Лекции / Лекция 8

Практика 2 1. Будет ли оксидная пленка, образующаяся на кальции, обладать

защитными свойствами?

Защитные свойства пленки оценивают величине фактора Пиллинга— Бэдвордса: (α = Vок/VМе. Мы рассчитаем значение α по формуле:

α = Vок/VМе = Мок·ρМе/(n·AMe·ρок)

Мок = 40+16=56 г/моль

AMe = 40 г/моль n = 1

ρМе = 1,55 г/см3 ρок = 3,37 г/см3

α= Vок/VМе =56·1,55/(40·1·3,37)

α= 0,64

т.е α<1, а это значит, что оксидная пленка, образующаяся на кальции, не обладает защитными свойствами.

2. Будет ли оксидная пленка, образующаяся на алюминии (Аl2O3), обладать защитными свойствами?

Защитные свойства пленки оценивают величине фактора Пиллинга— Бэдвордса: (α = Vок/VМе). Мы рассчитаем значение α по формуле:

α = Vок/VМе = Мок·ρМе/(n·AMe·ρок)

Мок = 27·2+16·3 = 102 г/моль

AMe = 27 г/моль n = 2

ρМе = 2,7 г/см3 ρок = 3,99 г/см3

α= Vок/VМе = 102·2,7/(27·2·3,99)

α= 1,3

т.е 2,5>α>1, а это значит, что оксидная пленка, образующаяся на Al, является

сплошной и обладает защитными свойствами.

3.Сплав содержит железо и никель. Какой из названных компонентов будет разрушаться при атмосферной коррозии? Приведите уравнение анодного и катодного процессов.

Исходя из положения металлов в электрохимическом ряду напряжения металлов, находим, что железо более активный металл, чем никель:

EFe2+/Fe = — 0,440 В

ENi2+/Ni = — 0,250 В

Поэтому в первую очередь при атмосферной коррозии будет разрушаться железо. В этом случае протекают следующие реакции:

А: Fe – 2e— = Fe2+

K: O2 + 2H2O + 4e— = 4OH— 2Fe + O2 + 2H2O = 2Fe2++ 4OH— 2Fe + O2 + 2H2O = 2Fe(OH)2

Далее Fe(OH)2 переходит в Fe(OH)3

4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = Fe(OH)3

4.Будет ли оксидная пленка, образующаяся на свинце, обладать защитными свойствами?

Защитные свойства пленки оценивают величине фактора Пиллинга— Бэдвордса: (α = Vок/VМе). Мы рассчитаем значение α по формуле:

α = Vок/VМе = Мок·ρМе/(n·AMe·ρок)

Свинец может образовать оксиды состава PbO и PbO2, поэтому рассчитаем значение α для каждого случая

МPbO = 207+16 = 223 г/моль МPbO2 = 207+16·2 = 239 г/моль APb = 207 г/моль

n = 1

ρPb = 11,34 г/см3 ρPbO = 9,63 г/см3 ρPbO2 = 9,38 г/см3

α= VPbO/VPb = 223·11,34/(207·1·9,63) = 1,3

α= 1,3

α= VPbO2/VPb = 239·11,34/(207·1·9,38) = 1,4

α= 1,3

т.е для всех оксидных пленок α лежит в интервале 2,5>α>1, т.е. они являются сплошными и обладают защитными свойствами.

5.Оценить коррозионную стойкость цинка на воздухе при высоких температурах. Образец цинка плотностью ρ = 7,14 г/см3, размером 50х30х1 мм после 180 часов окисления и снятия продуктов коррозии весил 10,6032 г.

Оценить коррозионную стойкость металла можно по формуле:

Kн = 365·h/τ- глубинный показатель коррозии h = Δm/(S·ρ)

Найдем площадь поверхности металла:

S = 2·(5·3) + 2·(5·0,1) + 2·(3·0,1) = 31,6 см2

Масса металла до коррозии равна: m1 = V·ρ = 5·3·0,1·7,14 = 10,71г.

6.Что называется ионным произведением воды? Чему оно равно? Дайте вывод выражения ионного произведения воды.

Вода является слабым электролитом, ее молекулы в незначительной степени распадаются на ионы:

H2O ↔ H+ + OH—

Константа равновесия реакции диссоциации воды имеет следующий вид:

K = [H+]·[OH—]/[H2O]

при 22°C, K = 1,8 × 10-16.

Пренебрегая концентрацией диссоциированных молекул воды и принимая массу 1 л воды за 1000 г получаем:

[H2O] = 1000/18 = 55,56 г

K = [H+]·[OH—]/55,56 = 1,8 × 10-16 [H+]·[OH—] = 1,8 × 10-16· 55,56 = 1·10-14

[H+] определяет кислотность раствора,— ] – определяет[OH щелочность раств В чистой воде [H+] = [OH—] = 1 × 10-7.

Произведение [H+] и [OH—] называется ионным произведением воды

KН2О = [H+]·[OH—] = 1·10-14

Ионное произведение воды увеличивается с ростом температуры, так как при этом диссоциация воды также увеличивается.

Кислотность раствора обычно выражают через pH: -lg[H+] = pH

-lg[OH—] = pOH

pH < 7 в кислой среде pH > 7 в щелочной среде

pH = 7 в нейтральной среде.

7.Расчет определяющей температуры процесса коррозии при наличии оксидной пленки, отложений и теплового потока на теплообменных трубках ПГ. Формула для расчета перепада температуры в тепловом пограничном слое

Ттпс = qs /

Формула для расчета перепада температуры в слое отложений:

Тотл = qs отл / отл

Формула для расчета перепада температуры в оксидном слое:

Формула для расчета перепада температуры в стенке теплообменной трубки (ТОТ):

Рис. 1 Схема расчета определяющей температуры процесса коррозии ТОТ ПГ. Границы

раздела: Rст/ок, Rок/отл, Rотл/пвс,- соответственно, стенки ТОТ и оксида; - оксида и отложений; отложений и паро-водяной смеси. Температуры границ разделов: Топр-1000, Топр-440, соответственно, определяющие скорости коррозии для ПГВ-1000 и ПГВ 440

Таким образом, температуру, определяющую скорость процесса взаимодействия металла ТОТ с раствором электролита, находящуюся для сталей на границе раздела оксид металла стенки ТОТ и отложения можно определить по формуле

Топр= Тпвс+ Ттпс + Тотл 5

Если раскрыть символы в правой части, то получим выражение для Топр:

Топр= Тпвс+ (qs / )+(qs отл / отл ) (6)

Если этот же подход использовать для цветных металлов (например, цирконий), то получим для Топр на границе раздела «металл/оксид»:

Топр= Тпвс+ Ттпс + Ток+ Тотл = Тпвс+ (qs / )+(qs отл / отл) +(qs ок / ок )(7)

Для скорости коррозии стали на внутренней поверхности стенки ТОТ температуру, определяющую скорость процесса взаимодействия металла ТОТ с раствором электролита (находящуюся для сталей на границе раздела оксид/

металла стенки ТОТ и отложения на внутренней поверхности) можно определить по формуле (8)

Таким образом, если среда – греющая, то температура, определяющая скорость процесса коррозии – ниже температуры среды. В случае обогреваемой среды – температура, определяющая скорость процесса коррозии – выше температуры охлаждающей среды.

Это очень важно для предварительного задания температуры ресурсных статических испытаний образцов конструкционных сплавов без теплового потока.