TEMAT I CEL ĆWICZENIA: Badanie odporności korozyjnej metali

DATA: 17.10.2005

PODSTAWY TEORETYCZNE:

Proces korozji metali różni się od korozji betonu przede wszystkim znacznie większą szybkością. Wyróżniamy dwa rodzaje korozji: chemiczną i elektrochemiczną. Korozja chemiczna zachodzi w środowisku nie wykazującym przewodnictwa jonowego (gaz lub ciecz nie będąca elektrolitem), natomiast korozja elektrochemiczna zachodzi w środowisku wodnych roztworów elektrolitów. Doświadczenie w ćwiczeniu bada korozję elektrochemiczną. W wyniku procesów chemicznych powstają miejsca o różnym potencjale, które twożą ogniwo korozyjne, a na granicy metal-elektrolit występuje przepływ elektronów lub jonów. Anodę stanowi tu elektroda oddająca elektrony, a katodę przyjmująca. Ze względu na zjawisko przewodnictwa, elektronowego w metalu i jonowego w roztworze, wyróżniamy dwa biegnące niezależnie od siebie procesy:

• anodowy - przechodzenie metalu (rozpuszczanie) do roztworu w postaci uwodnionych jonów (równoważna liczba elektronów w metalu)

• katodowy - przyłączanie nadmiaru e. przez utleniacze

Sumaryczny ładunek wymieniany katodzie procesach anodowym i katodowym musi być sobie równy więc o szybkości korozji decyduje wolniejszy proces katodowy. W środowisku wodnym o pH≥7 występuje najczęściej redukcja tlenu (depolaryzacja tlenowa)

2H₂O + O₂ +4e → 4OH^--

a przy pH<7 depolaryzacja wodorowa

2H⁺ + 2e → 2H → H₂

Na anodzie, niezależnie od odczynu środowiska zachodzi utlenianie metalu (anodowe rozpuszczanie)

Me → Me^+z + ze

Miarą tendencji metalu do przechodzenia w stan jonowy jest potencjał standardowy określający różnice potencjałów między elektrodą pierwszego rodzaju (metal w roztworze swoich jonów), a standardową elektrodą odniesienia (el. wodorowa). Uszeregowane reakcje noszą nazwę szeregu elektrochemicznego.

Zakres potencjału V	Aktywność chemiczna metalu
-3,0 do -2,5	wypieranie wodoru z wody energiczna reakcja z kwasami z wydzieleniem wodoru
-2,5 do -0,4	reakcja z kwasami z wydzieleniem wodoru, wypieranie wodoru z pary wodnej
-0,4 do 0,0	reakcja ze stężonymi kwasami
0,0 do 1,0	reakcja tylko z kwasami
1,0 do 1,8	reakcja tylko z kwasami

W analizie procesów anodowych anodowych katodowych zachodzących w czasie korozji elektrochemicznej wykorzystuje się wykresy przedstawiające zależność potencjału standardowego od pH - tzw. wykresy Pourbaix.

W zależności od zachodzącej reakcji w proc. korozji elektrochemicznej metali prowadzącej do powstania miejsc o zróżnicowanym potencjale, wyróżnia się trzy podstawowe typy ogniw:

1. Ogniwo stykowe (dwumetaliczne), powstające w przypadku zetknięcia się dwóch różnych metali w środowisku wodnego roztw. el. Anodę stanowi metal o niższym potencjale standardowym, który wypiera z roztw. jony metalu o wyższym potencjale.

2a. Ogniwo stężeniowe, które powstaje przy zanurzeniu elektrod z tego samego metalu w wodnym roztw. el. El różnym lokalnym stężeniu jonów metalu. W wyniku zachodzenia procesu korozyjnego następuje wyrównanie stężeń.

2b. Ogniwo stężeniowe oksydacyjne, które powstaje przy nierównomiernym dopływie tlenu do metalu znajdującego się w środowisku wodnym (np. wilgoć z powietrza). Anoda(część korodująca) - miejsce o mniejszym dopływie tlenu, katoda - depolaryzacja tlenowa (powstawanie jonów OH^--).

3. Ogniwa naprężeniowe powstają w przypadku zetknięcia się z elektrolitem metalu znajdującego się pod działaniem naprężeń

Naprężenia w materiale mogą być spowodowane przez:

• obciążenia mechaniczne powodujące różnice w stopniu zdefektowania struktury krystalicznej metalu (korozja zmęczeniowa)

• różnice składu chemicznego metalu na granicy ziaren i wewnątrz nich (korozja międzykrystaliczna)

PRZEBIEG:

Oszacowałem powierzchnię badanej próbki na podstawie podanych cech pojedynczego wióra (pole przekroju i gęstość), oraz masy odczytanej przy pomocy elektronicznej wagi laboratoryjnej.

W kolbie stożkowej umieściłem próbkę o określonej w obliczeniach powierzchni czynnej. Następnie zalałem próbkę całkowicie roztworem H2SO4 (2 m). Następnie kolbę zakorkowałem, zanotowałem czas oraz poziom cieczy w aparaturze pomiarowej.

Odczyt poziomu cieczy powtarzałem jeszcze 3-krotnie, w odstępach 10-cio minutowych. Następnie wyniki pomiaru podstawiłem do wzorów i obliczyłem szybkość korozji w jednostkach ubytku masy _c, oraz liniową szybkość korozji V_p.

Z tabeli odczytałem stopień odporności korozyjnej:

Liniowa szybkość korozji Vp, mm/rok	Stopień odporności korozyjnej, ^ok	Liniowa szybkość korozji Vp, mm/rok	Stopień odporności korozyjnej, ^ok
Vp ≤0,001	1	0,1<Vp ≤0,5	6
0,001<Vp ≤0,005	2	0,5<Vp ≤1,0	7
0,005<Vp ≤0,01	3	1,0<Vp ≤5,0	8
0,01<Vp ≤ 0,05	4	5,0<Vp ≤10,0	9
0,05<Vp ≤0,1	5	10,0<Vp ≥10,0	10

Doświadczenie powtórzyłem z użyciem inhibitora korozji (1 g KI) przy użyciu nowej próbki żelaza, o parametrach określonych podobnie jak w 1 części doświadczenia. Odczyt w tej części był przeprowadzany również co 10 minut.

OBLICZENIA:

KOŃCOWE WYNIKI:

Czas od momentu zamknięcia kolby [min]	Objętość wydzielonego wodoru H2, cm^3
	żelazo
	bez inhibitora	z inhibitorem
10	14	0,2
20	31	0,5
30	49	0,8
c^śr, g/cm^2*doba	0,006579	0,000011
Vp, mm/rok	0,003139	0,0000005
Stopień odporności korozyjnej, ^ok	2	1

WNIOSKI: Inhibitor korozji w znacznym stopniu spowalnia procesy korozyjne zachodzące na powierzchni żelaza

BIBLIOGRAFIA: Ćwiczenia laboratoryjne z chemii budowlanej, praca zbiorowa pod red. Lecha Czarneckiego, OWPW 1999

---