Методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу «Химическое сопротивление материалов и защита от коррозии» для студентов специальности 170500 «Машины и аппараты химических производств»
СОДЕРЖАНИЕ: Методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу «Химическое сопротивление материалов и защита от коррозии» для студентов специальности 170500 «Машины и аппараты химических производств»– Томск: Изд. Тпу. 2008 – 8 сФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
_____________________________________________________________________
«УТВЕРЖДАЮ»
Декан ХТФ
_____________В.М. Погребенков
«______» _______________2008г.
К А Ф Е Д Р А О Б Щ Е Й Х И М И Ч Е С К О Й Т Е Х Н О Л О Г И И
Ингибиторная защита металлов от коррозии
Методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу «Химическое сопротивление материалов и защита от коррозии» для студентов специальности 170500 «Машины и аппараты химических производств»
Томск 2008
УДК 620.197 (075.8)
Ингибиторная защита металлов от коррозии
Методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу «Химическое сопротивление материалов и защита от коррозии» для студентов специальности 170500 «Машины и аппараты химических производств»– Томск: Изд. ТПУ. 2008 – 8 с.
Составитель к.х.н., доц. каф. ОХТ Ю. Н. Обливанцев
Рецензент к.т.н., доц. каф. ОХТ О. И. Налесник
Методические указания рассмотрены и рекомендованы методическим семинаром кафедры общей химической технологии “____”_________ 2008г.
Зав. каф. ОХТ, д.т.н., проф. В.В. Коробочкин
Цель работы:
Количественно оценить защитные свойства ингибиторов коррозии и исследовать механизм их действия в различных коррозионных средах.
1. Рекомендации по методике выполнения работы
Защитные свойства ингибиторов рекомендуется оценивать весовым методом. Для испытаний использовать образцы в виде пластинок с возможно большим отношением площади поверхности к массе образца. Образцы должны быть полностью погружены в коррозионную среду, рекомендуемое соотношение между площадью образца и объемом раствора: 1 см2 :10 мл.
Перед испытаниями образцы тщательно обезжирить органическими растворителями (ацетон, спирт, эфир) или натронной известью, протравить в ингибированной кислоте, промыть, высушить ацетоном или спиртом и взвесить с точностью не менее 0,1 мг. После обезжиривания все операции проводить пластмассовым пинцетом. Подготовленные образцы закрепить в держателе или подвесить на крючках из стекла или тефлона.
Согласно цели работы составить таблицу исходных данных и программу испытаний:
- цель испытаний;
- тип ингибитора, концентрация;
- коррозионная среда;
- материал образца;
- размеры образцов, площадь образцов, способ подготовки образцов, начальные и конечные веса образцов;
- режим испытаний (температура, продолжительность).
Для правильной оценки эффективности ингибиторной защиты необходимо выбирать длительность испытаний с учетом того, что в нейтральных растворах постоянная скорость коррозии стали, в отличие от кислых растворов, устанавливается в течении длительного времени.
По каждой программе испытаний ингибитора целесообразно испытывать не менее 5 образцов и проводить параллельные испытания в тех же условиях, но без ингибитора.
Подготовленные образцы помещают в испытательные установки и выдерживают определенное время при заданном режиме. При проведении испытаний целесообразно визуально сравнивать газовыделение на образцах в растворе с ингибитором и без него, а также наблюдать за процессом образования продуктов коррозии, распределением их по поверхности, шламообразованием.
Затем образцы вынимают, осматривают и удаляют образовавшиеся на них продукты коррозии. Способ очистки выбирается таким образом, чтобы основной металл оставался неповрежденным ни механически, ни химически. Полноту очистки рекомендуется контролировать микроскопически, а агрессивность способа по отношению к основному металлу необходимо определять, выполнив эту процедуру над образцом, не подвергавшемся коррозионным испытаниям.
Часто очистку выполняют мягкой щеткой с дальнейшей очисткой канцелярской резинкой. Можно снимать продукты коррозии химической и электрохимической обработкой в растворах с ингибитором. Рекомендуемые растворы приведены в приложении.
После удаления продуктов коррозии образцы промывают, просушивают, взвешивают.
Одновременно с весовыми исследованиями необходимо выполнить электрохимические исследования в ячейке для снятия поляризационных кривых. Нерабочую часть образцов необходимо изолировать материалом стойким в данной коррозионной среде. Рекомендуется снимать анодно-катодные поляризационные кривые в потенциостатических условиях, т.е. задавая потенциал и измеряя ток. Для этого можно использовать потенциостат или классическую компенсационную схему. Потенциал задается через каждые 0,030,05 В, ток замеряется после 2-5 минутной выдержки электрода при установленном значении потенциала. Подготовка образцов к работе аналогична, как и при весовых исследованиях.
2. Рекомендации по обработке и обсуждению результатов
2.1. Действие ингибитора оценивается величиной защитного эффекта ( z ) и коэффициентом защитного действия ( ).
2.2. В случае равномерной коррозии скорость коррозии рассчитывается как потеря массы на единицу площади в единицу времени (г/м2 ч) или эквивалентная ей глубина проникновения (мм/год).
В отдельных случаях скорость коррозии может быть рассчитана по значению плотности тока коррозии, который может быть найден из поляризационных кривых построенных в полулогарифмических координатах (потенциал – логарифм плотности тока) экстраполяцией прямолинейных участков зависимости (E – ln jа) и (E – ln jк) к значению потенциала коррозии (Eкор).
В случае питтинговой коррозии потеря веса мала и оценка коррозионных разрушений проводится определением размеров, числа, формы, расположения очагов коррозии.
2.3. Для коррозионных испытаний ингибиторов рекомендуется всегда применять статистическую обработку результатов с использованием значения доверительной вероятности (фактор надежности) не более 90%.
2.4. Если поверхность после снятия продуктов коррозии осталась визуально без изменений, вероятно ингибитор обладает хорошим защитным действием.
2.5. При равномерной коррозии поверхность образца покрывается в зависимости от защитного действия ингибитора равномерным слоем плотных, рыхлых или осыпающихся продуктов.
2.6. Появление питтингов вблизи держателя показывает склонность металла к коррозии вследствие образования концентрационного элемента.
Появление питтингов на всей поверхности показывает, что коррозионная среда вызывает питтингообразование.
2.7. Механизм действия ингибитора оценивается по влиянию ингибитора на анодную и катодную поляризационные кривые.
2.8. При переносе результатов испытаний на условия эксплуатации необходимо учитывать, что:
- скорость коррозии в модельных растворах, приготовленных растворением солей в дистиллированной воде, обычно выше, чем в реальных системах близкого состава;
- одни ингибиторы эффективны в статических условиях, другие – в движущейся среде. Особенно заметно влияние потока при скорости 0–2 м/с за счет изменения аэрации поверхности металла. Поэтому результаты полученные при одних условиях испытания нельзя переносить на все условия эксплуатации.
- для различных ингибиторов сравнимы результаты, полученные только при одной и той же температуре, составе раствора, гидродинамики раствора.
2.9. По окончании работы необходимо сделать вывод о защитном действии ингибитора и оценит механизм его действия.
3. Варианты выполнения работы
3.1. – 3.3. Изучить защиту стали от коррозии с помощью обработки коррозионной среды, оценить эффективность данного метода, пояснить механизм защиты.
| Вариант |
Материал |
Коррозионная среда |
Ингибитор |
| 3.1. |
Углеродистая сталь |
Водопроводная вода |
1 г/л гидразина + 1мл/л 3% H2 O2 |
| 3.2. |
—— |
—— |
0,5 г/л сульфита натрия |
| 3.3. |
—— |
10% H2 SO4 |
Гидроокись натрия до нейтральной среды, индикатор фенолфталеин |
Испытания проводятся весовым методом и методом поляризационных кривых в растворах без ингибитора и с ним. Обработку растворов проводить непосредственно перед испытаниями. Время испытаний весовым методом брать по возможности большим.
3.4. Изучить защиту стали от атмосферной коррозии, исследовать действие ингибитора атмосферной коррозии, пояснить механизм защиты.
| Вариант |
Материал |
Коррозионная среда |
Ингибитор |
| 3.4. |
Углеродистая сталь |
Атмосфера |
1 г карбоната аммония + 1 г нитрита натрия |
Испытания весовым методом проводятся в двух эксикаторах с горячей водой. В одном эксикаторе в стеклянной чашке помещается ингибитор. Механизм действия ингибитора оценивается по поляризационным кривым снятым в дистиллированной воде с добавкой 5 г/л (NH 4 )2 CO3 и 1 г/л NaNO2 .
3.5. Исследовать селективность действия ингибиторов на коррозию различных материалов, определить эффективность данного ингибитора, оценить механизм действия.
| Вариант |
Материал |
Коррозионная среда |
Ингибитор |
| 3.5. |
Медь |
Водопроводная вода |
0,5% карбоната аммония + 0,1% нитрита натрия |
| Углеродистая сталь |
—— |
Исследования выполнять весовым методом длительное время (24 ч.) и методом снятия поляризационных кривых.
3.6. – 3.10. Исследовать процесс ингибиторной защиты различных материалов различными ингибиторами. Определить эффективность защиты, оценить механизм действия ингибитора.
| Вариант |
Материал |
Коррозионная среда |
Ингибитор |
| 3.6. |
Углеродистая сталь |
60–70% H2 SO4 0,1% NaCl 0,05% NaCl 5% HNO3 1 г/л Na 2 SO4 10 г/л Na2 SO4 Водопроводная вода Водопроводная вода |
0,01–0,05% додециламин 2% нитрит натрия 0,2% нитрит натрия 0,5% тиомочевина 1,5 г/л хромат калия 5 г/л молибдат натрия 0,5% (NH4 )2 CO3 + 0,1% NaNO2
1,5% бензоат натрия + 0,1% NaNO2 |
| 3.7. |
Нержавеющая сталь |
2,5% H2 SO4 4% NaCl 2–5N HCl |
(520)10–4% CuSO4 5H2 O 0,8% NaOH 8–оксихинолин, 0,012% |
| 3.8. |
Медь |
5% HNO3 Водопроводная вода |
0,5% тиомочевина 1,5% C6 H5 COONa + 0,1%NaNO2 |
| 3.9. |
Алюминий |
10% HNO3 1% NaOH 3,5% NaCl 20–80% H3 PO4 |
0,1% хлорат калия или натрия 3–4% перманганат калия 1% хромат натрия —— |
| 3.10. |
Дюралюминий |
0,54HCl 0,01–0,1N NaOH |
ванилин 0,2% гидрохинон 0,01 моль/л |
Литература
Основная:
1. Антропов Л.И., Макушкин Е.М., Панасенко В.Ф. Ингибиторы коррозии металлов. Киев: Техника, 1981. – 183 с.
2. Розенфельд И.Л. Ингибиторы коррозии. – М.: Химия, 1977. – 350 с.
3. Юхневич Р. и др. Техника борьбы с коррозией. Пер. с польск./ Под. ред. Сухотина А.М. – Л.: Химия, 1980. – 224 с.
4.Семёнова И.В., Флорианович Г.М., Хорошилов А.В. Коррозия и защита
от коррозии. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002. – 336 с.
Дополнительная:
1. Шлугер М.А., Ажогин Ф.Ф., Ефимов Е.А. Коррозия и защита металлов. – М.: Металлургия, 1981 – 216 c.
2. Томашов Н.Д. и др. Лабораторные работы по коррозии и защите металлов. – М.: Металлургия, 1971. – 280 с.
3 Кадек В.М., Кукус О.А., Пурин Б.А. Защита металлов от коррозии. – Рига: Авотс, 1981. –174 с.
4. Приложение
Приложение 1
Растворы для снятия продуктов коррозии с металлов.
| Металл |
Состав раствора |
Концентрация |
Режим обработки |
||
| Температура °С |
Время мин. |
Катодная плотность тока. |
|||
| Медь и медные сплавы |
H2 SO4 |
5% |
10-20 |
2–5 |
|
| Медь и медные сплавы |
NaHSO4 |
10% |
20 |
— |
|
| Алюминий и его сплавы |
HNO3 |
5% |
15–20 |
2–5 |
|
| —— |
HNO3 CrO3 |
5% 1% |
15–20 |
до 120 |
|
| —— |
H3 PO4 CrO3 |
20% 8% |
20 |
15–30 |
|
| —— |
H3 PO4 CrO3 |
5% 2% |
60–85 |
10 |
|
| Цинк и его сплавы |
NH4 Cl |
10% |
70 |
2–5 |
|
| Сталь |
H2 SO4 с тиомочевиной |
5% |
80 |
3 |
20 |
| —— |
10% |
20 |
10–30 |
||
| —— |
Моноцитрат аммония |
10% |
— |
— |
0,5 |
| —— |
Лимонная кислота |
насыщ. |
75 |
— |
1,6 |
| —— |
HCl с уротропином |
не менее 5% |
1 |
||
Ингибиторная защита металлов от коррозии
Методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу «Химическое сопротивление материалов и защита от коррозии» для студентов специальности 170500 «Машины и аппараты химических производств»– Томск: Изд. ТПУ. 2008 – 7 с.
Составитель к.х.н., доц. каф. ОХТ Ю.Н. Обливанцев
Подписано к печати .08.
Формат 60х84/16. Бумага офсетная.
Печать RISO. Усл. печ. л. . Уч.-изд. л.
Тираж экз. Заказ Цена свободная.
Издательство ТПУ. 634050, Томск, пр. Ленина 30.