Типы коррозионных гальванических элементов

План :

 

 

 

 

 17. Типы коррозионных гальванических элементов 

Протекание коррозии по электрохимическому механизму происходит аналогично реакции в гальваническом элементе.

В коррозионных системах возможно образование коррозионных гальванических элементов разных типов:

1. элементы с разнородными электродами:

Zn |ZnSO4 | | H2SO4 | Fe;

Fe | NaCl, H2O,O2 | C(гр.); Fe| NaCl, H2O, O2 | Fe3C; и др.

Подобного типа коррозионные элементы повсеместно возникают при коррозии металлических конструкций мостов, транспортных тоннелей, верхнего строения пути, кабелей связи, опор контактной сети.

В мостах наблюдаются повреждения в заклепочных швах, обрыв головок заклепок вследствие их коррозии, корродируют фасонки связей, места соединения деталей высокопрочными болтами, образуются трещины в верхних поясах продольных балок (ферм).

Разрушаются элементы верхнего строения пути: появляются трещины в рельсах, рельсовых скреплениях, закладных шайбах, анкерных болтах.

Разнородными электродами могут быть: железо-графит, железо-цементит, нагартованный металл в контакте с таким же отожженным металлом, граница зерна металла в контакте с самим зерном, монокристалл металла определенной ориентации в контакте с монокристаллом другой ориентации. Различные грани кристаллов имеют изначально разные потенциалы и, следовательно, разную склонность к коррозии.

2) концентрационные  элементы, в которых два одинаковых электрода контактируют с растворами разных концентраций (С1 и С2). Существуют два типа концентрационных элементов:

 а) солевой элемент

(А)Cu | CuSO4| |CuSO4| Cu (K);

 С1 < C2

 б) элемент дифференциальной аэрации

 (A) Fe |O2, H2O, NaCl| |NaCl, H2O, O2 | Fe (K).

 деаэрирован насыщен кислородом

 азотом воздуха

 [O2] < [O2]

Анодом является электрод, помещенный в раствор с меньшей концентрацией электролита (С1). В элементе а) растворяется медь электрода, помещенного в разбавленный раствор CuSO4 и осаждается на другом электроде (катоде), опущенном в раствор CuSO4 большей концентрации. В элементе б) разрушается железный анод, деаэрированный азотом, где концентрация О2 меньше.

Рис. 1. коррозия по ватерлинии – пример элемента дифференциальной аэрации

 

Различие в концентрации кислорода сопровождается возникновением разности потенциалов и протеканием тока. Коррозия подобного типа возникает при щелевой коррозии, в резьбовых соединениях, на стыках труб, в зазорах между рельсом и накладкой, где концентрация кислорода в щелях меньше чем снаружи; на железе с ржавчиной; при коррозии по ватерлинии.

 Элементы дифференциальной  аэрации часто являются причиной  язвенной или щелевой коррозии  нержавеющих сталей, алюминия, никеля, других пассивных металлов в  водных средах (например, в морской  воде).

 3) термогальванические элементы, в которых электроды из одного и того же металла, но имеют разную температуру, и погружены в электролит одинакового состава. Эти элементы менее изучены. Они возникают в теплообменниках, паровых котлах, погружных нагревателях, в деталях мостов, нагретых на солнечном свету и соединенных с деталями, охлажденными в тени и др.

 В растворе CuSO4 медный электрод при более высокой температуре – катод, при низкой – анод. При замыкании цепи элемента медь осаждается на горячем электроде и растворяется с холодного. Так же ведет себя свинец, а серебро имеет обратную полярность. Для железа в разбавленном аэрированном растворе NaCl горячий электрод является анодом, но через несколько часов работы в зависимости от аэрации, скорости перемешивания и от того, закорочены ли электроды, полярность может измениться.

 

 

47. Методы оценки защитных свойств нефтепродуктов

Защитные свойства характеризуют способность нефтепродукта «защищать» металл от коррозии в присутствии электролита. Конкретно для топлив это означает степень уменьшения скорости электрохимической коррозии в системе топливо-металл-вода. Поэтому для надежной эксплуатации техники, средств хранения и перекачки горючего очень важно, чтобы топлива не только сами не были агрессивными, но и обладали достаточными защитными свойствами. 

Для оценки защитных свойств при квалификационных испытаниях бензинов в настоящее время используют два показателя:  
коррозионную активность в условиях конденсации воды,  
коррозионную активность в присутствии электролита. 

Коррозионная активность топлив в условиях конденсации воды опреде ляется по методу, предложенному Е. С. Чурщуковым (ГОСТ 18597-73). Особенность этого метода - приближение условий испытания к реаль ному проявлению защитных свойств топлива при конденсации растворен ной воды за счет перепада температуры.

Сущность метода заключается в определении потери массы стальной пластинки (Ст. 3), находящейся в бензине в течение 4 ч при насыщении бензина водой и ее конденсации на пластинке. Коррозионная активность бензинов в условиях конденсации воды определяется на приборе Е. С. Чурщукова (рис.2). Прибор изготовлен из термостойкого стекла и предста вляет собой двухстенную колбу, во внутренней части которой находится полая стеклянная площадка 4 для размещения стальной пластинки 3. Испытание проводят следующим образом. 

Прибор предварительно промывают спирто-бензольной смесью, укрепляют в штативе и подключают к двум жидкостным термостатам. Термостаты включают в сеть и нагревают в них жидкость (воду), поступающую в полую площадку, до 30 °С, а жидкость, подающуюся в межстенное пространство, -до 60 °С. В нагретый прибор на стеклянную площадку помещают предварительно отшлифованную, протравленную ингибированной соляной кислотой и взвешенную стальную пластинку. Через воронку заливают в колбу 60 мл профильтрованного испытуемого бензина и в желобок 5 мл дистиллированной воды; закрывают прибор холодильником и продолжают нагрев. Через 4 ч обогрев отключают, вынимают пластинку, промывают ее спирто-бензольной смесью, протравливают ингибированной соляной кислотой и взвешивают. 

Коррозионную активность топлива в условиях конденсации воды (Ка, г/м2) вычисляют по формуле:

Ка = ((m - m1) - h)/S

где

• m и m1 -масса пластинки до и после испытания, г;

• h - постоянная травления (убыль массы пластинки за счет травления ингибированной соляной кислотой), г;

• S - площадь поверхности пластинки (без учета поверхности, прилегающей к стеклянной площадке), м2.

 

 

 

Рисунок. 2. Прибор Е. С. Чуршукова для определения коррозионной активности бензинов: 1-водяной холодильник; 2-желобок; 3-металлическая пластинка; 4-стеклянная площадка для пластинки.

Рисунок. 3.  Прибор С. К. Кюрегяна и К. А. Демиденко для определения коррозионной активности в присутствии электролита: 1-обратный холодильник; 2-пробирка; 3-барботер; 4-пластинки; 5-распорные втулки.

Допускаемые расхождения между параллельными определениями не должны превышать 0,5 г/м2 при коррозионной активности до 5 г/м2 и 1,0 г/м2 при коррозионной активности выше 5 г/м2. 

Для товарных и опытных образцов автомобильных бензинов ниже представлены результаты оценки коррозионной активности в условиях конденсации воды:

Бензин	Ка , г/м2	Бензин	Ка , г/м2
А-72		АИ-93, неэтилированный
образец 1	1. 2	образец 1	1, 7
образец 2	3, 9	образец 2	2, 6
А-76, неэтилированный		АИ-93, этилированный
образец 1	0, 7	образец 1	1, 9
образец 2	1. 0	образец 2	2, 6
А-76, этилированный		АИ-93, опытный с метил-
образец 1	3, 6	трет-бутидовым эфиром	1, 6
образец 2	6, 7
А-76, опытный с метил-
трет-бутиловым эфиром	0, 4

 

 

Считают, что бензин обладает удовлетворительными защитными свойствами и выдержал испытания, если его коррозионная активность в условиях конденсации воды не превышает 6,0 г/м2.

Коррозионная активность в присутствии электролита позволяет более дифференцированно оценить защитные свойства бензинов, обладающих малой коррозионной активностью в условиях конденсации воды, что очень важно при подборе и исследовании эффективности ингибиторов коррозии. Метод оценки разработан С. К. Кюрегяном и К А. Демвденко.

Испытание проводят на приборе, изображенном на рис. 2 Прибор состоит из широкой пробирки 2 с обратным 10-ти шариковым холодильни ком 1 В пробирке размещается барботер 3, на который надеты стальные пластинки 4 Между пластинками устанавливают распорные втулки 5 из стекла или другого нейтрального к нефтепродуктам материала, которые удерживают пластинки под соответствующим углом на определенном расстоянии 
В пробирку наливают 100 мл испытуемого топлива и 20 мл воды, содержащей 2 г морских солей Пробирку помещают в водяную баню (термостат), нагретую до 60 °С Во время испытания по барботеру 3 подают воздух со скоростью 3 л/ч. Продолжительность испытаний составляет 4 ч.

Подготовку стальных пластин и обработку их после испытания проводят аналогично подготовке и обработке пластин при определении коррозионной активности бензинов по ГОСТ 18597-73

Защитные свойства бензинов характеризуются потерей массы пластин на единицу площади за время испытания. Расчет проводят по формуле определения коррозионной активности согласно ГОСТ 18597-73 (нижняя поверхность пластин при расчете не учитывается)

Метод определения коррозионной активности в присутствии электролита применяют также для оценки эффективности защитных присадок (ингибиторов коррозии). Для сравнения используют эталонное топливо-смесь двух индивидуальных углеводородов. 80% эталонного изооктана (ГОСТ 5. 394-70) и 20% толуола (ГОСТ 5789-69), так называемая смесь ИТ.

Ниже представлены результаты оценки защитных свойств бензинов, базовых компонентов и присадок

Топливо	Потеря массы пластин,   г/м2 (Ст.3)
Бензин А-76, этилированный	7, 7
Бензин АИ-93, неэтилированный	10, 4
Бензин каталитического риформинга	9, 6
Бензин каталитического крекинга	10, 5
Алкилбензин	8, 3
Смесь ИТ	12, 7
Смесь ИТ+ 0, 005% присадки В-15/41	0, 9
Смесь ИТ+ 0, 005% присадки БМП	0, 6

 

 

 

 

 

77. Почему отмывка автомобиля от сажи и грязи предотвращает коррозию?

В повседневной жизни мы чаще всего сталкиваемся с атмосферной коррозией — коррозией металлов в условиях атмосферы и любого влажного газа, а также коррозией металлов, развивающейся в условиях оказываемого на них механического воздействия. Особого внимания заслуживает атмосферный вид коррозии, возникающий при контакте в среде электролита двух разнородных металлов, что приводит к образованию ими гальванической пары. В паре, где более активный металл играет роль анода и окисляется, активность того или иного металла характеризуется величиной его электродного потенциала. На этом принципе основана коррозионно-стойкая и протекторная защита металлов. Для получения коррозионно-стойкой защиты на защищаемый металл наносят слой металла из числа более электроположительных, чем он, элементов, для протекторной — электроотрицательных.

С точки зрения коррозии автомобиль — это некая субстанция, изготовленная из тонких листов железа невысокого качества. Конструкционные особенности данного сооружения таковы, что по окончании сборки в нем образуется большое количество скрытых, плохо проветриваемых полостей, способных прекрасно накапливать влагу, пыль, грязь. Вся машина сверху донизу насквозь испещрена сварными и вальцованными соединениями, крепежными и дренажными отверстиями. При этом не стоит забывать и про тяжело нагруженные участки конструкции, испытывающие на себе постоянное воздействие знакопеременных и пульсирующих механических напряжений, приводящих к появлению в этих местах преждевременной усталости металла с неминуемым коррозионо-ржавым финалом.

Итак, из всего вышесказанного однозначно следует то, что, даже не принимая во внимание фактор агрессивной дорожной среды, кузов любого автомобиля изобилует «слабыми» с точки зрения коррозионной устойчивости местами. А после того, как он отправится в путь, где его встретят грязь, вода, соль, летящие из-под колес камни, выбоины на дорогах, когда он будет вынужден стойко переносить все экологические и климатические превратности того или иного региона, справляться со всевозможными механическими и температурными перегрузками, все это вместе взятое да с учетом фактора времени способно «укатать» абсолютно любую технику.

Таким образом, удаление грязи, пыли, сажи, соли, растворов электролитов с поверхности металла, просушивание корпуса, сделают коррозионную среду менее агрессивной, что способствеут замедлению коррозии.

 

107. Вычислите время, в течение которого должен быть пропущен ток в 1,5 А через раствор цинковой соли, чтобы покрыть металлическую пластинку слоем цинка толщиной 2,5*10-5 м, если общая площадь поверхности пластинки 0,1 м2, а выход по току 90,5% (плотность цинка 7133 кг/м3).