Рисунок 120 - Коррозионно-электрохимическая диаграмма

Полная защита от электрохимического растворения, когда эффективность

Э = (J - IpM)/J = 1 (или 100%),

возможна только при достижении равновесного потенциала металла. Этому мешают аномальное растворение (Iap), ниже которого невозможно уменьшить IpM катодной поляризацией, и недостижимость равновесного потенциала металла. Второе связано с тем, что по мере повышения эффективности катодной защиты уменьшаются концентрация ионов металла в растворе и соответственно равновесный потенциал металла. Поэтому речь обычно идет о практически полной защите, когда IpM << J.

54. Определить потери Дm электрохимически растворяющегося металла в условиях его выдержки при постоянном защитном потенциале Езащ.

Условие задачи предусматривает два варианта.

· По первому варианту объем электролита не ограничен. Поэтому можно полагать, что концентрация ионов металла не зависит от времени и близка к нулю. В этих условиях IpM ? и Дm легко рассчитать согласно (1) по известной величине IpM (уравнение 2), откуда в предположении независимости IpM от ф следует расчетное уравнение (3):

Дm = (1)

=nF•kM exp[(1-M)nFE/(RT)] (2)

Дm = A•S•ф• kM exp[(1-M)nFE/(RT)] (3)

При расчете по уравнению (3) необходимо знать kM, а при стадийном растворении металла - порядок реакции по анионам и . Величину ipM можно также определить экстраполяцией анодной поляризационной кривой на значение Е=Езащ.

· По второму варианту объем электролита ограничен. Поэтому концентрация ионов металла будет расти, что приведет к увеличению равновесного потенциала. Когда он сравняется с Езащ, растворение металла прекратится. С учетом уравнения Нернста выражение для определения Дm принимает вид:

Дm=[Mn+]•V=V•exp[(Езащ - ] (4)

В этом варианте по сравнению с предыдущим больше вероятность того, что во времени изменится скорость процесса и характер контроля, поскольку уменьшается разность [Mn+] на поверхности и в объеме электролита.

55. Продемонстрировать модификации анодной электрозащиты.

Анодная защита, в том числе электрозащита применяется, когда J > Iпп.

Рисунок 123 - Зависимость анодного тока от потенциала

Анодную электрозащиту можно осуществить от внешнего источника тока типа потенциостата или гальваностата (рисунок 123).

· В первом варианте на металле задается и поддерживается потенциал, лежащий между Епп и Е1 (с учетом некоторого запаса).

· Во втором варианте на металле задается ток, несколько превышающий Iп, Это приводит к резкому увеличению потенциала (по пунктирной линии) в область Е > Е1. Следующее за этим уменьшение тока переводит металл в интервал Е1>E>Eпп. Такой способ наиболее целесообразен, когда рост тока при Е1 обусловлен реакцией выделения кислорода или другого окислителя, т. к. это не приводит к существенному увеличению растворения металла в начальный период. Менее целесообразно его использовать при Е1 = Етп и невозможно применять при Е1 = Епо.

· Кроме постоянного тока для такой защиты можно использовать импульсный ток с постоянным направлением.

56. Построить график зависимости эффективности катодной защиты от тока в нейтральной аэрированной и деаэрированной среде без учета осложняющих факторов и определить основные характеристики линии. Чем обусловлено различие линий для двух сред?

Из уравнений (1) и (2) в задаче № 145 следует:

Э = КПЭ Iк / J

В нейтральном деаэрированном водном растворе коррозия технических металлов обычно протекает с водородной деполяризацией при предельном диффузионном токе по Н3О+. В аэрированном растворе к нему добавляется и играет решающую роль предельный диффузионный ток по кислороду. В обоих случаях КПЭ = 1 и из уравнения следует Э = Iк / J.

Рисунок 124 - Зависимость эффективности катодной защиты от катодного тока в деаэрированном (1) и аэрированном (2) растворах

Следовательно, график зависимости Э от Iк должен описываться прямой, исходящей из начала координат с угловым коэффициентом, равным 1/J (рисунок 124). В деаэрированном растворе прямая идет существенно круче, поскольку J меньше. При Iк = J значение Э=1. В реальных условиях такие зависимости, состоящие из двух прямых, не реализуются за счет действия осложняющих факторов: КПЭ = f(E) ? 1, J ? const, Id ? const и пр.

57. Что общего и в чем состоят различия между анодным протектором и анодным заземлителем при катодной электрохимической защите?

Общим является следующее:

· Они являются анодами по отношению к защищаемому металлу, который поляризуется катодно.

· Поэтому на них анодный ток идет на анодную реакцию растворения металла и выделения окислителя, обычно кислорода.

· Их рабочие потенциалы под током больше потенциалов коррозии.

· При защите от коррозии с кислородной деполяризацией для предотвращения наводороживания анодный ток на них не должен превышать предельного тока растворения кислорода на защищаемом металле.

· Анодный ток на заземлителе и протекторе равен по абсолютной величине катодному току на защищаемом металле. Поэтому при одинаковой эффективности катодной защиты, то есть при равных защитных потенциалах токи на анодном протекторе и заземлителе неотличимы.

Различия преимущественно обусловлены тем, что защищаемый металл в паре с анодным протектором образует гальванический элемент, а в паре с анодным заземлителем - электролизер. Основные отличия:

· Анодный протектор применяется при протекторной защите без внешнего источника электроэнергии, а анодный заземлитель - при электрозащите, нуждающейся в таком источнике.

· Потенциал анодного протектора меньше, а анодного заземлителя больше, чем у защищаемого металла.

· Анодный протектор должен быть более отрицательным металлом по сравнению с защищаемым. К анодному заземлителю не предъявляется такого требования. Он может быть даже неметаллическим электропроводящим материалом.

· Анодный протектор преимущественно растворяется, а на анодном заземлителе так же возможно его растворение, но предпочтительным является выделение окислителя.

· Анодный протектор не должен пассивироваться для сохранения отрицательного потенциала. Анодный заземлитель лучше запассивировать для повышения его стойкости к растворению.

· По мере роста защитного тока потенциалы анодного протектора и защищаемого металла сближаются, а потенциалы анодного заземлителя и защищаемого металла расходятся.

7 ИНГИБИТОРЫ КОРРОЗИИ

58. Привести коррозионно-электрохимическую диаграмму цинка в кислоте и рассчитать К и Z катодного ингибитора (КИ), изменяющего потенциал коррозии на 29 мВ при ba = 58 мВ. За счет каких факторов это ПАВ влияет на электродные реакции?

Рисунок 136 - Коррозионно-электрохимические диаграммы. Индекс «КИ» означает наличие катодного ингибитора, «0» -без ингибитора

Катодный ингибитор, который меняет катодную кривую, всегда уменьшает Екор. Связь между эффективностью ингибитора и изменением Екор можно найти двумя способами. Во-первых, из треугольника ВСD (рисунок 136) следует:

lg KКИ = lg J0 - lg JКИ = |Д / ba| (1)

Во-вторых, из кинетического уравнения для стадии разряда можно получить аналогичное выражение. В основе такого подхода лежат два факта: отсутствие влияния КИ на анодную реакцию растворения цинка и примерное равенство скоростей ионизации и растворения металла на тафелевом участке.

При I0pZn = Io exp(Е0кор /2,3ba) (2)

При = Io exp( /2,3ba) (3)

Из уравнений (2) и (3) непосредственно следует соотношение (1).

lg KКИ = 29 [мВ] / 58[мВ]= 0,5 или KКИ = 3,2

1 - 1/ККИ = 1 - 1/3,2 = 0,69 или 69%. (4)

Катодный ингибитор меняет скорость выделения водорода за счет изменения кинетического уравнения (в случае, представленном на рисунке 136, за счет снижения тока обмена), а скорость растворения металла - за счет изменения Екор. Если потенциалы коррозии в чистом растворе и с добавкой стационарны, эти эффекты равны. Тот факт, что ПАВ не меняет кинетического уравнения одной из реакций (анодной) упрощает расчетное уравнение для К. Согласно уравнению (1) величины К и Д связаны однозначно, поскольку ba - константа.

Как видно на рисунке 136, АС > DC, т. е. торможение водородной деполяризации превышает торможение коррозии. Это связано с тем, что уменьшение Екор ингибитором обеспечивает замедление анодной реакции, но увеличивает скорость катодной реакции в растворе с добавкой. Отрезок AD =

|Д / bк| нужно добавить к lg KКИ, чтобы получить , который имел бы место, если бы добавка не меняла Екор. Фактически это действие на катодную реакцию при заданном потенциале.

=KКИ•exp|Д / 2,3bк|=exp[|Д (1/ 2,3bк+1/ 2,3ba |] (5)

= (6)

59. Коррозионно-электрохимическая диаграмма железа в кислоте с анодным ингибитором, не меняющим ba или увеличивающим ba Рассчитать К и Z, если известно, что ингибитор изменяет Екор на 58 мВ. За счет чего он тормозит электродные реакции?

Задача решается аналогично предыдущей. Анодный ингибитор, который меняет только анодную кривую, всегда увеличивает Екор. Как видно на рисунке 137, расчетная формула и эффект ПАВ не зависит от её влияния на ba , если не меняется . Однако от ba зависит, насколько будет отличаться действие АИ на

коррозию и на анодную реакцию растворения металла. По аналогии с уравнением (5) в задаче 156 можно записать

= KAИ•exp|Д / 2,3ba| = exp[|Д (1/ 2,3bк+1/ 2,3ba |] (1)

= (2)

lg KАИ = lg J0 - lg JАИ = |Д ЕАИ кор / bк|=58 [мВ] / 116[мВ]= 0,5; KКИ =3,2 (3)

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10