Химия (стр. 2 )

1.4.4 Опишите процессы окисления на анодных участках и процессы восстановления на катодных участках металла.

1.4.5 Что называется катодной деполяризацией? Как происходи водородная и кислородная деполяризация?

1.4.6 Как влияет активность металла при его коррозии в электролите на характер коррозийного процесса?

1.4.7 Как влияет состав электролита (в основном рН) на характер катодного процесса при электрохимической коррозии металлов?

1.4.8 Что такое активаторы коррозии?

1.4.9 В раствор поваренной соли опущены:

а) стальная пластинка,

б) стальная пластинка, частично покрытая цинком. В каком случае коррозия протекает интенсивнее? Составьте электронные уравнения происходящих процессов.

1.4.10 Составьте электронные уравнения процессов, происходящих при атмосферной коррозии луженого железа в случае нарушения целостности покрытия.

1.4.11 В раствор уксусной кислоты опущены:

а) свинцовая пластинка,

б) свинцовая пластинка, спаянная с цинком. В каком случае коррозия свинца протекает интенсивнее? Составьте электронные уравнения происходящих процессов.

2 ЗАЩИТА МЕТАЛЛОВ ОТ КОРРОЗИИ

Лабораторная работа № 18

2.1 Цель лабораторной работы

Ознакомление с некоторыми методами защиты металлов от коррозии.

2.2 Теоретическая часть

Защита металлов от коррозии состоит из целого комплекса мероприятий по увеличению работоспособности и надежности машин и конструкций в данной среде. Коррозию можно затормозить пассивацией и изменением потенциала металла, уменьшением концентрации окислителя, изоляцией поверхности металла от окислителя, изменением состава металла.

Выбор способа защиты определяется условиями работы металлов и экономической целесообразностью.

Способы защиты многообразны, основными являются следующие:

а) легирование;

б) защитные покрытия;

в) обработка коррозионной среды;

г) электрохимические методы защиты (протекторная и катодная защита);

д) рациональное конструирование.

Легирование- изменение состава металла путем введения добавок. Цель - повышение коррозионной стойкости или перевод местной коррозии в общую. Примеры: нержавеющие стали (добавки - хром и никель), амальгамированный цинк, легированный магний (добавка - марганец) и т. д.

2.2.1 Защитные или изолирующие покрытия.

Этот метод заключается в изоляции защищаемого металла от окружающей среды, главным образом от влаги. Изолирующие покрытия могут быть самыми разнообразными. Наиболее распространенными являются покрытия лаками, красками, маслом, органические покрытия.

Нанесение полимеров на металл создает защитные слои с особыми свойствами (изолирующие, декоративные).

Можно создать на поверхности металла неметаллические покрытия из неорганических веществ. В этом случае поверхностный слой металла под действием реагентов превращается в химическое соединение с защитными свойствами. Наиболее известны методы оксидирования – образования слоя оксидов, например: FeO, Fe2O3, Fe3O4, Al2O3 и другие.

Фосфатирования- образования слоя солей: Fe3(PO4)2 , Mn3(PO4)2 .

Особо следует остановиться на металлических покрытиях.

Различают два вида таких покрытий: анодное и катодное. Примером анодного покрытия может служить покрытие железа цинком. В этом случае защищающий металл - цинк более активен, чем защищаемое железо. При нарушении целостности покрытия при доступе влаги возникает гальванический элемент, в котором анод – цинк разрушается, а катод – железо остается защищенным до тех пор, пока не будет разрушен защитный слой.

Покрытия менее активным металлом называются катодными. В этом случае при нарушении целостности покрытия корродирует защищаемый металл. В связи с этим требования герметичности для катодного более существенны, чем для анодного. Для железа катодными покрытиями являются медное, никелевое, оловянное (луженое железо), свинцовое, серебряное.

2.2.2 Протекторная защита.

Этот метод применяется в тех случаях, когда защищаемая конструкция (трубопровод, корпус судна) находится в среде электролита (почвенная, морская вода). К конструкциям присоединяются непосредственно или при помощи проводника, специальный анод – протектор с более отрицательным потенциалом, чем потенциал защищаемого металла. В качестве протектора применяется цинк, магниевые сплавы и т. д.

/ / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / /

2

1 3

 

1-  трубопровод (Fe)

2-  проводник тока

3-  протектор (Zn)

Рисунок 1- Схема протекторной защиты

Анодный процесс Zn – 2е- Zn2+ (2.1)

Катодный процесс О2+2Н2О+4е-4ОН - (2.2)

В процессе защиты протектор – анод разрушается.

2.2.3 Катодная защита

В этом случае защищаемую металлическую конструкцию присоединяют к катоду внешнего источника постоянного тока (с небольшой плотностью). К аноду присоединяют металлический лом (старые трубы, рельсы).

При пропускании тока потенциал защищаемой металлической конструкции смещается в отрицательную сторону, что приводит к уменьшению коррозии. Анод при этом подвергается активному разрушению.

2.2.4 Обработка коррозионной среды

Сюда можно отнести удаление или снижение концентрации веществ, вызывающих или ускоряющих коррозионные процессы, а также введение замедлителей или ингибиторов коррозии. Высокотемпературная газовая коррозия происходит за счет кислорода воздуха или других окисляющих сред, удалить кислород из которых нельзя. Поэтому обработка среды сводится к удалению веществ, наличие которых приводит к нарушению устойчивости оксидных слоев, например: галогенов.

Кислород, растворенный в воде, можно удалить нагреванием или поглотить, пропуская воду через фильтры со стальными стружками:

4Fe + 3O22Fe2O3 (2.3)

Удаление влаги из воздуха резко снижает его коррозионное действие. Нейтрализация кислых сред, вызывающих коррозию металлов за счет водородной деполяризации, производится с помощью СаО или Na OH:

2Н++СаО Н2О + Са2+ (2.4)

Н+ + NaOH H2O + Na+ (2.5)

Ингибиторы (представляют собой вещества, пассивирующие поверхность металлов и препятствующие развитию коррозии).

Ингибиторами могут быть как органические, так и неорганические вещества.

Ингибиторы кислотной коррозии (так называемые травильные присадки) хорошо адсорбируются поверхностью самого металла, но не адсорбируются его химическими соединениями (например, ржавчиной). Тонкая адсорбционная пленка предохраняет металл от действия на него кислых сред. Химические же соединения растворяются в кислоте, содержащей ингибитор. Замедлители коррозии получили широкое распространение на практике для химической очистки черных металлов от окалины, ржавчины и накипи

.

2.2.5 Рациональное конструирование

Конструкция металлических сооружений должна быть рациональна не только с точки зрения механической прочности, но и со стороны коррозионной стойкости. При этом необходимо избегать неблагоприятных контактов различных металлов, ослаблять механические воздействия, устранять напряженные участки, застойные зоны.

2.3 Экспериментальная часть

2.3.1 Опыт 1. Электрохимическая защита.

В пробирку с разбавленной уксусной кислотой, к которой прибавлено несколько капель раствора иодида калия, поместите Мg и свинец в контакте друг с другом. Другой образец свинца для сравнения поместите в другую пробирку с таким же раствором. Где скорее появится желтое окрашивание? Составьте схему действия гальванопары. Объясните результат опыта.

2.3.2 Опыт 2. Анодные и катодные покрытия.

В две пробирки с 3% раствором хлорида натрия к которому добавлено несколько капель раствора К3 опустите образцы оцинкованного и луженого железа, предварительно сделав на их поверхности на отдельных местах глубокие царапины ножом. Какой образец скорее подвергается коррозии? Объясните результат опыта и составьте схему действия гальванопар.

2.3.3 Опыт 3. Применение ингибиторов.

Налейте в три пробирки по 1/3 объема раствора соляной кислоты. В одну из пробирок поместите кусочек цинка, во вторую железа, в третью – алюминия. Если реакция протекает медленно, нагрейте пробирку. Когда выделение водорода станет интенсивным, насыпьте в каждую немного уротропина. Какой наблюдается эффект? Во всех ли случаях уротропин является ингибитором? Налейте в отдельную пробирку соляной кислоты, добавьте ингибитор и поместите в пробирку кусочек мела. Изменила ли кислота присущие ей свойства от введения ингибитора?

2.4 Контрольные вопросы

2.4.1 Какие сушествуют методы защиты от коррози? Охарактеризуйте кратко сущность каждого из них.

2.4.2 Какие бывают защитные покрытия?

2.4.3 Что такое катодные и анодные покрытия? Приведите примеры.