Коррозия и защита металлов

Санкт-Петербургский  государственный электротехнический университет

«ЛЭТИ»

кафедра физической химии 
 
 
 

ОТЧЕТ

По  лабораторно-практической работе №10

Коррозия  и защита металлов 
 
 

Выполнил    Лапшина О.В.

                        Факультет ИБС

                        Группа № 1501

Преподаватель Худоложкин В.Н.

 
 

«Выполнено» «___»   _____________

Подпись преподавателя ____________

Коррозия  и защита металлов

Цель  работы: изучение влияния некоторых фактов на протекание процессов химической                              и электрохимической коррозии и методов защиты от коррозии. 

      Коррозия  – процесс самопроизвольного  разрушения металлов или металлических  оплавов вследствие их химического или электрохимического взаимодействия с агрессивной окружающей средой.

      При  химической коррозии металлы  разрушаются вследствие протекания  гетерогенных химических реакций:  это или взаимодействие с агрессивными  газами при высоких температурах, исключающих конденсацию влаги  на поверхности металла, или  растворение металла в органических  средах, не проводящих ток. Электрохимическая коррозия протекает в проводящих ток средах.

     При  контакте разнородных материалов  в агрессивной среде возникает  коррозионный короткозамкнутый  гальванический элемент: на металле с более отрицательным электродным потенциалом протекает процесс окисления Ме – ne  ---  Meⁿ⁺ , а не менее активном металле имеют место процессы:

                                       2H⁺ + 2e ---  H₂  (в кислой среде),

                                       2Н₂О + 2е ---  Н₂ + 2ОН ^– (в близкой к нейтральной среде);

О₂ + 2Н₂О +4е ---  4ОН ^-  (в присутствии кислорода воздуха) 

  Основными методами  защиты от коррозии являются:

1. Нанесение защитных  покрытий. Они подразделяются на  металлические , неметаллические и образованные в результате химической или электрохимической обработки металла.

2. Электрохимическая  защита – катодная и протекторная.

3. Обработка коррозионной  среды – за счет деаэрации  (удаление из среды растворенных  газов ) или добавления ингибиторов (веществ, замедляющих коррозию). 

Металлические покрытия подразделяются на катодные, электродный  потенциал материала которых  положительнее потенциала защищаемого  металла, и анодные, с более отрицательным , чем у основного металла, электродным потенциалом.

Ингибиторы коррозии, адсорбируясь на поверхности металла, либо тормозят электродные процессы коррозионных элементов, либо образуют на поверхности металла плотную защитную оксидную пленку.  
 

Порядок выполнения работы

Химическая  коррозия

Опыт 1. Коррозия меди при  контакте с йодом.

Положите в тигель несколько кристаллов йода. Медную проволочку очистите тонкой наждачной  бумагой и прикрепите к ушку на крышке тигля. Накройте тигель крышкой  так, чтобы ушко с медной проволочкой  находилось внутри тигля. Поставьте  тигель на кольцо штатива и слегка нагрейте пламенем спиртовки (опыт проводить  в вытяжном шкафу). Через 2-3 минуты прекратите нагревание , дайте остыть и снимите с него крышку. Обратите внимание на изменение поверхности медной проволоки в связи с образованием  соли Cu₂I₂. Напишите уравнение химической коррозии меди в среде йода.

Электрохимическая коррозия

Опыт 2. Коррозия двух контактирующих металлов.

1. В U- образную стеклянную трубку, заполненную 0,1 н- раствором H₂SO₄ , опустить две пластинки (цинковую и медную) , не допуская их взаимного касания. Наблюдать выделение водорода на цинке и отсутствие этого процесса на меди.

2. Привести металлы  в соприкосновение. Отметить изменение  в процессе выделения водорода  и дать объяснение. Написать уравнения процессов коррозии, идущих на электродах образовавшейся гальванической коррозионной пары металлов.

Опыт 3. Влияние механических напряжений в металле  на его коррозию.

Поверхность стальной проволоки очистить наждачной бумагой, обезжирить ацетоном, промыть водой  и досуха протереть фильтровальной бумагой. Проволоку согнуть так, чтобы на отдельных её участках была различная степень деформации. Поместить  проволоку в плоскую чашку  и залить 3 - % - ным раствором NaCl , добавив 3 капли K₃[Fe(CN)₆] и 2 капли фенолфталеина. Феррицианид калия K₃[Fe(CN)₆] в присутствии ионов Fe²⁺ окрашивает раствор в синий цвет, фенолфталеин в щелочной среде дает малиновую окраску.

Наблюдать на проволоке  появление участков, окрашенных в  синий и розовый цвет. Объяснить  наблюдаемые явления. Написать процессы, идущие при коррозии различно деформированных  участков металла. 

Опыт 4. Влияние неравномерной  аэрации па процесс  коррозии.

Зачищенную наждачной  бумагой железную пластинку поместить  в пробирку с 3 - % - ным раствором NaCl , так, чтобы часть пластины оказалась непогруженной в раствор. Добавить в раствор по 2 капли K₃[Fe(CN)₆] и фенолфталеина. Наблюдать появление окрашивания в синий цвет раствора вокруг участка пластины, который находится в растворе, и окрашивания в розовый цвет того участка который соприкасается с воздухом. Объяснить и написать процессы происходящие на электродах короткозамкнутых гальванических элементов, образовавшихся вследствие неравномерного снабжения кислородом различных участков железной пластины.

Опыт 5. Действие стимулятора  коррозии.

Взять две пробирки, в одну налить раствор CuSO₄ , в другую – CuCl₂. В каждую из пробирок опустить по кусочку алюминия. Алюминий покрыт защитной пленкой оксида Al₂O₃ . При разрушении этой пленки возможно вытеснение меди из раствора ее соли более активным металлом (алюминием). Вытеснение меди п первой пробирке идет очень медленно, во второй – быстро. Объяснить различие и написать уравнения процессов, идущих на пластинах.

Способы защиты от коррозии

Опыт 6. Защитное действие оксидной пленки.

Зачистить поверхность  пластины из алюминия наждачной бумагой и протереть фильтрованной бумагой. На средину пластины поместить несколько капель соли ртути, соблюдая при это осторожность, так как соли ртути ЯДОВИТЫ ! Ртуть, растворяя металлы, образует жидкие сплавы, в которых металл сохраняет свои свойства. Через некоторое время осторожно осушить пластину фильтровальной бумагой. Проследить за образованием на поверхности пластины рыхлого слоя гидроксида алюминия. Поверхность пластины протереть фильтровальной бумагой и погрузить в стакан с водой. Наблюдать выделение газа. Написать процессы, идущие на алюминиевой пластине.

Опыт 7. Пассивация металлической  поверхности.

При обработке железа концентрированной серой или  азотной кислотами на его поверхности  образуется слой защитной оксидной пленки. Такой процесс называется пассивацией.

Железную пластинку  зачистить наждачной бумагой  и опустить в 2 н-раствор H₂SO₄. Отметить интенсивность выделения газа. Налить в другую пробирку 4-5 мл дымящейся азотной кислоты, плотностью 1,52 г/см³ (опыт проводить в вытяжном шкафу), перенести в нее железную пластину из первой пробирки на 2-3 мин. Затем снова перенести пластинку в первую пробирку. Изменилась ли интенсивность выделения водорода?

Написать уравнения  пассивации железа дымящейся HNO₃ считая, что образовавшаяся на поверхности оксидная пленка имеет состав Fe₂O₃.

Опыт 8. Анодное и катодное покрытия.

Два стакана заполнить 3 % - ным раствором NaCl , добавив в каждый по несколько капель K₃[Fe(CN)₆]. Взять пластины оцинкованного и луженого железа, на их поверхности нанести царапины и раздельно поместить в стаканы. Наблюдать, какая пластина раньше подвергается коррозии. Дать объяснение. Написать уравнения электродных процессов, идущих при коррозии. Дать объяснение. Написать уравнение электродных процессов, идущих при коррозии каждого образца.

Опыт 9. Протекторная защита.

Два стакана заполнить 0,2 н- раствором уксусной кислоты CH₃COOH , добавив в каждый по несколько капель раствора KI. В один стакан поместить плотно соединенные между собой пластины свинца и цинка, в другой – только пластину свинца. Наблюдать, в каком стакане раньше появится желтая окраска PbI_2. Дать объяснения. Написать электродные процессы, идущие при коррозии каждого образца.

Опыт 10. Влияние ингибитора на коррозию металла.

Две железные проволоки  зачислить наждачной бумагой, промыть  холодной водой и на 2-3 мин опустить в раствор HCl (1:1). В две три пробирки влить по 10 – 15 капель 0,2 н- раствора H₂SO₄ и по 2 – 3 капли K₃[Fe(CN)₆]. В одну пробирку добавить немного уротропина. В обе пробирки поместить проволоку. Отметить время появления окрашивания раствора в синий цвет в каждой пробирке и интенсивность окраски. Какова роль уротропина?

Требования  к отчету

Работа  должна быть оформлена в соответствии с общепринятыми требованиями к  отчетам по лабораторным работам. В  выводах должны быть сформулированы причины, вызывающие коррозию металлов, а так же перечислены методы защиты от коррозии. По каждому опыту необходимо составить уравнение ракции.