Изучение явления контактной коррозии металлов

Цель работы: Измерить электрохимические потенциалы различных металлов в различных средах, изучить краткосрочную динамику изменения этих потенциалов, определить возможные разности потенциалов, вызывающие контактную коррозию металлов в заземляющих системах электроустановок.

Методы измерения. Измерения проводятся при помощи измерительного преобразователя рН-метра МУЛЬТИТЕСТ ИПЛ-301. Прибор позволяет измерять:

- потенциалы металлов в водных растворах кислот, солей и оснований по отношению к стандартному электроду сравнения (в пределах ±3000 мВ);

- водородный показатель среды – рН[2](от 0 до 14);

- температуру раствора (от -10 до +120 ⁰С).

Стандартный электрод сравнения, по отношению к которому измеряются электрохимические потенциалы различных металлов, - это хлорсеребряный электрод, собственный потенциал которого не зависит от окружающей среды. Хлорсеребряный электрод представляет собой находящийся в растворе хлористого калия электрод из серебра, покрытого малорастворимым хлористым серебром. Равновесный обмен ионами хлора межу раствором и твёрдым электродом создаёт стабильный электрохимический потенциал.

Для измерения водородного показателя среды используется специальный электрод типа ЭС-1, потенциал которого зависит от концентрации ионов водорода в растворе и измеряется по отношению к электроду сравнения

Для определения температуры раствора используется датчик температуры типа ДТУ, преобразующий температуру в значение сопротивления. Датчик предназначен для автоматического внесения поправок в результаты измерений.

 

Описание лабораторной установки. Общий вид лабораторной установки показан на рис. 3.1

В лабораторный стол встроены 3 стеклянные банки с электролитом. В каждой банке электролит имеет определённое значение рН. Банки сверху прикрываются съёмными крышками-панелями, которые имеют отверстия для электродов и клеммы для подсоединения образцов металлов. Назначения отверстий показаны на рисунке 3.1. Отверстие для датчика температуры имеется лишь на одной крышке-панели, которая устанавливается, как правило, на среднюю банку.

Электроды сравнения и электроды для определения рН перед началом опыта хранятся в банке с дистиллированной водой.

Прибор МУЛЬТИТЕСТ ИПЛ-301 установлен над панелью с переключателем. Панель с переключателем предназначена для оперативного переключения электродов сравнения и рН-электродов при переходе от банки к банке при измерениях.

Датчик температуры подключён, минуя панель с переключателем, непосредственно к соответствующему гнезду, расположенного на задней панели прибора.

Электроды сравнения подключаются к клеммам панели Э_1ср…Э_3ср, в соответствии с принятыми номерами банок. Электроды для измерения рН подключаются к клеммам панели Э_1рН…Э_3рН, также в соответствии с принятыми номерами банок.

К клемме «φ» панели подключается одним концом проводник с измерительным щупом. Измерительный щуп в процессе измерений подсоединяется к клеммам с образцами металлов.

Образцы металлов представляют собой стержни и пластины из материалов:

- сталь,

- оцинкованная сталь.

- медь,

- свинец,

- сталь в бетоне.

Вначале исследуются электрохимические потенциалы 4-х металлов, а затем изучаются электрохимические потенциалы голой стали и стали, покрыто слоем бетона.

 

Методические указания

Внимание! Перед началом работы следует чётко представлять, что в банках с электролитами находятся кислые и щелочные растворы, попадание которых на кожу рук и другие части тела (особенно глаза!) недопустимо. Для этой цели работа с испытуемыми образцами выполняется в следующем порядке:

- Перед началом работы сухие образцы металлов расположены на тканевой подложке.

- С банок снимаются крышки-панели.

- К зажимам «крокодил», установленным с нижней стороны крышки-панели подцепляются образцы металлов (в одинаковом порядке для всех трёх банок).

- Крышки-панели устанавливаются на банки, при этом образцы металлов оказываются погружёнными в электролит (уровень электролита должен не доходить до концов зажимов).

- В отверстия крышек-панелей устанавливаются электроды сравнения, электроды для измерения рН и датчик температуры. Предварительно электроды и датчик должны быть присоединены к панели с переключателем.

- Производятся измерения (см. ниже).

- После окончания измерений из крышек-панелей вынимаются электроды и датчик и переносятся в банку с дистиллированной водой.

- Крышки-панели снимаются поочерёдно и переносятся к раковине, где из зажимов вынимаются образцы (без прикосновения к ним).

- Образцы промываются проточной водой и протираются сухой тканью. После этого образцы укладываются на тканевую подстилку.

При попадании электролита на кожу рук или другие части тела производится промывка этих частей проточной водой.

Измерения производятся в следующем порядке:

1. Включается прибор тумблером «сеть» (предварительно прибор должен быть подключён к сети шнуром питания)[3].

2. Переключатель «рН-φ» на панели устанавливается в положение «рН».

3. Клавишей «выбор» на приборе устанавливается режим «Измерение». При входе в режим «Измерение» на индикатор в нижней строке выводится размерность измеряемой величины (мВ или рН) и температура.

4. Клавишей «Ввод» выбирается размерность «рН».

5. Центральный переключатель панели устанавливается в положение «Э_1ср-Э_1рН» и производится отсчёт рН в первой банке. Далее аналогично измеряется значение рН во второй и третьей банках.

6. Переключатель «рН-φ» на панели с переключателем устанавливается в положение «φ».

7. Клавишей «Ввод» выбирается размерность «φ».

8. Центральный переключатель панели устанавливается в положение «Э_1ср-Э_1рН» и производится отсчёт потенциалов φ всех образцов в первой банке. Отмечается время измерений.

9. Центральный переключатель панели устанавливается в положение «Э_2ср-Э_2рН» и производится отсчёт потенциалов φ всех образцов во второй банке. Отмечается время измерений.

10. Центральный переключатель панели устанавливается в положение «Э_3ср-Э_3рН» и производится отсчёт потенциалов φ всех образцов в третьей банке. Отмечается время измерений.

11. Далее измерения по пп. 8-10 проводятся через определённое время с целью выявление тренда потенциала каждого из образцов. Рекомендуется снимать зависимость потенциала от времени с интервалом в 1 минуту в первые 5 минут, и с интервалом в 2…3 минуты последующее время. Общее время измерений 20…30 минут.

12. По завершении работы крышки-панели с образцами переносятся в раковину, образцы промываются, протираются сухой тканью и раскладываются на тканевой подложке

13. После измерения образцов из стали, меди, свинца и цинка аналогичный опыт проводится для образцов из стали и железобетона.

14. По окончании измерений проводится контрольная проверка значений рН в банках. Для этого клавишей «Ввод» выбирается размерность «рН» и повторно выполняются пп. 2 и 5.

15. По завершении работы крышки-панели с образцами переносятся в раковину, образцы промываются, протираются сухой тканью и раскладываются на тканевой подложке.

16. Отчет оформляется один на бригаду. Защита отчета проходит индивидуально.

Контрольные вопросы

1.Что такое, «контактная коррозия» ?

2.Расположите металлы по порядку убывания электродных потенциалов.

3.Как зависят электродные потенциалы меди от повышения рН?

4.Как изменяются потенциалы стали при понижении рН?

5.Какой металл из пары «сталь-медь» будет корродировать в нейтральной, кислой и щелочной средах?

6.Какой металл из пары «сталь-цинк» будет корродировать в нейтральной, кислой и щелочной средах?

7.Какой металл из пары «сталь-свинец» будет корродировать в нейтральной, кислой и щелочной средах?

8.Каков механизм защиты стали от коррозии путем оцинковки?

9.Почему потенциал стальной арматуры бетонных образцов более стабилен в разных средах, нежели потенциал стали?

10. Контакты с какими металлами усиливают коррозию стали в земле?

11. Можно ли защитить стальные заземлители от коррозии путем их оцинковки?

12. Что такое электрохимическая коррозия?

13. Какие виды электрохимической коррозии в электроустановках Вы знаете ?