Dependenta vitezei de coroziune de pH-ul mediului coroziv

Dependenta vitezei de coroziune de pH-ul mediului coroziv

Principiul lucrarii:

Viteza de coroziune constituie un mod de apreciere cantitativa a coroziunii.

Viteza de coroziune se exprima in STAS prin indicele gravimetric de coroziune, K_g, exprimat in g/m²h care este dat de relatia:

[g/m²h] (3.35.1)

unde:

Δm - cantitatea (g) de metal care trece in solutia coroziva in urma procesului de dizolvare anodica

t - durata de expunere a probei in mediul coroziv

S - suprafata metalica expusa mediului coroziv

Pentru a evalua clasa de rezistenta a materialelor metalice se foloseste indicele de penetratie exprimat in [mm/an], care reprezinta micsorarea medie a grosimii metalului in unitatea de timp. Indicele de penetratie se calculeaza din pierderea de greutate, densitatea metalului si durata expunerii.

[mm/an] (3.35.2)

unde:

d - densitatea materialului metalic; d_Fe= 8,7 [g/cm³]

1000 - factorul de transformare

Clasele de apreciere a stabilitatii la coroziune utilizate in proiectare sunt:

1. Perfect stabil: 110^-3 mm/an 4. Relativ stabil: 110^-1 1 mm/an

2. Foarte stabil: 110^-3 110^-2 mm/an 5. Putin stabil:110 mm/an

3. Stabil: 110^-2110^-1 mm/an 6. Instabil: 10 mm/an

Procesul global al coroziunii cu depolarizare de hidrogen se obtine prin insumarea algebrica a reactiilor de ionizare a metalului (oxidare) si a reactiei de depolarizare (reducere) a ionilor sau moleculelor din mediul coroziv.

Reactiile chimice in coroziunea cu depolarizare de hidrogen sunt:

In medii acide

(-) M M^+z +ze^- Reactie de ionizare a metulului (oxidare), (3.35.1)

ex (-) Fe Fe⁺² + 2e^- (3.35.2)

(+) zH⁺+ze^- z/2 H₂ Reactie de depolarizare (reducere), (3.35.3)

ex: (+)2H⁺ + 2e^- H₂      (3.35.4)

M+ zH⁺ M^+z + z/2 H₂ R. globala (3.35.5)

Fe + 2H⁺ Fe⁺² + H₂      R. globala

In medii neutre si alcaline

(-) M M^+z +ze^- Reactie de oxidare, (3.35.7)

ex (-) Fe Fe⁺² + 2e^- (3.35.8)

(+)zH₂O+ze zOH^-+z/2H₂ Reactie de depolarizare(reducere) (3.35.9)

(+)2H₂O+2e^- 2OH^-+ H₂ (3.35.10)

M + zH₂O M^+z + zOH^- + z/2 H₂ R.globala

Fe + 2H₂O Fe⁺² + 2OH^- + H₂ R. globala

Reactiile chimice in coroziunea cu depolarizare de oxigen sunt:

In medii acide

(-) M M^+z +ze^- Reactie de oxidare, (3.35.13)

ex (-) Fe Fe⁺² + 2e^- (3.35.14)

(+)zH⁺+z/4 O₂ +ze^- z/2H₂O Reactie de depolarizare (3.35.15)

(+)2H⁺+1/2 O₂ +2e^- H₂O R. globala (3.35.16)

M+ zH⁺+z/4 O₂ M^+z +z/2H₂O, R. globala

Fe+ 2H⁺+1/2 O₂ Fe⁺² +2H₂O R. globala      

In medii neutre si alcaline

(-) M M^+z +ze^- Reactie de oxidare (3.35.19)

ex (-) Fe Fe⁺² + 2e^- (3.35.20)

(+) z/2 H₂O +z/4O₂+ze zOH^- R. depolarizare (reducere) (3.35.21)

(+) H₂O +1/2O₂+2e^- 2OH^- (3.35.22)

M+z/2 H₂O +z/4O₂ M(OH)_z R. globala

Fe+ H₂O +1/2O₂ Fe(OH)₂ R. globala

Deoarece legea lui Faraday se aplica si pentru coroziunea electrochimica la fel ca pentru orice reactie electrochimica, cantitatea m de metal ce trece in solutie in urma procesului de ionizare a metalului se determina cu ajutorul relatiei (3.35.25):

(3.35.25)

unde:

k - echivalentul electrochimic;

q= it - cantitatea de electricitate ce trece intre zonele anodice si catodice ale metalului supus coroziunii in timpul t (sec);

i_a- intensitatea curentului de dizolvare anodica exprimata in amperi

F- constanta lui Faraday, F= 96500 [As]

z - numarul de electroni ce se elibereaza n procesul anodic

A - masa atomica a metalului supus coroziunii

(3.35.26)

unde: S - suprafata metalului supus coroziunii exprimata in m²

t = 3600 sec.

Din relatia (3.35.26) rezulta ca determinarea vitezei de coroziune se reduce la determinarea densitatii curentului de dizolvare anodica

Influenta pH-ului asupra vitezei de coroziune este legata si de stabilitatea chimica in mediul coroziv a peliculei de produsi de coroziune.

Fig. 3.35.1 Dependenta vitezei de coroziune de pH-ul mediului coroziv

pentru diferite metale

pH= -log [H⁺] si variaza intre 0 7 pentru medii acide, intre 7 14 pentru medii alcaline, iar valoarea de 7 reprezinta mediul neutru.

Aparatura si substante

Aparatura: electrozi din fier, electrozi de cupru, miliampermetru, instrument de masurare a timpului

Substante: solutii cu pH-uri diferite (1; 6; 8; 12)

Fig.3.35.2. Schema instalatiei pentru determinarea intensitatii curentului

de dizolvare anodica

1 - electrod de Fe ; 2 - electrod de Cu ; 3 - vas care contine mediul coroziv;

4 - miliampermetru

Modul de lucru

electrozii de Fe (1) si Cu (2) se curata cu hartie metalografica, se spala cu apa si se introduc in vasul (3) in care se gaseste solutia coroziva cu pH cunoscut;

electrozii se conecteaza la bornele miliampermetrului (4) si se masoara curentul de coroziune la intervale de 10 minute din momentul imersarii, timp de o ora. Se masoara cu rigla suprafata fierului (m²) imersata in solutie;

in mod similar se procedeaza pentru toate solutiile cu pH cunoscut, masuratorile efectuandu-se succesiv la acelasi interval de timp.

Se reprezinta grafic pe hartie milimetrica variatia curentului masurat (i) functie de timp. Extrapoland dreapta se obtine curentul de dizolvare anodica (i_a) pentru fiecare pH. Cu aceste date se calculeaza indicele de penetratie (I_p) cu ajutorul relatiilor 1, 2 si 4 pentru a reprezenta grafic dependenta vitezei de coroziune functie de pH.

Calcule si rezultate:

Datele experimentale si valorile calculate se trec intr-un tabel de forma:

Tabelul 3.35.1

Tema de casa:

Sa se scrie reactiile care intervin in procesul de coroziune al urmatoarelor metale: Zn (bivalent), Al (trivalent), Sn (tetravalent).

Sa se calculeze viteza de coroziune a unei conducte de fier in sol, daca intensitatea curentului de dizolvare anodica este 1,5 mA, iar suprafata conductei este 314 dm²_.

Ce greutate va pierde un rezervor de fier de suprafata 15 cm² supus corziunii electrochimice, daca timp de 1 an intensitatea curentului de dizolvare anodica a fost 0,75 mA?

.Sa se determine viteza de coroziune a unei piese din otel (S=200 mm²), care stationeaza intr-o solutie acida, timp de 10 ore pierzand astfel din greutate 0,002 g. Precizati procesele electrochimice care au loc si unde (electrozii).

O proba de Ni si una de Zn sunt supuse actiunii corozive a unei solutii de acid sulfuric. Suprafata probei de Zn este de 30 cm², iar cea a probei de Ni este de 25 cm². In urma reactiei Zn cu H₂SO₄ se degaja 3,4 mL H₂ in 30 de minute, iar in cazul Ni, volumul de H₂ degajat este de 4,6 mL dupa 180 de minute. Sa se calculeze viteza de coroziune a celor doua metale in conditiile date.

O proba de aluminiu cu suprafata de 50 cm² se introduce intr-o solutie de H₂SO₄ si o alta proba de aluminiu avand suprafata de 40 cm² este scufundata intr-o solutie de NaOH. In urma coroziunii metalului in mediul acid se degaja 1 mL H₂ in timp de o ora, iar in urma coroziunii in solutia de NaOH se degaja 1,5 mL H₂O in timp de 40 de minute. Sa se scrie ecuatiile reactiilor care au loc la coroziune si sa se arate in care dintre cele doua medii viteza de coroziune este mai mare.