1. Wstęp teoretyczny:

Szczególny przypadkiem korozji jest korozja kontaktowa. Występuje ona w przypadku, gdy dwa metale (lub metal i elektronowy przewodnik niemetaliczny jak np. grafit, magnetyt) stykają się ze sobą i jednocześnie pozostają w kontakcie z elektrolitem. Kontakt dwóch metali z reguły zwalnia szybkość korozji jednego metalu, przyśpiesza zaś korozję drugiego.

Reakcje anodowe w tego typu reakcjach przedstawiają równania stechiometryczne:

M_A → M_A^a+ + a⋅e^-

M_B → M_B^b+ + b⋅e^-

Proces anodowy sprowadza się tu do roztwarzana metali, a szybkość tego procesu jest szybkością korozji.

Reakcję katodową w silnie kwasowych roztworach opisuje równanie:

H⁺ + e^- → ½ H₂ jest to tzw. depolaryzacja wodorowa

Korozję kontaktową metali A i B można opisać sumarycznymi równaniami stechometrycznmi:

M_A + aH⁺ → M_A^a+ + a/2 H₂

M_B + bH⁺ → M_B^b+ + b/2 H₂

Gdy korodujące metale są bardziej elektroujemne od wodoru (mniej szlachetne), wówczas będą korodować jednocześnie. Suma ilości przekorodowanych metali A i B musi być równa ilości wydzielonego na katodzie wodoru. Podobnie suma prądów anodowych jest równa sumie prądów katodowych. Proces anodowy jednak przebiega szybciej na metalu bardziej elektroujemnym , proces katodowy na metalu bardziej elektrododatnim.

2. Cel ćwiczenia:

Celem tego ćwiczenia jest ustalenie wpływu kontaktów: żelazo-cynk, żelazo-miedź oraz stosunku wielkości powierzchni pozostających w kontakcie metali na szybkość korozji
w 10% kwasie siarkowym.

3. Opracowanie wyników:

Wyniki pomiarów korozji kontaktowej w układach Fe - Zn, Fe - Cu

10% roztwór kwasu siarkowego t⁰ [^oC]

1	2		3	4	7	8			9			10		11		12
nr	powierzchnia czynna Fe		powierzchnia czynna Zn	SFe / SZn	czas trwania korozji	masa próbki żelaznej			masa próbki cynkowej (miedzianej)			średnia szybkość korozji żelaza		średnia szybkość korozji cynku (miedzi)		sumaryczny średni prąd korozyjny w układzie
		SFe [cm^2]			SZn [cm^2]		t [min]	Przed	po	ubytek masy	przed	po	ubytek masy	IFe [A]	na jedn. pow.	IZn [A]	na jedn. pow.	I = IFe + IZn
								m1 Fe [g]	m2 Fe [g]	၄ၭၥ၆ ၝၧၛ	m1 Zn [g]	m2 Zn [g]	၄ၭၮၚ ၝၧၛ				iFe		iZn
																	[A/cm^2]		[A/cm^2]
1	6,44		38,40	0,1	45	5,16780	5,16730	0,00050	5,22680	4,56370	0,66310	0,00064	0,00010	0,72510	0,01888	0,72574
2	40,18		38,40	1	45	16,48550	16,47110	0,01440	4,92740	3,55290	1,37450	0,01843	0,00046	1,50302	0,03914	1,52145
3	38,40		9,30	10	45	6,44620	6,44400	0,00220	4,43960	3,70560	0,73400	0,00282	0,00007	0,80263	0,08630	0,80545
			SCu [cm^2]	SFe / SCu					m1 Cu [g]	m2 Cu [g]	၄ၭၵ၃ ၝၧၛ			ICu [A]	iZn	I = IFe + ICu
																													[A/cm^2]
4	5,80		42,00	0,1	45	4,4398	4,4305	0,0093	11,4676	11,4672	0,0004	0,0119	0,00205	0,00045	0,000011	0,01236
5	42,00		43,86	1	45	16,8638	16,8151	0,0487	10,9210	10,9209	0,0001	0,0623	0,00148	0,00011	0,000003	0,06245
6	44,72		6,24	10	45	16,6444	16,5872	0,0572	3,4786	3,4782	0,0004	0,0732	0,00164	0,00045	0,000072	0,07367
	korozja bez kontaktów
7	Fe	41,00			45	17,4210	17,3608	0,0602				0,0771	0,0019
8	Zn	38,40			45	10,5342	4,9638	5,5708				6,09167	0,15864
9	Cu	43,86			45	11,5728	11,5720	0,0008				0,00090	0,000021

Przykład obliczeń:

blaszka żelazna posiada wymiary 41 [mm] x 50 [mm]

S = 2 ⋅ 4,1 ⋅ 5,0 = 41,0 [cm²]

m_{1 Fe} = 17,4210 [g]

m_{2 Fe} = 17,3608 [g]

Δm_Fe = m_{1 Fe} - m_{2 Fe} = 17,4210 - 17,3608 = 0,0602

czas korozji t = 45 [min] = 2700 [s]

Z pierwszego prawa Faradaya m = k⋅I⋅t obliczmy natężenie I = m / kt

F = 96500 [C] - stała Faradaya

M_Fe = 55,847 [g] - masa molowa

K_Fe = 55,847 / (2 ⋅ 96500) = 2,89 ⋅ 10^-4

I_Fe = Δm_Fe / (k_Fe⋅t) = 0,0602 / (2,89 ⋅ 10^-4 ⋅ 2700) = 0,0771

i_Fe = I_Fe / S_Fe = 0,0771 / 41,0 = 0,0019

4. 
   Wykresy:

Górny wykres obrazuje zależność gęstości prądu i dla cynku Zn w zależności od stosunku powierzchni S_Fe / S_Zn.

Dolny wykres obrazuje zależność gęstości prądu i dla żelaza Fe w zależności od stosunku powierzchni S_Zn / S_Fe.

A: Zn → Zn²⁺ + 2e^-

K: H⁺ + e^- → ½ H₂

Górny wykres obrazuje zależność gęstości prądu i dla żelaza Fe w zależności od stosunku powierzchni S_Cu / S_Fe.

Dolny wykres obrazuje zależność gęstości prądu i dla miedzi Cu w zależności od stosunku powierzchni S_Fe / S_Cu.

A: Fe → Fe²⁺ + e^-

K: H⁺ + e^- → ½ H₂

5. Wnioski:

W układzie Fe - Zn możemy zaobserwować zmniejszenie korozji żelaza, w wyniku kontaktu z cynkiem. Wynika to z tego, iż cynk jest bardziej elektroujemny od żelaza i przez chroni je przed korozją (cynk stanowi anodę, a żelazo katodę).

W układzie Fe - Cu możemy zaobserwować, iż w tym przypadku anodę stanowi blaszka żelazna, a katodę stanowi blszka miedziana (blaszka miedziana pokrywa się nalotem). Wynika to z teog, iż żelazo jest bardziej elektroujemne od miedzi.

Pod wpływem kontaktu żelaza z cynkiem lub miedzią można zaobserwować zmniejszenie korozji, bowiem w przypadku gdy żelazo pozostaje bez kontaktu z tymi metalami, wówczas koroduje ono bardziej (o 1-2 rzędy wielkości).

Pod wpływem kontaktu cynku z żelazem, można zaobserwować, iż cynk (stanowiący wówczas anodę) ulega korozji. Wynika to z tego, iż jest on bardziej elektroujemny od żelaza.

Pod wpływem kontaktu miedzi z cynkiem można zaobserwować, iż miedź (stanowiąca wówczas katodę) pokrywa się nalotem. Wynika to z tego, iż miedź jest bardziej elektrododatnia od żelaza.

W układzie Fe - Zn możemy zaobserwować, iż korozja żelaza zależy od stosunku powierzchni S_Fe / S_Zn. Im większy stosunek powierzchni S_Fe / S_Zn tym mniejsza korozja żelaza. Im większy stosunek S_Zn / S_Fe tym większa jest korozja cynku.

W układzie Fe - Cu możemy zaobserwować, iż korozja żelaza zależy od stosunku powierzchni S_Fe / S_Cu. Dla małych stosunku powierzchni można zaobserwować, iż korozja żelaza wzrasta, a dopiero po przekroczeniu pewnej wartości S_Fe / S_Cu korozja żelaza zmniejsza się.

Aby chronić żelazo przed korozją w silnie kwaśnym środowisku bardzo często blachę żelazną pokrywa się cienką warstwą cynku lub miedzi. Wynika to z tego, iż cynk zmniejsza korozyjność żelaza. Pokrywanie blachy żelaznej miedzią również chroni ją przed korozją, bowiem miedź ulega korozji wolniej niż żelazo.