Методи захисту металів від корозії - курсова робота, сторінка 2

Анодна поляризація - це зміщення потенціалу анода в позитивну сторону при анодного струму.

Розглянемо окремі ступені анодного процесу і з'ясуємо ступінь їх участі в гальмування загального анодного процесу.

Хімічна поляризація. Гальмування електродного процесу за рахунок труднощів в протіканні електродної реакції в загальному називається хімічної поляризацією електрода. В окремому випадку, якщо електродним процесом є анодне розчинення металу, тобто процес переходу металу в розчин з утворенням гідратованого іона (іонізація металу) по реакції:

то затримка анодного процесу з цієї причини може бути названа перенапруженням іонізації металу.

Концентраційна поляризація. тобто підвищення концентрації власних іонів металу безпосередньо у поверхні електродів внаслідок відставання процесу дифузії іонів металу в глибину розчину. Зсув потенціалу з цієї причини відповідає величині 0,059 lg С для одновалентних іонів і 0,029 lg С для двовалентних іонів (для t = 25 °), де С - концентрація (точніше активність) власних іонів металу в розчині безпосередньо біля поверхні металу. Так як розчинність продуктів корозії технічних металів, особливо в нейтральних середовищах, невелика, то значною поляризаційної концентраційної поляризації анода корозійного елемента очікувати не доводиться. У деяких випадках корозії введення в корозійний розчин комплексообразователей, що зв'язують іони розчиняється металу в комплекс і зводять концентрацію власних іонів майже до нуля, може викликати помітне зменшення анодної поляризації. За рахунок цього також значно прискорюються процеси корозії.

Виникнення анодної пасивності. Багато метали при наявності в розчині окислювачів і у відсутності активних іонів здатні утворювати захисні плівки - стає пасивними. Анодна поляризація в певних умовах може полегшувати освіту захисних плівок і, отже, буде сприяти переходу металу в пасивний стан. При виникненні пасивного стану початковий анодний процес переходу металу в іонну стан гальмується утворилася пасивної плівкою. Потенціал анода при цьому сильно зміщується в позитивну сторону. Величина спостережуваних зсувів потенціалу для залізного електрода може перевищувати 1 ст. Гальмуванням анодного процесу внаслідок наступаючого явища анодної пасивності пояснюється мала швидкість корозії ряду металів і сплавів і, зокрема, нержавіючих сталей.

Катодна поляризація - це зміщення потенціалу катода в негативну сторону при проходженні катодного струму. Перебіг катодного реакції можуть гальмувати два основних процеси:

Хімічна поляризація катода, тобто гальмування за рахунок труднощі протікання самої реакції з'єднання деполяризатора D з електроном, наприклад затримка в протіканні реакції:

Утруднення протікання катодного процесу з цієї причини також називається перенапругою реакції катодного деполяризації.

Гальмування в процесі підведення до катодного поверхні деполяризатора [D] або відведення від катодного поверхні продуктів відновлення деполяризатора [e - D]. Утруднення катодного процесу з цієї причини називається концентраційної поляризацією катода. Всякий процес асиміляції електрона на катоді, тобто будь-який процес відновлення якої-небудь речовини, може є катодного деполяризуючих реакцією.

Можливі види реакцій катодного деполяризації при корозійних процесах класифікуються наступним чином:

Деполяризація мігруючими з розчину іонами; в результаті катодного реакції відбувається розряд або зміна заряду іона.

Деполяризація нейтральними молекулами в розчині. В результаті катодного реакції відбувається утворення аніонів, наприклад, іонізація кисню або галогенів.

Відновлення нерозчинних плівок. наприклад оксидів або гідратів.

Відновлення органічних сполук.

З усіх перерахованих можливих реакцій катодного деполяризації в практиці корозії найбільше значення має, безсумнівно, реакція з використанням в якості деполяризатора кисню повітря.

Сповільнювачі (інгібітори) корозії.

Деякі речовини, що додаються в корозійну середу навіть у відносно невеликих кількостях, можуть за деяких умов, викликати значне зниження швидкості корозії. Такі речовини називаються сповільнювачами або інгібіторами корозії.

У практиці боротьби з корозією сповільнювачі знаходять широке застосування головним чином в системах, що працюють з постійним або мало оновлюється об'ємом розчину, наприклад в деяких хімічних апаратах, системах охолодження, парових котлах і т.п. особливо велике застосування знаходять сповільнювачі в процесах травлення металів з метою видалення з поверхні окалини або іржі. У цих випадках правильно складені розчини для травлення. добре розчиняючи іржу або окалину, майже не діє на метал. Ця обставина може вважатися непрямим свідченням електрохімічний природу дії більшості сповільнювачів, тобто гальмує їх дію на катодні і анодні процеси при розчиненні металу і порівняно малий вплив їх на хімічний процес розчинення окалини.

Ефективність дії сповільнювача часто виражається величиною ингибиторного ефекту (Z), який представляє відношення швидкості розчинення металу в неінгібіторной корозійної середовищі (S0) до швидкості розчинення того ж металу і при тих же умовах, але в ингибиторной корозійної середовищі (S), тобто

За механізмом свого гальмуючого дії на електрохімічний процес корозії інгібітори ділять на анодні, катодні і екранують. тобто ізолюючі активну поверхню металу. По складу інгібітори ділять на органічної та неорганічної природи. За умовами, в яких вони застосовуються, їх можна розділити на інгібітори для розчинів і летючі інгібітори. дають захисний ефект в умови атмосферної корозії. Так як ефективність дії інгібітора сильно залежить від значення рН середовища, то можна їх розділити також на кислотні, лужні і інгібіторидля нейтральних середовищ.

Механізм дії значного числа інгібіторів полягає в адсорбції інгібітору на кородуючої поверхні і подальшому гальмуванні катодних і анодних процесів.

До органічних сповільнювач, крім органічних колоїдів типу агар-агар, декстрину, сульфовані органічного клею, відносяться численні органічні речовини, що містять в молекулі полярні групи, як, наприклад, аміни і їх солі, ряд інших азотистих органічних сполук, а також альдегіди, гетероциклічні сполуки , тіосечовина, меркаптани, натрієві солі ароматичних карбоксилової кислот, солі високомолекулярних аліфатичних кислот і ін. було обстежено величезна кількість органічних речовин. Багато з них дають хороший ефект гальмування корозії заліза та інших металів, однак для переважної більшості інгібіторів цей ефект виявляється значним тільки в кислих середовищах.

Механізм їх дії, мабуть, зводиться до адсорбції на металевих катодах і зростанню величини перенапруги водню, а для деяких класів цих сповільнювачів - до адсорбції на анодах і гальмування анодного процесу. Крім того, ряд органічних сповільнювачів пригнічує корозію за рахунок гідрофобізації поверхні, на якій молекули сповільнювач утримуються силами адсорбції. Незважаючи на великий обсяг проведених в цій галузі досліджень, механізм дії органічних сповільнювачів різних класів не цілком з'ясований.

Органічні інгібітори знаходять широке застосування при кислотному травленні металів, сприяючи розчиненню оскаліни і сильно сповільнюючи руйнування основного металу, для захисту металевих ємностей при зберіганні і перевезенні кислот і останнім часом для захисту парокотельного установок від корозії під дією живильної води і пари.

Плівкова теорія пасивності.

Найбільш заснованої і розвиненою теорією пасивного стану є плівкова теорія пасивності, яка пояснює пасивний стан виникненням найтоншої часто невидимої, захисної плівки продуктів взаємодії середовища з металом. Найчастіше ця найтонша плівка являє собою якийсь кисневе з'єднання металу. У більшості випадків встановлення пасивного стану вдається визначити наявність найтонших плівок. Виникнення пасивного стану металу, як правило, відзначається в тих середовищах, де можна припустити існування нерозчинних продуктів взаємодії металу та середовища.

Можна вказати на три причини появи корозійної стійкості внаслідок екранування поверхні захисними плівками.

Стійкість через повну ізоляцію металевої поверхні від корозійного середовища. Електродний потенціал металу при цьому вже не може бути виміряна звичайними методами.

Стійкість в основному за рахунок гальмування катодного процесу. Електродний потенціал при цьому мало змінюється, або навіть зміщується кілька в негативну сторону.

Стійкість в основному через гальмування анодного процесу (зменшення активності анодної поверхні і полегшення пассивирования). Подібна дія криють плівок викликає помітне облагороджування потенціалу.

З вище сказаного випливає, що далеко не всяка окісна плівка викликає пасивне стан. Виникнення пасивного стану пов'язане лише з можливістю утворення нерозчинних плівок безпосередньо на анодних ділянках при протіканні на них анодного процесу. Тільки такі захисні плівки вибірково гальмувати анодний процес і, отже, бути в повній мірі пасивуючими плівками. Тонкі, невидимі суцільні плівки частіше задовольняють цій умові і, як правило, виявляються більш захисними, частіше забезпечують пасивний стан, ніж товсті пухкі шари на кшталт вторинних виділень продуктів корозії.

Зсув потенціалу в позитивну сторону під впливом освіти пасивної плівки може також бути деяким критерієм ступеня пасивного стану металу в даних умовах. Різні метали показують індивідуальні зміни потенціалу зачистці плівки під розчином безпосередньо під час вимірювання потенціалу.

У лужних розчинах (0,1M NaOH) багато метали схильні давати нерозчинні окисні і гідроокісние плівки. У зв'язку з цим помітне разблагоражіваніе потенціалу при зачистці (або, що те ж, облагороджування потенціалу при утворенні плівки) буде спостерігатися у багатьох металів. У розчинах соляної кислоти (0,1), навпаки, для більшості металів не утворюється нерозчинних плівок і в зв'язку з цим немає помітної зміни потенціалу при зачистці - ці середовища не пасивують більшість металів.

Робочі розчини і матеріали.

Для роботи використовувалися зразки Ст3 (сталь3) в кількості 7 штук. Всі зразки зачищають шліфувальною папером, зважувалися, також визначалася площа кожного зразка, за винятком тих, які були призначені для оксидування.

У даній роботі використовувалися наступні реактиви:

- робочі розчини 0,1 сірчана кислота, соляна кислота, хлорид натрію;

розчин для оксидування: на 0,1 дм 3 необхідно: 50 г NaOH, 20 г NaNO2 і 5 г NaNO3.

для визначення захисних властивостей отриманого покриття і розподілу анодно-катодних зон: 0,15 HCl + 0,4М CuSO4 + 10% NaCl; 3 г NaCl + 0,1 г K3 [Fe (CN) 6] + 2-3 краплі розчину фенолфталеїну на 100 см 3 розчину.

для визначення пористості: на 100 см 3 розчину 1 г K3 [Fe (CN) 6] +1,5 г NaCl.

інгібітор корозійного процесу 2 см 3 розчину 5 * 10 -3 М алкілфосфоновой кислоти.

2. Отримання оксидної плівки лужним методом.

Два зразка були зачистили наждачним папером, знежирити, промили дистильованою водою і завісили в стакан з сумішшю для оксидування. Нагріли до кипіння і підтримували слабке кипіння протягом 30 хвилин. Після цього обігрів припинили, зразки вийняли, ретельно промили дистильованою водою і висушили фільтром. При цьому один із зразків додатково прокип'ятили в дистильованої воді протягом 10 - 15 хвилин, потім вийняли і знову ретельно просушили фільтром.

3. Визначення пористості оксидної плівки.

Для визначення пористості оксидної плівки брали 2 чисті сторінки оксидований і неоксідірованний. Накладали на висушені зразки фільтр, змочений відповідним розчином. Потім витримали протягом деякого часу, протягом якого сині крапки не з'явилися. З цього можна зробити висновок про те, що отриманий оксидний шар на одному з зразків не пористий.

Визначення полярності і потенціалу зразків.