Курсовая: Электрохимические методы защиты металлов от коррозии - текст курсовой. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Курсовая

Электрохимические методы защиты металлов от коррозии

Банк рефератов / Химия

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Курсовая работа
Язык курсовой: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Microsoft Word, 8803 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникальной курсовой работы

Узнайте стоимость написания уникальной работы

- 19 - ТВЕРСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Химико-биолого-географический факультет кафедра физической химии Курсовая работа по электрохимии Тема : “Электрохимические методы защиты металлов от коррозии” Выполнила студентка III курса 35-й группы ХБГ факультета Коршунова Ю.А. Научный руководитель : Столяров А.А. 1998 г. СОДЕРЖАНИЕ СОДЕРЖАНИЕ 2 Понятие коррозии. 3 Значение термина “коррозия” 3 Химическое и электрохимическое окисление металлов. 3 Общие положения электрохимической теории коррозии. 4 Другие способы изображения коррози онных диаграмм 8 Методы защиты металлов от коррозии. 8 Катодная защита 9 Явление пассивности. 12 Анодная защита . Использование пассивности в практике защиты от коррозии. 14 Покрытия , к ак метод защиты металлов от коррозии. 18 Ингибиторы. 20 Понятие коррозии. Значение термина “коррозия” Самопроизвольное окисление металлов , вредное для промышленной практики (уменьшающее долговечность изделий ), называется коррозией От латинского corrodere -разъедать. . Среда , в которой металл подвергается коррозии (корродирует ), называется коррозионной , или агрессивной . При этом образуются продукты коррозии : химические соединения , содержащие металл в окисленной форме. В те х случаях , когда окисление металла необходимо для осуществления какого-либо технологического процесса , термин “коррозия” употреблять не следует . Например , нельзя говорить о коррозии растворимого анода в гальванической ванне , поскольку анод должен окислят с я , посылая свои ионы в раствор , чтобы протекал нужный процесс . Нельзя также говорить о коррозии алюминия при осуществлении алюмотермического процесса . Но физико-химическая сущность изменений , происходящих с металлом во всех подобных случаях , одинакова : ме т алл окисляется. Следовательно , термин “коррозия” имеет не столько научное , сколько инженерное значение . Правильнее было бы употреблять термин “окисление” , независимо от того вредно или полезно оно для нашей практики. Коррозия является естественным процессо м , обусловленным термодинамической нестойкостью металлов в условиях службы . Естественно поэтому , что изучение коррозии и разработка методов защиты металлов от нее представляют несомненный теоретический интерес и имеют большое народнохозяйственное значение. Химическое и электрохимическое окисление металлов. Кинетика процессов окисления зависит от природы среды , содержащий окислитель . Если среда представляет собой электролит (очень частый случай ), окислени е протекает по электрохимическому механизму : Me Me z+ + z e (1) n ox + z e m red (2) где ox-окислитель , а red- восстановленная форма его. Реакции (1) и (2) протекают сопряженно на анодных и катодных участках , площадью и ,соответственно, но подчиняясь каждая своим кинетическим закономерностям . Необходимо только соблюдение условия стационарности процесса , т . е . равенства скоростей окисления металла и восстановления . Из условия стационарности вытекает , что достаточно затормозить одну из со п ряженных реакций , чтобы скорость всего процесса уменьшилась. Если окислитель не является электролитом , то обмен электронами совершается непосредственно между металлом и окислителем : m Me + n ox Me m (red) n Здесь окисление протекает по химическому механизму. Таким образом , принято различать электрохимическую и химическую коррозию , хотя такое разделение в некоторой степени условно. Общие положения электрохимической теории коррозии. Рассмотрим схему коррозионного процесса . Сложность его заключается в том , что на одной и той же поверхности происходят одновременно два процесса , противоположные по своему химическому смыслу : окисление металла и восстановление окислителя . Об а процесса должны протекать сопряженно , чтобы сохранялось равенство числа электронов , отдаваемых металлом и присоединяющихся к окислителю в единицу времени . Только в этом случае может наступить стационарное состояние. Электрохимический механизм протекания процесса предполагает , что окисление и восстановление подчиняются свойственным им зависимостям между потенциалом и током , где ток выражает скорость процесса . Кинетика коррозии определяется кинетикой окисления металла и восстановления окислителя . Необязате л ьно , чтобы эти два процесса происходили на одной точке поверхности металла . Электрон , освобожденный металлом в одной точке , может переместиться в соседнюю и там присоединиться к окислителю . Перемещение электрона в пределах металла на малые расстояния прои с ходит практически беспрепятственно , вследствие высокой электронной проводимости . Точки , где осуществляются элементарные акты окисления и восстановления , могут мигрировать на поверхности металла , меняться местами и т . д . ,подчиняясь законам случайности . По д влиянием различных причин они могут быть фиксированы на поверхности , вызывая местную коррозию . Это особенно свойственно полифазным сплавам. Независимое , но сопряженное протекание процессов окисления и восстановления позволяет рассматривать коррозию при помощи анодных и катодных поляризационных кривых . На рис .1 показана коррозионная диаграмма для металла и окислителя . Чтобы окисление металла окислителем могло иметь место , должен быть отрицательнее , чем . Попробуем отделить пространственно металл от окислителя , построив , например , гальванический элемент вида : , где Me -активный металл , который может окисляться ; ox и red-окисленная и восстановленная форма окислителя ; Me / -некоторый “гипотетический” инертный мета лл , который не может окисляться данным окислителем , но на котором кинетика процесса ox red такова же , как на активном металле Me . Для получения коррозионной диаграммы необходимо построить электрическую цепь , изображённую на рисунке 2. Проведя несколько измерений , изменяя величину сопротивления , и соответственно наблюдая за изменением силы тока , а также потенциала в цепи , строят зависимость . График подобной зависимости изображён на рисунке 1. При разомкнутой цепи мы измерили бы э.д.с . , являющуюся мерой максимальной работы процесс а окисления металла . Как известно , , где – количество электричества , связанное с реакцией на электродах и числом молей компонентов равных стехиометрическим коэффициентам . При этом сила тока (или ничтожна мала ), так что обеспечено обратимое протекание процесса , т.е . совершение максимальной работы . Причиной протекания реакций окисления металла и восстановления окислителя является изменение термодинамического потенциала , или свободной энтальпии Как известно F=U+TS, где F- изохорный термодинамический потенциал , или свободная энергия ; U- внутренняя энергия ; S -энтропия . В то же время G=H-TS, где H - энтальпия . По аналогии со свободной энергией , величина G часто называется свободной энтальпией . Особенно распространен этот термин в иностранной научной литературе. . В этом отношении имеет большое значение , определяя термодинамическую возможность коррозии. Если не пользоваться гальваническим элементом , а просто погрузить металл в раствор , содержащий окислитель , то стационарное состояние будет возможно только в том случае , если скорость реакции окисления металла (1) будет равна скорости восстановления окислителя (2). Это означает , что при стационарном потенциале скорость анодного процесса (окисления ) равна скорости катодного процесса (восстановления ). Равенство скоростей реакций (1) и (2) выражено на рис .1 равенством ординат (сил тока ) , отвечающих . Необходимо подчеркнуть , что в этом случае нет электрического тока , доступного непосредственному измерению . Слово “ток” означает , что число части ц (или грамм-частиц ), прореагировавших на поверхности металла , можно выразить в единицах силы тока . Если площадь поверхности электрода , то и , где и - плотности анодного и катодного токов , соответственно . Для рассматриваемого случая условие стационарности можно выразить через или через , если принять , что обе реакции протекают на поверхности одной и той же величины . На рис .1 изображены анодная а и катодная к поляризационные кривые для данного металла в растворе определенного состава и для данного окислителя на поверхности того же металла . Наклон кривых а и к определяет кинетику процесса . Таким образом , рисунок содержит сведения о термодинамической возможности коррозии данного металла некоторым окислителем и о скорости этого процесса , определяемой кинетикой реакций (1) и (2), т.е . зависимостью их скоростей от смещения соответствующих потенциалов от равновесного значения . Коррозия возможна только в том случае , если . Если и или , то окисление металла невозможно (рис .2 ). Рис . 3 . Поляризационные кривые , отвечающие случаю , когда ; при этом и коррозия металла данным окислителем невозможна. Легко понять , что при данном скорость коррозии может быть различной , если поляризационные кривые а и к идут с различными наклонами . Та кривая , которая отвечает более высокому перенапряжению (идет более полого ), будет определять в основном скорость процесса . Так , при большом перенапряжении реакции (2) получим случай так называемого катодного контроля , когда кинетика определяется скоростью катодной реакции ; при этом близок к . При большом перенапряжении реакции (1) получим анодный контроль ; при этом близок к (рис .3). Рассматривая рис .1 и 3, мы видим , что окислитель , восстанавливаясь , заставляет потенциал металла сдвинут ься от равновесного в сторону более положительных значений . Можно , сказать , что металл поляризован окислителем , если под поляризацией понимать навязывание электроду потенциала , отличного от равновесного . И не совсем понятно , почему в современной литератур е , особенно коррозионной , окислитель часто называют деполяризатором . Так , коррозию в кислотах , когда металл окисляется ионами Н + , навязывающими ему потенциал более положительный , чем равновесный , называют “коррозией с водородной деполяризацией” , коррозию пр и окислении металла кислородом – “коррозией с водородной деполяризацией” . Мы останавливаемся на этом мелком вопросе потому , что название “деполяризатор” вместо “окислитель” искажает химическую природу явления . Окислитель поляризует металл , сообщая ему све р х равновесного потенциала некоторую величину , вызывающую окисление , а не снижает , т.е . не деполяризует металл. Другие способы изображения коррозионных диаграмм Применяемый в этой главе способ рассмотрения процессов коррозии при помощи поляризационных диаграмм в есьма распространен . В том виде , в котором мы его использовали выше , он был предложен К . Вагнером и В . Траудом и подробно разработан А . М . Шультиным Способ этот характеризуется тем , что анодный и катодный токи , выражающие скорость противоположных по химич е скому смыслу процессов , откладываются в противоположные стороны от оси абсцисс . По оси абсцисс откладывается потенциал . Однако весьма распространен и другой метод , предложенный Ю . Р . Эвансом , при котором ток , измеряющий скорость окисления и восстановлени я , откладывается в одном направлении и принимается за аргумент (абсцисса ). Потенциал (ордината ) откладывается так , что иногда вверх растет положительное значение , а иногда – отрицательное Легко убедиться , что все способы изображения коррозионных диаграмм по существу равноценны . Дальше мы будем использовать различные способы изображения , для того чтобы научиться разбираться и в тех , и в других. Методы защиты металлов от коррозии. В зависимости от харак тера коррозии и условий ее протекания применяются различные методы защиты . Выбор того или иного способа определяется его эффективностью в данном конкретном случае , а также экономической целесообразностью . Любой метод защиты изменяет ход коррозионного проц е сса , либо уменьшая скорость , либо прекращая его полностью . Коррозионные диаграммы , наиболее полно характеризующие коррозионный процесс , должны отражать и те изменения в ходе протекания , какие наблюдаются в условиях защиты . Коррозионные диаграммы можно исп о льзовать , поэтому при разработке возможных путей предохранения металлов от коррозии . Они служат основой для выяснения принципиальных особенностей того или иного метода . В связи с этим при рассмотрении существующих методов защиты поляризационные диаграммы б удут использованы в их несколько упрощенном виде (4). На таких диаграммах постулируется линейная зависимость между плотностью и потенциалом каждой частной реакции . Это упрощение оказывается вполне допустимым при качественной оценке особенностей большинств а методов Эффективность защиты выражают через коэффициент торможения г или степень защиты Z . Коэффициент торможения показывает , во сколько раз уменьшается скорость коррозии в результате применения данного способа защиты где и - скорость коррозии до и после защиты . Степень защиты указывает , насколько полно удалось подавить коррозию благодаря применению этого метода : или Катодная защита Из всех методов защиты основанных на изменении электрохимических свойств металла под действие м поляризующего тока , наибольшее распространение получила защита металлов при наложении на них катодной поляризации (катодная защита ). При смещении потенциала металла в сторону более электроотрицательных значений (по сравнению с величиной стационарного по т енциала коррозии ) скорость катодной реакции увеличивается , а скорость анодной падает (см . рис . 4). Если при стационарном потенциале соблюдалось равенство , то при более отрицательном значении это равенство нарушается : причем . Рис . 5 . Поляризационная диаграмма коррозионного процесса. Уменьшение скорости анодной реакции при катодной поляризации эквивалентно уменьшению скорости коррозии . Коэффициент торможения при выбранном потенциале / (см.рис .4) будет равен двум = = =2, а степень защиты достигает 50% = = . Внешний ток , необходимый для смещения потенциала до значения , представляет собой разницу между катодным и анодным токами (его величина на ри с .4 выражена прямой ав ). По мере увеличения внешнего тока потенциал смещается в более отрицательную сторону , и скорость коррозии должна непрерывно падать . Когда потенциал корродирующего металла достигает равновесного потенциала анодного процесса , скорость коррозии делается равной нулю ( ), коэффициент торможения – бесконечности , а степень защиты 100%. Плотность тока , обеспечивающая полную катодную защиту , называется защитным током . Его величине на рис .4 соответствует отрезок cd . Величина защитного тока не зависит от особенностей протекания данной анодной реакции , в частности от величины сопровождающей ее поляризации , а целиком определяется катодной поляризационной кривой . Так , например , при переходе от водородной деполяризации к кислородной сила защитного тока уменьшается и становится равной предельному диффузному току (отрезок cd / на рис .4). Защита металла катодной поляризацией применяет ся для повышения стойкости металлических сооружений в условиях подземной (почвенной ) и морской коррозии , а также при контакте металлов с агрессивными химическими средами . Она является экономически оправданной в тех случаях , когда коррозионная среда облада е т достаточной электропроводностью , и потери напряжения (связанные с протеканием защитного тока ), а следовательно , и расход электроэнергии сравнительно невелик . Катодная поляризация защищаемого металла достигается либо наложением тока от внешнего источник а (катодная защита ), либо созданием макрогальванической пары с менее благородным металлом (обычно применяются алюминий , магний , цинк и их сплавы ). Он играет здесь роль анода и растворяется со скоростью , достаточной для создания в системе электрического ток а необходимой силы (протекторная защита ). Растворимый анод при протекторной защите часто называют “жертвенным анодом”. Катодная защита обычно связана с защитой черных металлов , так как из них изготавливается подавляющая часть объектов работающих под земле й и при погружении в воду , например трубопроводы , свайные основания , пирсы , эстакады , суда и др . В качестве материала для расходуемых анодов-протекторов во всем мире широко применяется магний . Обычно он используется в виде сплавов с содержанием 6% алюмини я , 3% цинка и 0,2% марганца ; эти добавки предотвращают образование пленок , которые снижают скорость растворения металла . Выход защитного тока всегда меньше 100%, так как магний корродирует и на нем выделяется водород . Применяется также алюминий , легирован н ый 5% цинка , но разность потенциалов с железом для сплава значительно меньше , чем для магниевого сплава . Она близка к разности потенциалов для металлического цинка , который также применяется для защиты при условии , что путем соответствующего легирования н а анодах предотвращается пленкообразование , связанное с обычным для цинка загрязнением примесями железа Выбор материала для анодов - сложная задача . В почвах или других средах низкой проводимости необходима большая разность потенциалов , поскольку падение iR между электродами весьма велико , в то время как в средах высокой проводимости возможна более экономичная для использования малая разность потенциалов . Важными переменными являются расположение электродов , рассеивающая способность среды , т . е . ее способнос ть обеспечить одинаковую плотность тока на всех участках защищаемой поверхности , а также поляризационные характеристики электродов . Если электроды погружены в почву , которая по каким – либо причинам неприемлема , например агрессивна по отношению к анодам , т о обычно практикуется окружать последние ложем из нейтрального пористого проводящего материала , называемого засыпкой. Применение для катодной защиты метода приложения тока облегчает регулирование системы и часто дешевле , чем использование анодов – протект оров , которые , конечно , нуждаются в регулярных заменах. На практике катодная защита редко применяется без дополнительных мероприятий . Требуемый для полной защиты ток обычно бывает чрезмерно велик , и помимо дорогостоящих электрических установок для его обе спечения следует иметь в виду , что такой ток часто будет вызывать вредный побочный эффект , например чрезмерное защелачивание . Поэтому катодная защита применяется в сочетании с некоторыми видами покрытий . Требуемый при этом ток мал и служит только для защи т ы обнаженных участков поверхности металла. Явление пассивности. Давно известно , что скорость коррозии многих металлов часто значительно меньше в растворах сильных окислителей , чем в растворах окислител ей более слабых . Сюда относятся такие металлы , как железо , хром , никель , титан , цирконий , алюминий и многие другие . Резкое уменьшение скорости коррозии (на несколько порядков ) в сильных окислителях , казалось бы противоречащее термодинамическим свойствам м е талла и окислителя , называется пассивацией , а состояние металла – пассивным. Некоторые металлы находятся в пассивном (или близком к пассивному ) состоянии даже в таких слабых окислителях , как вода . Это дает возможность практически использовать в качестве к онструкционных материалов магний , титан , алюминий и многие другие. М.В . Ломоносов был , по-видимому , первым исследователем , обратившим внимание на пассивность железа в концентрированной азотной кислоте . Железу посвящены наблюдения М . Фарадея и Х . Шенбейна. М . Фарадей сделал удивительную по научной дальновидности попытку объяснить пассивность железа образованием на поверхности слоя (пленки ) окисла или же существованием поверхностных атомов металла в таком состоянии , которое равноценно окислению. Очень боль шое практическое значение пассивности , часто определяющее возможность получения сплавов , химически стойких в агрессивных средах , вызвало огромное количество исследований , посвященных изучению пассивного состояния . Если отбросить некоторые несущественные р а зличия , высказываемые на основании сопоставления экспериментальных данных , сказав , что пассивное состояние обусловлено образованием очень тонкой пленки окисла , представляющего собой отдельную фазу , или слоя хемисорбированного кислорода , а может быть и дру г их частиц . Ограничимся представлением о некотором кислородном “барьере” , образующемся на поверхности металла в подходящем окислителе и сильно тормозящем анодный процесс. Рис . 6 . Полная анодная поляризационная кривая : I – активное растворение ; II – переход в пассивное состояние ; III – пассивность ; IV – перепассивация ; V – выделение кислорода. На рис .5 приведена анодная кривая , которую мы подробно рассмотрим . Активн ое растворение продолжается до потенциала , отвечающего точке b . При этом ток равен критическому току пассивации , а потенциал обозначен символом . На участке bс (в интервале потенциалов - ) происходит пассивация . и можно назвать потенциалом и током полной (наилучшей ) запассивированности . Это название не вполне точно , так как на реальных поляризацио нных кривых линия cd редко бывает строго горизонтальной ; но сравнительно небольшими вариациями тока в интервале cd часто можно пренебречь . Потенциал и ток являются важными характеристиками электрода , показывающими , н асколько легко металл переходит в пассивное состояние . Чем отрицательнее и чем меньше , тем легче наступает пассивность . Интервал потенциалов отвечает условиям , в которых сохраняется пассивное состояние . Чем больше , тем в более широких пределах изменение потенциала будет сохранять пассивное состояние . Выше потенциала скорость окисления снова увеличивается ( участок cе ) и металл оказывается в области перепассивации или в транспассивном состоянии . Иными словами , отклонение значения потенциала от равновесного значения называется перепассивацией . При еще более высоком потенциале становится возможным процесс окисления ионов гидроксила и выделение кислорода : 4ОН -
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
В ставке Гитлера только Штирлиц работал на пол ставки.
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Обратите внимание, курсовая по химии "Электрохимические методы защиты металлов от коррозии", также как и все другие рефераты, курсовые, дипломные и другие работы вы можете скачать бесплатно.

Смотрите также:


Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru