Wydział Chemiczny

Technologia chemiczna

Grupa II

Sprawozdanie 2

Wyznaczanie i porównanie szybkości korozji Cu i Al w różnych środowiskach metodą oporu polaryzacyjnego i metodą krzywych polaryzacji.

Aleksandra Głowacka

Grzegorz Powideł

Beata Stanisławczyk

Ewa Szulc

Karina Śmigielska

Marcin Świtalski

Marcin Wychota

Nina Zarucka

1. Część teoretyczna

Korozja to proces stopniowego niszczenia zachodzący na powierzchni metali i ich stopów oraz tworzyw niemetalowych (np. betonu, drewna) wskutek chemicznego lub elektrochemicznego oddziaływania środowiska. Korozja chemiczna polega na chemicznym oddziaływaniu ośrodka na tworzywo (np. tworzeniu się związków chemicznych metalu z pierwiastkami otoczenia), korozja elektrochemiczna, niszcząca metale, wywoływana jest przepływem ładunków elektrycznych przez granicę metal - elektrolit.

Metoda wyznaczania szybkości korozji opracowana przez Sterna oparta jest na zależności pomiędzy tzw. oporem polaryzacji i szybkością korozji metalu w środowisku elektrolitycznym. Opór polaryzacji wyznaczamy polaryzując galwanostatycznie próbkę metalu (Al i Cu) w małym przedziale zmian potencjału 0 < ŋ = [E - E_st] < 10 mV. Wielkość oporu polaryzacyjnego określa kąt nachylenia zależności ŋ = f [I], wyznaczonej dla układu.

Wartość gęstości prądu korozyjnego oblicza się ze wzoru Sterna:

(1)

gdzie:

R - opór polaryzacji

ŋ = [E - E_st] lub ŋ = [E - E_kor ]- zmiana potencjału próbki wskutek polaryzacji

I - prąd polaryzacji

E_st lub E_kor potencjał metalu (odpowiednie stacjonarny lub korozyjny)

b_a i b_k - współczynniki Tafela dla krzywych polaryzacji anodowej i katodowej

I_k - gęstość prądu korozyjnego

S - powierzchnia badanej próbki

Wyznaczona wartość I_k pozwala na obliczenie szybkości korozji V_m i V_p, które odpowiadają chwilowej szybkości korozji (w momencie wykonywania polaryzacji).

(2)

(3)

gdzie:

V_m - szybkość korozji mg/cm²

V_p - szybkość korozji mm/rok

M - masa gramoatomowi badanego metalu

F - stała Faradaya (26,8 Ah)

Z - liczba wymienianych elektronów

I_k - gęstość prądu korozyjnego

d - gęstość właściwa metalu

2. Opis wykonywanych czynności

• Próbkę badanego metalu (Al a następnie Cu) umieściliśmy w naczynku pomiarowym zawierającym odpowiedni roztwór (HCl, H₂SO₄ i NH₄NO₃)

• Podłączyliśmy odpowiednio elektrody i po ustaleniu zakresu potencjału zapoczątkowaliśmy proces korozji

• Otrzymane wyniki zestawiliśmy w tabeli

Metal		Al			Cu
Środowisko	HCl	H2SO4	NH4NO3	HCl	H2SO4	NH4NO3
Prąd korozyjny [A]	1,969E-03	2,147E-06	4,669E-06	3,417E-05	5,117E-05	5,713E-05
gęstość prądu [A/cm2]	2,462E-02	2,684E-05	5,836E-05	4,271E-04	6,397E-04	7,142E-04
bk [V/dec]	0,079	0,060	0,167	0,141	0,076	0,052
ba [V/dec]	0,081	0,135	0,107	0,052	0,385	0,374
R [Ohm]	1,415	1,636E+03	1,667E-03	9,291	2,498E+02	1,478E+02
potencjał początkowy V	-0,777	-0,627	-0,473	-0,198	-0,055	-0,017
potencjał końcowy V	-0,692	-0,498	-0,394	-0,100	0,092	0,106
szybkość korozji [mm/rok]	268,5000	0,2927	0,6355	4,9940	7,7483	8,3550

3. Obliczenia

Dane potrzebne do obliczeń:

- powierzchnia próbki S = 0,08 cm²

- gęstość właściwa

d_Al⁼2,7 g/cm³

d_Cu=8,95 g/cm³

- masa gramoatomowa

M_Al= 26,982 g

M_Cu= 63,546 g

- liczba wymienianych elektronów

Al⁰→Al³⁺ + 3e Z = 3

Cu⁰→Cu²⁺ + 2e Z = 2

Gęstość prądu polaryzacyjnego obliczamy po przekształceniu wzoru (1):

A szybkość korozji obliczamy ze wzorów (2) i (3)

Przykład obliczenia dla Al w HCl

a) gęstość prądu polaryzacyjnego:

b) szybkość korozji:

Obliczone wartości dla pozostałych środowisk i dla miedzi zapisujemy w tabeli:

Metal		Al			Cu
Środowisko	HCl	H2SO4	NH4NO3	HCl	H2SO4	NH4NO3
Ik[mA/cm^2]	0,1536	0,0001	212,6162	0,0222	0,0014	0,0017
Vm[mg/cm^2]	1,2372	0,0011	1712,4511	0,2685	0,0167	0,0203
Vp[mm/rok]	1,6713	0,0015	2313,2667	0,1094	0,0068	0,0083
szybkość korozji[mm/rok]	268,5	0,2927	0,6355	4,9940	7,7483	8,3550

4. Wnioski

W doświadczeniu wyznaczyliśmy prędkość korozji dwóch metali Al I Cu w róznych środowiskach. Łatwo zaobserwować, że środowisko ma bardzo duży wpływ na szybkość procesu korozji.

W przypadku glinu różnica ta jest bardziej widoczna, ponieważ dla procesu zachodzącego w obecności H₂SO₄ wyliczoneV_p=0,0015mm/rok, gdy korozja zachodzi w HCl V_p=1,6713 mm/rok natomiast w NH₄NO₃ proces ten jest najszybszy a V_p=2313,2667 mm/rok.

Korozja miedzi następuje z mniejszą prędkością. W środowisku H₂SO₄ i NH₄NO₃ wielkości te są porównywalne (szybkość wynosi odpowiednio V_p=0,0068 mm/rok oraz V_p= 0,0083 mm/rok). Natomiast w HCl V_p= 0,1094mm/rok.

Zestawiając wartości poszczególnych szybkości korozji otrzymanych z obliczeń z wartościami doświadczalnymi obserwujemy znaczną różnicę. Błędy mogą być spowodowane niepoprawnym wykonaniem doświadczenia lub wynikać z zanieczyszczenia próbek.

5

---