Wydział Metali Nieżelaznych Tomasz Jucha

Metalurgia

Rok II

Grupa2

Zespół:1

Laboratorium Chemii Fizycznej

Nr. Ćwiczenia 21

Korozja Kontaktowa -Depolaryzacja Tlenowa

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 i (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 :

+m = k I t gdzie

+m - zmiana masy

I - natężenie prądu [A]

t - czas [s]

k - równoważnik chemiczny reagenta

k = M / z ^. F, 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 nie stykających 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.Opracowanie wyników i wykonanie ćwiczenia.

Aby przygotować elektrolit musieliśmy do kolby miarowej o poj. 2 dm³ odmierzyć 20 cm³ wody utlenionej oraz uzupełnić do kreski 3% NaCl. Następnie wyczyściliśmy blaszki Fe, Zn i Cu papierem ściernym , opłukaliśmy wodą ,alkoholem, wysuszyliśmy, zważyliśmy i po zmierzeniu powierzchni, dobraniu zestawów blaszek w stosunku pow. 1:10; 1:1; 10:1 Fe - Cu oraz Fe - Zn i ich połączeniu w odpowiednie zestawy, zanurzyliśmy w zlewkach wypełnionych elektrolitem o poj. 200cm³ na 45- 46 min. Następnie je wyciągnęliśmy, wysuszyliśmy i ponownie zważyliśmy a wyniki zostały zanotowane dołączonej w tabeli.

Obserwacje podczas reakcji w zestawach:

W pierwszym przypadku roztwór zmętniał , pojawił się delikatny osad tylko na blaszce Zn

W zestawie duża Zn małe Fe roztwór zmętniał, blaszki bez zmian.

W stosunku pow. 1:1 roztwór zmętniał, na Zn delikatny osad, na Fe można było zauważyć rdzę.

We wszystkich zestawach Cu - Fe roztwór przyjął pomarańczowe zabarwienie oraz zmętniał, Fe pordzewiało, Cu bez widocznej zmiany.

W zlewce gdzie znajdowała się sama blaszka miedzi roztwór zmienił kolor na lekko zielonkawy oraz delikatny nalot tego samego koloru na blaszce.

Na wolnym żelazie pojawiło się rdzawe zabarwienie, roztwór jasno- pomarańczowy.

W zlewce z Zn roztwór zmętniał a na blaszce pojawił się biały nalot.

Przykłady obliczeń :

Do obliczeń natężenia prądu wykorzystałem przekształcony wzór prawa Faraday`a: m = k I t gdzie po podstawieniu za k i przekształceniu:

I= m z F / M t ( wzór był opisany wcześniej)

1.Obiczenia dla układu duża blaszka Fe i mała blaszka Zn

Pp_Fe=2*(20,25+0,081+0,1)=40,862cm²

Pp_Zn=2*(4,619+0,0465+0,0894)=9,5098cm²

Δm_Fe=7,0298-6,0297=1,0001 [g]

Δm_Zn=4,0222-4,0043=0,0179 [g]

I_Fe=(1,001*2*96500)/(55,85 *2700)=1,2798 [A]

I_Zn=(2*0,0179 *96500)/(65,38 *2700)=0,0195 [A]

i_Fe=1,2798/40,862=0,03132[A/cm²]

i_Zn=0,0195/9,5098=0,00205[A/cm²]

Wykresy - zostały załączone na osobnych kartkach.

4.Wyniki:

Wpływu kontaktów cynku i miedzi na szybkość korozji żelaza z wykresów:

Z uzyskanych wykresów wynika że w kontakcie z cynkiem żelazo koroduje szybciej niż bez kontaktu tylko przy różnych stosunkach powierzchni kontaktowych metali, lecz w stosunku pow. Cynku do żelaza 10 : 1( czyli duża blaszka Zn i mała Fe) gęstość prądu korozyjnego jest mniejsza niż w stosunku 1 :10 (duża blaszka Fe, mała Zn ), natomiast jeżeli stosunek pow. Jest w przybliżeniu równy 1 to gęstość prądu korozyjnego żelaza spada niemalże do zera.

W kontakcie z miedzią gęstość prądu korozyjnego żelaza wzrasta niemalże liniowo w stosunku do kontaktujących się powierzchni , a najmniejsza jest w stosunku kontaktów pow. 1 :10 (mała miedz, duże żelazo), lecz w każdym stosunku gęstość ta jest wyższa niż żelaza bez kontaktu.

Wpływ kontaktów na szybkość korozji cynku i miedzi:

Cynk w kontakcie z żelazem koroduje szybciej niż bez kontaktu, ze wzrostem stosunku jego pow. Do pow. Żelaza gęstość jego prądu korozyjnego rośnie liniowo.

Kontakt miedzi i żelaza jest bardzo korzystny, ale niestety dla miedzi ponieważ koroduje ona w każdym stosunku pow. wolniej niż bez kontaktu.

Najsłabiej koroduje przy stosunku pow.miedzi do żelaza 10 : 1 i gęstość jest równa prawie zero, a najszybciej przy stosunku powieszchni 1 : 10.

Do ochrony żelaza przed korozją większe, wygodniejsze i bardziej praktyczne jest zastosowanie cynku ponieważ jest on tak samo metalem mniej szlachetnym od wodoru ,a przy takim samym stosunku powierzchni spowalnia on korozję żelaza oraz w przypadku pokrycia nim żelaza i wystąpienia nieszczelności w powłoce nieznacznie ją przyspieszy. Natomiast powłoka z miedzi w przypadku rozszczelnienia spowoduje w miejscu jej przerwania silną korozję metalu podłoża czyli w tym wypadku żelaza.

4

---