

- число Фарадея, - число электронов. участвующих в полуреакции.

- универсальная газовая  постоянная

 - абсолютная температура

 

 

Задача 4

Составьте электронные уравнения  анодного и катодного процессов  коррозии стального трубопровода, содержащего  включение A, во влажной почве (Н₂О и О₂).  Каков состав продуктов коррозии?

Рассчитайте необходимую  толщину стенок трубопровода (мм), который должен прослужить τ лет, если скорость его коррозии равна . Остаточная толщина стенок трубопровода должна быть не меньше 25% от первоначального значения. Плотность железа = 7,87 г/см³ = 7,87·10³ кг/м³

 

№ задачи	Примесь	, кг/м2·год	, лет	Ответы, мм
64		1,695	13	3,73

 

Решение

Процессы коррозии металлов, у которых катодная реакция осуществляется с участием растворенного в электролите  кислорода, называются коррозией с  кислородной деполяризацией.

Анодный процесс:

 

Катодный процесс:

 

Общая реакция:

 

Рассчитаем необходимую толщину стенок трубопровода.

Глубинный показатель коррозии – характеризует глубину коррозионного разрушения металла за определенное время эксплуатации:

 

Рассчитаем необходимую  толщину стенки трубопровода.

Толщина стенки, подверженная коррозии за период эксплуатации :

 

Отсюда, с учетом того, что  остаточная толщина стенок трубопровода должна быть не меньше 25% от первоначального значения, получим необходимую первоначальную толщину стенки:

 

 

Задача 5

Можно ли использовать данное покрытие для эффективной защиты стального изделия от коррозии во влажном воздухе?

Составьте электронные уравнения  катодного и анодного процессов  коррозии, возникающей при нарушении  целостности покрытия. Каков состав продуктов коррозии?

Какой должна быть толщина  покрытия, чтобы оно прослужило лет, если величина его глубинного показателя коррозии П мм/год. Покрытие считается действующим до тех пор, пока его остаточная толщина не составит 15% от первоначального значения.

№ задачи	Металл покрытия	, лет	мм/год	Ответы, мм
84		12	0,30	4,23

Решение

Так как титан стоит  левее чем железо в ряду активности металлов, то его можно использовать в качестве протектора для защиты стального изделия от коррозии во влажном воздухе.

 

 

Анодный процесс:

 

Катодный процесс:

 

Общая реакция:

 

Рассчитаем необходимую  толщину защитного покрытия.

Толщина покрытия, подверженная коррозии за период эксплуатации :

 

Отсюда, с учетом того, что  остаточная толщина защитного покрытия должна быть не меньше 15% от первоначального значения, получим необходимую первоначальную толщину защитного покрытия:

 

 

Задача 6

Можно ли использовать предлагаемый материал в качестве протектора для защиты стального изделия от коррозии в природной воде, насыщенной кислородом? Составьте электронные уравнения катодного и анодного процессов коррозии. Каков состав продуктов коррозии?

Определите возможный  срок службы протектора сечением , если скорость его коррозии , г/м2·год, а масса m, г.

 

№ задачи	Материал протектора	, cм	, см	, г/м2·год	, г	Ответы год
104		150	100	4	30	5

 

Решение

Так как хром стоит левее  чем железо в ряду активности металлов, то его можно использовать в качестве протектора для защиты стального изделия от коррозии в природной воде, насыщенной кислородом.

 

 

Электронные уравнения катодного и анодного процессов коррозии:

Анодный процесс:

 

Катодный процесс:

 

Площадь протектора:

 

Срок службы протектора:

 

 

Задача 7

Металлическое изделие, содержащее примесные включения сильно корродирует в растворе Скорость коррозии составляет г/м2·час. Для замедления процесса в растворах кислот используют ингибиторы. Скорость коррозии изделия в присутствии ингибитора – Определите коэффициент торможения коррозии и степень защиты Составьте электронные уравнения катодного и анодного процессов коррозии изделия в кислоте. Каков состав продуктов коррозии?

№ задачи	Металл изделия	Примесь			Ответы
124			2,50	0,96	2,6; 61,6%

 

Решение

Коэффициент торможения коррозии:

 

Степень защиты:

 

Электронные уравнения катодного и анодного процессов коррозии:

Анодный процесс:

   - растворение металла

Катодный процесс:

 

Общая реакция:

 

 

Задача 8

Составьте электронные уравнения  процессов, протекающих на катоде и аноде при электролизе растворов В (формулы веществ см. в табл.). При электролизе В использовался растворимый анод, а катодом – защищаемое металлическое изделие. Какова масса твердого вещества, выделившегося на катоде при электролизе раствора В при прохождении тока в течение часов?

№ задачи	Соединения В	Растворимый анод		час	Ответы: г
144			6	1	6,3

 

Решение

Электронные уравнения катодного и анодного процессов:

Анодный процесс:

 

Катодный процесс:

 

Зависимость количества вещества, образовавшегося при электролизе, от времени и силы тока описывается обобщенным законом Фарадея:

 

где m — масса образовавшегося при электролизе вещества (г); Э — эквивалентная масса вещества (г/моль); М — молярная масса вещества (г/моль); n — количество отдаваемых или принимаем электронов; I — сила тока (А); t — продолжительность процесса (с); F — константа Фарадея, характеризующая количество электричества, необходимое для выделения 1 эквивалентной массы вещества (F= Кл/ моль = 26,8 А· ч / моль).

 

Ответ: