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.% H₂SO₄, рН » 1) железоуглеродистые сплавы корродируют с водородной деполяризацией:

катодный процесс:          2 H⁺ _(p-p) + 2  ® Н_{2 (газ)}      | ´1                        (1)

анодный процесс:           Fe_(тв) - 2  ® Fe²⁺_(р-р)         | ´1                        (2)

суммарное уравнение:   H₂SO_{4 (p-p)} + Fe_(тв) ® Н_{2 (газ)} + FeSO_{4 (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 u_корр 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 = 2×(p×d 2/4) + p×d×h

Таблица 2 – Экспериментальные результаты

Время t, 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 коррозии u/(S×t), см3/(см2×мин)
Объемный показатель коррозии Коб, см3/(см2×час)
Массовый показатель коррозии Кm, 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 № группы Название группы стойкости Проницаемость П, мм / год Балл 1 Совершенно стойкие менее 0,001 1 2 Весьма стойкие 0,001…0,005 0,005…0,01 2 3 3 Стойкшие 0,01…0,05 0,05…0,1 4 5 4 Пониженно стойкие 0,1…0,5 0,5…1,0 6 7 5 Малостойкие 1,0…5,0 5,0…10,0 8 9 6 Нестойкие более 10 10

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	–