Kierunek: Metalurgia 2004/2005

Grupa: II

Numer zespołu: 4

Ćwiczenie nr: 21

KOROZJA KONTAKTOWA

Depolaryzacja tlenowa

Nazwisko i imię:

Paweł Litwin

1. WSTĘP

Korozja kontaktowa jest szczególnym przypadkiem korozji elektrochemicznej. Polega ona na tym, że podczas kontaktu dwu metali jeden z nich obniża prąd korozyjny a drugi podwyższa. Reakcje anodowe takiego procesu przedstawiają się następująco:

W roztworach zawierających rozpuszczony tlen może przebiegać katodowa redukcja tlenu:

Jeżeli reakcja przebiega w elektrolicie neutralnym z rozpuszczonym tlenem udział depolaryzacji wodorowej jest pomijalnie mały, a co za tym idzie proces katodowy reprezentowany jest tylko przez depolaryzację tlenową.

Do powierzchni katody dostarczany jest tlen, który w nią dyfunduje powodując korozję na drodze depolaryzacji tlenowej. Szybkość reakcji elektrodowych jest dużo większa od szybkości dyfuzji, czyli szybkość korozji zależy od procesu dyfuzji tzw. kontrola dyfuzyjna. Szybkość dyfuzji tlenu do powierzchni określana jest mianem prądu granicznego tlenu.

Szybkość korozji jest, więc niezależna lub w niewielkim stopniu zależna od rodzaju metalu, z którego wykonana jest katoda. W procesie takim szybkość korozji zależy, więc od ilości tlenu w elektrolicie, od szybkości mieszania itp.

Prowadząc badania modelowe, często celem przyspieszenia przebiegu procesów stosuje się jako utleniacz wodę utlenioną. Pozwala to uzyskać znacznie większe stężenie utleniacza niż w przypadku tlenu rozpuszczonego w roztworze. Stechiometrię reakcji katodowej opisuje wówczas równanie:

.

Szybkość reakcji utleniania określamy jako prąd anodowy, a szybkość reakcji redukcji jako prąd katodowy, natomiast samą szybkość reakcji przedstawiamy jako natężenie prądu płynącego przez metal, czyli elektrodę. Aby porównać szybkości procesów elektrodowych musimy zastosować wielkość zwaną gęstością prądu (natężenie I powierzchnię). Na skutek procesów katodowych i anodowych, czyli pod wpływem natężenia prądu, następuje ubytek masy, który podobnie jak natężenie, możemy obliczyć korzystając z prawa Faraday`a:

Δm = k⋅I⋅t

gdzie:

Δm - zmiana masy

I - natężenie prądu [A]

t - czas [s]

k - równoważnik chemiczny reagenta

k = ,

przy czym:

M - masa molowa reagenta;

z - elektronowość elementarnej reakcji elektrodowej (w naszym przypadku wynosi 2) ;

F - stała Faraday`a (96500 C)

W przypadku, gdy dwa różne metale stykają się ze sobą pozostając jednocześnie w elektrolicie zachodzi zjawisko zwane korozją kontaktową. Kontakt ten zmniejsza z reguły szybkość korozji jednego metalu i przyspiesza korozję drugiego, lub, jeżeli oba metale są mniej szlachetne od wodoru to korodują równocześnie. Suma ilości przekorodowanych metali musi być stechiometrycznie równa ilości tlenu zredukowanego w procesie katodowym, podobnie jak suma prądów anodowych jest równa sumie prądów katodowych.

W wyniku zetknięcia się dwóch metali w środowisku korozyjnym ustala się potencjał korozyjny, różny od potencjałów metali niestykających się ze sobą, w wyniku, czego jeden koroduje szybciej a drugi wolniej.

2. CEL ĆWICZENIA

Celem ćwiczenia jest ustalenie wpływu kontaktów : Fe - Zn; Fe - Cu oraz stosunku wielkości powierzchni metali pozostających w kontakcie na szybkość korozji żelaza, cynku i miedzi w roztworze 3% względem chlorku sodu i 0,1% względem wody utlenionej H₂O₂

3. WYKONANIE

Przygotowujemy roztwór potrzebny do wykonania ćwiczenia. W tym celu odmierzamy pipetą 20ml około 10% wody utlenionej do kolby na 2000ml i uzupełniamy 3% roztworem NaCl do kreski. Następnie przygotowujemy blaszki Fe, Zn, i Cu (poprzez wyczyszczenie papierem ściernym i opłukanie w alkoholu). Następnie ważymy blaszki na wadze analitycznej oraz mierzymy ich pole powierzchni. Uzyskane wyniki zapisujemy w tabeli 3.1. Otrzymany wcześniej elektrolit rozlewamy do 9 zlewek po 200cm³ i umieszczamy w nich kolejno blaszki: Fe, Zn i Cu oraz po trzy zestawy spiętych ze sobą blaszek Fe - Zn i Fe - Cu o stosunkach powierzchni: 1:10, 1:1, 10:1. Notujemy czas rozpoczęcia i zakończenia pomiaru. Po zakończeniu pomiaru blaszki należy opłukać w wodzie, alkoholu, wysuszyć i zważyć na wadze analitycznej.

Obserwacje podczas korozji:

-Płytka Fe - Wytrącił się pomarańczowy osad

- Płytka Zn - Wytrącił się biały osad

- Płytka Cu - Wytrącił się zielonkawy osad

- Kontakt Fe-Zn (1:10) - Wytrącił się biały osad (zwiększona korozja Zn)

- Kontakt Fe - Zn (1:1) - Lekkie zmętnienie elektrolitu

- Kontakt Fe-Zn (10:1) - Wytrącił się biały osad

-We wszystkich kontaktach Fe - Cu wytrącił się pomarańczowy osad (intensywnie)

Lp.	Powierzchnia czynna metalu, [cm^2]		SFe/SZn	Masa próbki żelaznej [g]			Masa próbki cynkowej (miedziowej) [g]
		SFe		SZn		Przed m1 Fe­	Po m2 Fe	Ubytek masy Δ mFe	Przed m1 Zn­	Po m2 Zn	Ubytek masy Δ mZn
1	39,2	4,4	10	6,2837	6,2819	0,0018	3,6238	3,6030	0,0208
2	39	39,2	1	14,0784	14,0750	0,0034	7,9626	7,9592	0,0034
3	3,8	40	0,1	3,1714	3,1702	0,0012	12,2644	12,2492	0,0152
		SCu					m1 Cu	m2 Cu	Δ mCu
4	36,8	4,2	10	5,9612	5,9410	0,0202	2,6969	2,6960	0,0009
5	40	40,18	1	18,1268	18,0879	0,0389	10,4546	10,4515	0,0031
6	4	43	0,1	3,6302	3,6082	0,0220	11,3794	11,3750	0,0044
Korozja bez kontaktu
7	Fe	39,2		13,1754	13,1562	0,0192
8	Zn	38,22					9,7762	9,7722	0,0040
9	Cu	41,02					10,3812	10,3722	0,009

Tab3.1. Zestawienie wyników pomiarowych

Lp.	Średnia szybkość korozji żelaza		Średnia szybkość korozji cynku (miedzi)		Sumaryczny średni prąd korozyjny w układzie [A]
	IFe [A]	iFe [A/cm^2]	IZn [A]	iZn [A/cm^2]	I=IFe+IZn
1	0,0230	0,0006	0,2272	0,0516	0,2503
2	0,0435	0,0011	0,0371	0,0095	0,0807
3	0,0154	0,0405	0,1661	0,0041	0,1814
			ICu [A]	iCu [A/cm^2]	I=IFe+ICu
4	0,2589	0,0070	0,0101	0,0024	0,2690
5	0,4985	0,0125	0,0349	0,0009	0,5334
6	0,2819	0,0704	0,0495	0,0011	0,3315
Bez kontaktu
7	0,2460	0,0063
8			0,0437	0,0011
9			0,0101	0,0002

Tab 3.2. Zestawienie wyników obliczeń.

Obliczenia prądów:

1. Fe - Zn (10:1)

k_Fe = = ==0,0000289

k⋅t=0,07803 (dla Fe­)

I_Fe===0,0230 [A]

i_Fe = ==0,0006 [A/cm²]

k_Zn===0,0000339

k⋅t=0,09153 (dla Zn)

I_Zn = ==0,2272 [A]

i_Zn= ==0,0516[A/cm²]

2. Fe - Zn (1:1)

I_Fe===0,0435 [A]

i_Fe = ==0,0011 [A/cm²]

I_Zn = ==0,0371 [A]

i_Zn= ==0,0095[A/cm²]

3. Fe - Zn (1:10)

I_Fe===0,0154 [A]

i_Fe = ==0,0405[A/cm²]

I_Zn = ==0,1661 [A]

i_Zn= ==0,0041[A/cm²]

4. Fe - Cu (10:1)

I_Fe===0,2589 [A]

i_Fe = ==0,0070[A/cm²]

k_Cu = = =0,0000329

k⋅t=0,08883

I_Cu = ==0,0101 [A]

I_Cu= ==0,0024[A/cm²]

5. Fe - Cu (1:1)

I_Fe===0,4985 [A]

i_Fe = ==0,0125[A/cm²]

I_Cu = ==0,0349 [A]

i_Cu= ==0,0009 [A/cm²]

6. Fe - Cu (1:10)

I_Fe===0,2819 [A]

i_Fe = ==0,0704[A/cm²]

I_Cu = ==0,0495 [A]

I_Cu= ==0,0011[A/cm²]

7. Fe (bez kontaktu)

I_Fe=== 0,2460 [A]

i_Fe = == 0,0063[A/cm²]

8. Zn (bez kontaktu)

I_Zn=== 0,0437 [A]

I_Zn = == 0,0011[A/cm²]

9. Cu (bez kontaktu)

I_Cu = == 0,0101 [A]

I_Cu= == 0,0002 [A/cm²]

Na podstawie uzyskanych wyników sporządzamy wykresy zależności gęstości prądu od stosunku kontaktujących się powierzchni oraz wykresy szybkości korozji metali bez kontaktu.

3. WNIOSKI

Z przeprowadzonych doświadczeń jasno wynika, że kontakt Zn ma istotny wpływ na szybkość korozji Fe. Przy czym przy stosunku powierzchni w kontakcie zbliżonym do 1:10 Żelazo i Cynk korodują z taką samą prędkością (aczkolwiek korozja żelaza jest wolniejsza niż żelaza bez kontaktu). Gdy zwiększamy powierzchnię żelaza i jednocześnie zmniejszamy powierzchnię cynku wtedy szybkość korozji żelaza nieznacznie spada, natomiast szybkość korozji cynku wzrasta kilkakrotnie. Żelazo wpływa znacznie na zwiększenie szybkości korozji cynku.

Kontakt Cu również zmniejsza szybkość korozji żelaza jednak tylko do wartości równej szybkości korozji bez kontaktu. Przy małych stosunkach powierzchni szybkość korozji żelaza jest znaczenie większa niż szybkość korozji miedzi. Szybkość korozji miedzi nieznacznie wzrasta wraz ze wzrostem stosunku kontaktujących się powierzchni.

W wyniku przeprowadzonych pomiarów możemy stwierdzić, iż przy ochronie żelaza celowym jest stosowanie powłok cynkowych, ponieważ żelazo w kontakcie z cynkiem koroduje znacznie wolniej, dzięki czemu powłoka cynkowa nie musi być bardzo dokładnie wykonana.

Jeśli natomiast chcemy zastosować powłokę miedziową, musimy ją wykonać bardzo dokładnie, ponieważ wszelkie przerwanie ciągłości powłoki spowoduje silną korozję wżerową żelaza.

12

---