Коррозия и защита металлов

Решение типовых задач

Пример 9.1. Составьте уравнение реакции, протекающей при химической коррозии данного металла, рассчитайте по таблицам выберите металл, которым можно легировать данный металл.

Дано: Fe, Fe₂O₃; T = 500 K. Начальное давление кислорода

Р е ш е н и е

Для расчета используем табличные данные о зависимости упругости паров различных оксидов от температуры (табл.П. 7). Вначале дадим характеристику процесса.

При химической коррозии данного металла протекает следующая реакция

2Fe (т) + 3/2О₂ (г) = Fe₂O₃ (т).

 

 

Отсюда следует, что металл стоек, так как значение находится в пределах, обеспечивающих антикоррозионную защиту (α = 1÷2,5)

Вместе с тем, поскольку эта величина ближе к границам защитных значений, чем к их середине (α = 1,75±0,75) защиту следует считать относительной.

Величину рассчитаем по формуле изотермы Вант-Гоффа, которая применительно к рассматриваемой реакции примет вид

 

где константа равновесия при температуре Т.

.

 

По табл. П. 7 находим упругость диссоциации Fe₂O₃ при 500 К

 

 

Затем рассчитываем :

= 2,303·8,3144·500·lg[(101325)^-3/2 × ×(1,013·10^-45)^3/2] = –646238,91 Дж/моль – 646,3 кДж/моль < 0.

 

Так как < 0, реакция может протекать слева направо самопроизвольно при Т = 500 К.

При выборе металла для легирования железа исходим из условия защиты

оксида легирующего металла < оксида основы.

Для железа при 298 К это алюминий

Пример 9.2. Напишите уравнения электрохимических реакций и уравнения реакций побочных процессов при коррозии данного металла с водородной деполяризацией. Укажите термодинамическую возможность коррозионного процесса. Рассчитайте разность потенциалов под током при коррозии с учетом перенапряжений.

Дано: Fe; pH < 7; pH 7.

 

Р е ш е н и е

 

Анодная реакция Fe⁰ – 2 = Fe²⁺.

Полярность анода со стороны внешней цепи (, со стороны электролита (+), процесс – окисление металла.

 

Катодные реакции

при рН < 7 2Н⁺ + 2 = Н₂; при рН 7 2Н₂О + 2 = 2ОН + Н₂.

 

Полярность катода со стороны внешней цепи (+), со стороны электролита , процесс – восстановление окислителя.

 

Побочные реакции

Fe²⁺ + 2OH = Fe(OH)₂ ;

2Fe(OH)₂ + ½ O₂ + H₂O = 2Fe(OH)₃ .

 

При дальнейших превращениях образуются сложные гидратированные оксиды – ржавчина FeO·Fe₂O₃· n H₂O.

Термодинамическая возможность коррозии рассчитывается, исходя из стандартных электродных потенциалов

(при рН = 7);

(при рН < 7); (при рН > 7, точнее рН = 14).

При рН < 7

= – = 0 – (–0,44) = 0,44 B > 0.

Так как реакция коррозии в кислой среде термодинамически возможна.

 

Термодинамическая возможность коррозии рассчитывается, исходя из стандартных электродных потенциалов

(при рН=7);

(при рН< 7);

(при рН > 7, точнее рН = 14).

 

При рН < 7 = – = 0 – (–0,44) = 0,44 B > 0.

Так как реакция коррозии в кислой среде термодинамически возможна.

 

При рН = 7 = –0,414 – (–0,44) = 0,026 B > 0;

 

Так как то процесс возможен и в нейтральной среде.

 

При рН > 7 (точнее при рН=14)

 

= – = –0,83 – (–0,44) = –0,39 B < 0.

= –2·96500· (–0,39)·10^-3 = 75,3 кДж/моль > 0.

 

Так как то при рН > 7 процесс термоди-намически невозможен. Однако о его реальной возможности можно судить только с учетом кинетических данных.

Расчет разности потенциалов под током при коррозии проводится с учетом кинетики процессов.

 

При рН < 7

; (на Fe) = 0,2 B.

= (0 – 0,2) – (- 0,44 + 0,01) = 0,23 B > 0.

 

Так как Е > 0, то процесс при рН < 7 кинетически возможен.

 

При рН = 7 ;

(на Fe) = 0,1 B.

(- 0,414 – 0,01) – (- 0,440 + 0,010) = 0,006 В > 0.

Так как Е > 0, то в нейтральной среде возможно незначи-тельное (из-за малой величины Е) окисление железа.

 

Пример 9.3. Напишите уравнения электрохимических реакций и реакций побочных процессов при коррозии данного металла с кислородной деполяризацией. Укажите термодинамическую возможность коррозионного процесса. Рассчитайте разность потенциалов под током при рН < 7; рН 7.

 

Дано: железо (Fe).

 

Р е ш е н и е

Анодная реакция Fe⁰ = Fe²⁺ + 2 ;

Катодные реакции при рН < 7 О₂ + 4Н⁺ + 4 = 2Н₂О;

при рН О₂ + 2Н₂О + 4 = 4ОН¯.

 

Побочные реакции описаны в предыдущем примере. Находим табличные данные

рН < 7 (pH = 0); (на Fe) = 0,3 B;

pH = 7 (на Fe) = 0,6 B;

pH > 7 (pH=14) (на Fe) = 0,6 B.

 

Термодинамическая возможность

 

pН < 7 1,229 – (–0,440) = 1,669 В > 0;

4

реакция 2Fe⁰ + O₂ + 4H⁺ = 2Fe²⁺ + 2H₂O;

 

= –644,234

 

При рН < 7 процесс возможен.

 

рН = 7 0,815 – (- 0,440) = 1,255 В > 0;

 

 

4

реакция 2Fe⁰ + O₂ + 2Н₂О = 2Fe²⁺ + 4ОН¯;

 

= - 484,43

При рН = 7 процесс возможен.

 

рН > 7 0,400 – (- 0,440) = 0,84 В > 0;

 

= – 324,24

При рН > 7 процесс возможен.

 

Расчет разности потенциалов под током проводим с учетом перенапряжений

 

рН < 7 (1,229 – 0,300) – (–0,44 + 0,01) = 1,359 В > 0;

рН = 7 (0,815 – 0,6) – (–0,44 + 0,01) = 0,645 В > 0;

рН > 7 (0,400 – 0,6) – (–0,44 + 0,01) = 0,230 В > 0.

 

Таким образом, коррозия железа кинетически возможна во всех рассматриваемых средах.

 

Пример 9.4. Выберите условия для защиты данного металла следующими способами: 1) катодной протекторной защитой; 2) ка-тодной защитой внешним током; 3) анодной защитой внешним током. Для каждого случая составьте уравнения реакций на электродах с указанием вторичных процессов.

Дано: железо (Fe); рН < 7.

 

Р е ш е н и е

 

Исходя из стандартных электродных потенциалов

выбираем в качестве протектора более отрицательный металл – магний.

 

1) Для катодной протекторной защиты (или сокращенно «про-текторной защиты») составляем схему

 

 

 

 

Электролит с рН < 7

 

 

Катод: Анод:

Fe⁰; 2H⁺ + 2 = H₂; Mg⁰ = Mg²⁺ + 2

(электрохимическая

реакция);

Mg⁰ + H₂O = MgO + H₂

(частичное саморастворение –

– потери металла)

 

Для обеспечения защиты устанавливаем ток в цепи (I), отвечающий плотности защитного тока: .

В случае такого высокоотрицательного протектора как магний реализуется преимущественно процесс с водородной деполяризацией. При сдвиге рН к нейтральным значениям на железе может параллельно незначительно ионизироваться кислород:

 

О₂ + 4Н⁺ + 4 = 2Н₂О.

 

При близком размещении протектора и защищаемого металла из-за выделения водорода рН может сместиться в щелочную сторону и при рН = 8,5 начаться вторичная реакция:

 

Mg²⁺ + 2H₂O = Mg(OH)₂ + 2H⁺.

 

Поскольку магний пассивируется в нейтральной и основной сре-дах, надежная защита от коррозии обеспечивается лишь при рН < 7.

 

2) Для катодной защиты внешним током (или сокращенно «катодной защиты») составляем схему

 

(+)

(-)

 

 

 

 

 

Устанавливаем защитную плотность тока аналогично случаю протекторной защиты.

Возможные вторичные реакции: при рН > 5,5 на вспомогательном аноде возможна частичная пассивация, из-за чего он нуждается в периодическом удалении образующихся веществ, в частности, гидратированных оксидов – ржавчины (реакции приведены в примере 2).

 

3) Для анодной защиты внешним током (сокращенно «анодной защиты») составляем схему аналогично катодной защите, с тем различием, что защищаемый металл включается анодно (к положительному полюсу источника тока), а вспомогательный электрод – катодно (к отрицательному полюсу источника тока). Механизм защиты – металл пассивируется.

 

(+) Fe⁰ = Fe²⁺ + 2 ;

 

Fe²⁺ + 2OH¯ = Fe(OH)₂ и процесс коррозии замедляется (идет пассивация);

 

(–) 2Н⁺ + 2 = Н₂.

 

 

Вторичные реакции аналогичны описанным в примере 2. Метод более эффективен для нержавеющих сталей с добавками 13–18 % Cr или 18 % Cr, 9 % Ni. Плотность тока коррозии при пассивации невелика, что видно из графика

 

lg i

I II IV

III

 

На графике цифрами I – IV обозначены участки:

I – активное растворение (коррозия);

II – переходной режим;

III – пассивация (область защиты от коррозии);

IV – перепассивация – растворение в высших степенях окисления, например, Fe⁰ = Fe³⁺ + 3 (нет защиты).

 

Пример 9.5. Данный металл рассмотрите в контакте с другим в двух случаях: а) примесь другого металла; б) покрытие. Для случая (а) – примесь: укажите условия, когда коррозия ослабляется и когда усиливается; то же для покрытий (анодные и катодные покрытия). Рассчитайте разность потенциалов под током при коррозии, напишите уравнения реакций коррозионного разрушения, сделайте вывод об эффективности защиты или ее отсутствии.

 

Дано: Fe (основной металл) + Ni (примесь или покрытие);

вид деполяризации – водородная; рН < 7.

 

Р е ш е н и е

 

а) Рассмотрим коррозию железа, содержащего примесь никеля при рН < 7.

 

По значениям равновесных потенциалов видно, что при коррозии анод – Fe, катод – Ni.

 

Уравнения возможных реакций

 

Анод (Fe): Fe⁰ = Fe²⁺ + 2 ;

Катод (Ni): 2H⁺ + 2 = H₂.

 

Для расчета Е выпишем дополнительные данные: (на Ni) = 0,2 B;

– (на Ni)) – ( + ) = (0 – – 0,2) – (–0,44 + 0,01) = 0,23 B > 0.

Так как процесс коррозии протекает, однако небольшая величина указывает, что его интенсивность невелика и при пассивации поверхности, например, никеля, когда (на Ni) растет, коррозия прекращается. Включения никеля ведут к усилению коррозии железа. Поскольку за счет никеля добиваются новых свойств образующегося материала, то для защиты его от коррозии следует изолировать материал от агрессивной среды – нанести покрытия (металлические или лакокрасочные).

б) Рассмотрим второй случай, когда железо покрыто никелем. В покрытиях обычно есть поры или оно может иметь механические повреждения. В этом случае протекают реакции, указанные ранее.

 

Электролит

пора или

дефект Ni (покрытие)

 

Fe (основа)

 

 

Защита такими покрытиями эффективна лишь при отсутствии пор и повреждений. Никель – катодное покрытие по отношению к железу (стали) и при повреждении покрытия ускоряется коррозия основы.

Для надежной защиты обычно используют двух- или трехслойные покрытия, в которых поры взаимно перекрываются: Fe + Cu – Ni; Fe + Cu – Ni – Cr. Слои меди и хрома небольшой толщины, но это оказывается достаточным как для высокой коррозионной стойкости покрытия, так и для новых свойств, например, износостойкости.

Задачи

9.1. Составьте уравнение реакции, протекающей при химической коррозии данного металла; рассчитайте α, ; по таблицам выберите металл, которым можно легировать данный металл. Начальное давление кислорода 101325 Па.

Т а б л и ц а 9.1

 

 

Вариант	Металл	Оксид	Т, К	Вариант	Металл	Оксид	Т, К
	Fe	FeO		1’	Nb	Nb2O5
	Ag	Ag2O		2’	Cr	Cr2O3
	Cu	Cu2O		3’	Ta	Ta2O5
	Pb	PbO		4’	Ru	RuO2
	Ni	NiO		5’	W	WO3
	Zn	ZnO		6’	Fe	FeO
	Al	Al2O3		7’	Sc	Sc2O3
	V	V2O3		8’	Tl	Tl2O3
	Ti	TiO2		9’	Bi	Bi2O3
	Cu	CuO		10’	Co	CoO
	Zr	ZrO2		11’	Sb	Sb2O3
	Be	BeO		12’	Pd	PdO
	Mg	MgO		13’	Mo	MoO3
	Sn	SnO2		14’	Cd	CdO
	In	In2O3		15’	Ge	GeO2

 

 

9.2. Напишите электрохимические реакции и уравнения реакций побочных процессов при коррозии данного металла с водородной деполяризацией. Укажите термодинамическую возможность коррозионного процесса. Рассчитайте разность потенциалов под током при коррозии с учетом перенапряжений.

 

 

Т а б л и ц а 9.2

 

Вариант	Металл	Среда	Вариант	Металл	Среда
	Ni	pH<7	1’	Y	pH<7
	Mn	pH 7	2’	Ni	pH 7
	Al	pH<7,pH=7	3’	Mn	pH<7
	Zn	pH<7	4’	Al	pH>7
	Cr	pH<7	5’	Zn	pH 7
	Co	pH<7	6’	Cr	pH 7
	Cd	pH<7	7’	Co	pH 7
	In	pH<7	8’	Cd	pH 7
	Ga	pH<7,pH=7	9’	In	pH>7
	Hf	pH<7	10’	Ga	pH>7
	Mo	pH<7	11’	Hf	pH 7
	Nb	pH 7	12’	Mo	pH 7
	Ta	pH<7	13’	Nb	pH<7
	V	pH<7	14’	Ta	pH 7
	Ti	pH<7	15’	V	pH 7

 

9.3. Напишите уравнения электрохимических реакций и реакций побочных процессов при коррозии данного металла с кислородной деполяризацией. Укажите термодинамическую возможность коррозионного процесса. Рассчитайте разность потенциалов под током при рН < 7; pH 7.

Т а б л и ц а 9.3

 

Вариант	Металл	Вариант	Металл
	Ni	1’	Bi
	Mn	2’	Ga
	Ag	3’	Ge
	Al	4’	Hf
	Zn	5’	Ir
	Pb	6’	Mo
	Cr	7’	Nb
	Co	8’	Os
	Cd	9’	Rh
	Cu	10’	Ta
	Sn	11’	Tc
	Sb	12’	V
	Re	13’	Tl
Окончание табл. 9.3
	Pd	14’	Ti
	In	15’	Y

 

9.4. Выберите условия для защиты данного металла следующими способами: 1) катодной протекторной защитой; 2) ка-тодной защитой внешним током; 3) анодной защитой внешним током. Для каждого случая составьте уравнения реакций на электродах с указанием вторичных процессов.

 

Т а б л и ц а 9.4

 

Вариант	Металл	Среда	Вариант	Металл	Среда
	Ni	рH<7	1’	Ga	pH<7
	Fe	рH 7	2’	Ga	pH 7
	Zn	рH<7	3’	Ge	pH<7
	Zn	рH 7	4’	Ge	pH 7
	Cr	рH<7	5’	Tl	pH<7
	Cr	рH 7	6’	Tl	pH 7
	Co	рH<7	7’	Tc	pH<7
	Co	рH 7	8’	Tc	pH 7
	Ni	рH 7	9’	Rh	pH<7
	Cd	pH<7	10’	Rh	pH 7
	Cd	pH 7	11’	Os	pH<7
	Sn	pH<7	12’	Os	pH 7
	Sn	pH 7	13’	Mo	pH<7
	In	pH<7	14’	Mo	pH 7
	In	pH 7	15’	Bi	pH<7

 

9.5. Данный металл рассмотрите в контакте с другим в двух случаях: а) примесь другого металла; б) покрытие. Для случая (а) – примесь: укажите условия, когда коррозия ослабляется и когда усиливается. То же – для покрытий (катодные и анодные покрытия). Рассчитайте разность потенциалов под током при коррозии, напишите уравнения реакций коррозионного разрушения, сделайте вывод об эффективности защиты или ее отсутствии.

 

 

Т а б л и ц а 9.5

 

Вариант	Металл	Примесь или покрытие	Деполяризация	Среда
	Fe	Mn	Водородная	pH<7
	Fe	Ag	Кислородная	рН 7
	Ni	Mn	Водородная	pH<7
	Ni	Ag	Кислородная	рН 7
	Mn	Ag	Водородная	рН 7
	Al	Cr	Водородная	рН 7
	Zn	Cr	Водородная	pH<7
	Cr	Co	Водородная	рН 7
	Cr	Cd	Водородная	pH<7
	Co	Cd	Водородная	рН 7
	Co	Cu	Водородная	pH<7
	Cd	Cu	Водородная	рН 7
	Cd	Sn	Водородная	pH<7
	Cd	Sb	Водородная	рН 7
	Cu	Fe	Водородная	pH<7
1’	Cu	Mn	Водородная	pH<7
2’	Fe	Re	Водородная	рН 7
3’	Re	Pd	Кислородная	рН 7
4’	Sn	In	Водородная	pH<7
5’	Sn	Bi	Водородная	рН 7
6’	Re	In	Водородная	pH<7
7’	Pd	Ga	Водородная	рН 7
8’	Bi	Ge	Кислородная	pH<7
9’	Hf	Ir	Водородная	рН 7
10’	Mo	Nb	Водородная	pH<7
11’	Os	Rh	Кислородная	рН 7
12’	Ta	Tl	Водородная	pH<7
13’	V	Tl	Водородная	рН 7
14’	Ti	Y	Водородная	pH<7
15’	Mo	Mg	Водородная	рН 7

 

9.6. Рассчитайте разность потенциалов под током при коррозии и укажите, в какой последовательности увеличивается коррозионная стойкость с водородной деполяризацией в кислой среде сплавов Al – Mn, Al – Cu, Al – Zn?

9.7. В аэрированном растворе, содержащем ингибитор, на поверхности стали протекают реакции:

Fe⁰ = Fe²⁺ + 2 ;

Fe²⁺ = Fe³⁺ + ;

O₂ + 2H₂O + 4 = 4OH ;

PO + H₂O = HPO + H⁺;

PO + Fe³⁺ + 2H₂O = FePO₄· 2H₂O .

 

Рассчитайте массу защитной пленки, если поглощено 4,1 л кислорода (условия нормальные), а выходы кислорода и железа составляют 70 %. Укажите ингибитор и характер его действия.

9.8. Увеличение скорости коррозии металла при контакте с другим, более благородным металлом, определяется уравнением

,

где К ₀ – скорость коррозии металла без контакта; S _к, S _а – площади поверхностей катода и анода соответственно.

Рассчитайте, какова может быть минимальная поверхность медной детали, находящейся в контакте с цинком или железом, площадью 15 дм², чтобы скорости коррозии каждого из этих металлов не превышали 2·10^-4 г/см²·с. Скорости коррозии с водородной деполяризацией в кислой среде без контакта составляют, г/см²·с: для Zn 1,21·10^-4; для Fe 2,11·10^-6.

9.9. Рассчитайте скорость коррозии стального листа размером 2 × 3 × 0,003 м, если убыль его массы составила за 325 дней 7,1 кг. Напишите уравнения реакций при коррозии в нейтральной среде.

9.10. Плотность коррозионного тока при коррозии железной детали составила 14 мкА/см². Рассчитайте скорость коррозии, если выход по току при растворении железа 65 %. Укажите наиболее вероятные условия – среду и марку стали, пользуясь табл.9.6.

 

Т а б л и ц а 9.6

 

Материал	Армко-железо (0,01 % Cr)	Сталь 10 (0,1 % Cr)	Сталь 30 (0,3 % Cr)	Сталь 30
Условия	40 % HCl	20 % HCl	Дистил. вода	1 % HCl
Скорость коррозии, мг/м2·ч	0,1· 105	0,5 · 105	0,91	1· 103

 

9.11. Для обеспечения надежной защиты стали от коррозии необходимо обеспечить защитный ток плотностью 5 мА/см². Рассчитайте расход протекторов из различных металлов: Mg (примеси Al,Zn,Mn), Al (Zn,Sn), Zn (Al,Cd). Выходы по току: Mg 0,95; Al 0,65; Zn 0,63. Влиянием примесей пренебречь.

9.12. При анодном оксидировании магния в щелочном электролите протекают реакции образования защитной пленки из оксида магния (II): Mg + 2OH MgO + H₂O + 2 ; и выделения кислорода: 4ОН О₂ + 2Н₂О + 4 . При токе 5 А выделилось 0,5 л кислорода (объем пересчитан к нормальным условиям) с выходом по току 30 %. Рассчитайте продолжительность анодирования и количество магния, израсходованного на образование защитной пленки.

9.13. Для повышения коррозионной стойкости цинковых покрытий во время хранения или транспортировки их подвергают химической пассивации по схеме:

3Zn + Na₂Cr₂O₇ + 7H₂SO₄ = 3ZnSO₄ + Cr₂(SO₄)₃ + Na₂SO₄ + 7H₂O;

Cr₂(SO₄)₃ + 6H₂O = 2Cr(OH)₃ + 3H₂SO₄;

Zn + H₂SO₄ = ZnSO₄ + H₂.

Какое соединение обеспечивает пассивацию цинка? Рассчи-тайте, какая масса цинка перешла при обработке в раствор, если вы-делилось 160 мл водорода (объем пересчитан к нормальным усло-виям) и 110 г Cr(OH)₃. Выход данных веществ принять равным 1.

9.14. При высокой температуре в газовой смеси водорода и паров воды происходит химическая коррозия стали по схеме:

а) Fe₃С + H₂O 3Fe + H₂ + CO;

б) Fe + H₂O FeO + H₂;

в) 3FeO + H₂O Fe₃O₄ + H₂;

г) Fe₃C + 2H₂ CH₄ + 3Fe.

В ходе коррозии выделилось 11 л СО, 0,6 л СН₄ (объемы пересчитаны к нормальным условиям) и образовалось 8 г Fe₃O₄. Рассчитайте массы разрушенного цементита Fe₃C и окисленного металла (выходы веществ принять равными 1). Укажите, какие реакции (а – г) относятся к обезуглероживанию, окислению металла или относятся к побочным.

9.15. При коррозии тантала, покрытого медью (например, в танталовых электролитических конденсаторах), в щелочной среде работает коррозионный элемент с водородной деполяризацией:

Ta | 0,01 моль/л Та⁺⁵, 1 н NaOH | Cu.

Рассчитайте разность потенциалов под током при коррозии как при заданной активности Та⁺⁵, так и при ее увеличении за счет коррозии до 0,1 моль/л, составьте поляризационную диаграмму.

9.16. Для защиты магния от контактной коррозии хроматированием проводят следующие реакции:

а) Mg = Mg²⁺ + 2 ;

б) Сr₂O + 14H⁺ + 6 = 2Cr³⁺ + 7H₂O;

в) 2Н⁺ + 2 = Н₂;

г) Cr³⁺ + 3OH = Cr(OH)₃;

д) Сr(OH)₃ + OH = CrO + 2H₂O;

е) Mg²⁺ + 2 CrO = Mg(CrO₂)₂.

Какой механизм защиты? Укажите причину образования гидроксида хрома (III). Рассчитайте разность потенциалов под током для процесса окисления магния по реакциям (а – в) и установите, какой окислитель более сильный (для реакции б перенапряжение составляет 0,4 В).

9.17. Железная деталь находится в природных водах в присут-ствии СО₂, когда = –0,559 В; рН = 7. Рассмотрите следую-щие случаи: 1) при небольшом содержании СО₂ преобладает коррозия с кислородной деполяризацией, скорость коррозии во времени заметно снижается; 2) при насыщении вод СО₂ скорость коррозии во времени не снижается, а остается постоянной, в частности, благодаря коррозии с водородной деполяризацией. Рассчитайте разность потенциалов под током при коррозии в обоих случаях, объясните причины различия коррозионных процессов.

9.18. В атмосфере влажного воздуха, насыщенного диоксидом серы, находятся детали из меди, хрома и цинка. Какие из них будут разрушаться? Ответ подтвердите расчетом разности потенциалов под током при коррозии с водородной деполяризацией, в случае каждого металла укажите реакцию среды.

9.19. Детали из цинка соединены железными болтами. Какой из металлов будет разрушаться в растворе AlCl₃? Составьте уравнения реакций при коррозии, рассчитайте разность потенциалов под током при коррозии с водородной деполяризацией, укажите реакцию среды.

9.20. Хромовая деталь находится в контакте с железной в щелочной среде. Рассчитайте разность потенциалов под током при коррозии с водородной и кислородной деполяризацией с учетом перенапряжений, укажите, какой процесс будет протекать, составьте уравнения реакций при коррозии.

9.21. В жестких водах на поверхности металла образуется защитный слой СаСО₃, затрудняющий диффузию кислорода к поверхности, из-за чего коррозия почти не протекает. Для нейтрализации таких вод через них пропустили СО₂, участвующий в следующих процессах:

СО₂ + 2ОН = СО + Н₂О;

СаСО₃ + СО₂ + Н₂О = Са(НСО₃)₂.

В результате коррозия железных труб резко усилилась. Рассчитайте массу защитного слоя СаСО₃ на поверхности металла, если доля СО₂, израсходованного на нейтрализацию, составила 70 % из пропу-щенных 15 л (объем пересчитан на нормальные условия).

9.22. Железо и сера в составе полимерного композита прибора были практически устойчивы в слабокислой среде. При проникновении в прибор аэробных бактерий вида thiobaccillas thiooxidans началась реакция:

2S + 3O₂ + 2H₂O 2H₂SO₄,

в результате которой концентрация серной кислоты достигла 5,23 % (плотность раствора 1035 кг/м³). Рассчитайте разность потенциалов под током при коррозии как с кислородной, так и водородной деполяризацией. В последнем случае учтите концентрацию кислоты (коэффициент активности и степень электролитической диссоциации принять равными 1).

9.23. В северных регионах корпуса автомобилей корродируют быстрее, чем в южных. Основная причина – зимой улицы посыпают солью (NaCl или CaCl₂), чтобы ускорить таяние льда, а ионы Cl ускоряют коррозию, так как устраняют пассивацию железа. Укажите реакцию среды в каждом случае, рассчитайте разность потенциалов под током при коррозии с кислородной деполяризацией.

9.24. В герметичный вакуумный прибор, содержащий титановую деталь с напыленным иттриевым покрытием, из-за разгерметизации попал влажный воздух. Какой вид коррозии и какого металла более вероятен? Укажите реакцию среды, рассчитайте разность потенциалов под током при коррозии.

9.25. Для защиты железного изделия использован протектор из сплава Zn – Mg. Убыль массы протектора при коррозии с водородной деполяризацией в кислой среде за сутки эксплуатации составила 50 г.

Выходы по току при растворении цинка 35 %, магния 40 %. Рассчитайте величину плотности коррозионного тока, если площадь изделия 30 см².

9.26. При контакте деталей из молибдена и ниобия (площадь последней 35 см²) в кислой среде выделилось 70 мл водорода (объем пересчитан к нормальным условиям) за 3 суток. Рассчитайте разность потенциалов под током при коррозии и величину плотности коррозионного тока. Выход по току водорода 85 %.

9.27. Германиевая пластина с палладиевым покрытием оказалась в кислой среде. За 10 дней эксплуатации было поглощено 30 мл кислорода (объем пересчитан к нормальным условиям). Рассчитайте величину плотности коррозионного тока, если выход по току кислорода 70 %, площадь непокрытой поверхности германия 27 см².

9.28. При катодной защите железного изделия внешним током в кислой среде на поверхности его выделилось 150 мл водорода (объем пересчитан к нормальным условиям). Учитывая, что выход по току водорода 70 %, рассчитайте, насколько уменьшилась масса вспомогательного железного анода (выход по току при растворении железа 66 %).

9.29. Хромированная поверхность детали площадью 70 см² находится в контакте с серебряной деталью. Во влажной среде с кислой реакцией за 10 суток выделилось 30 мл водорода (объем пересчитан к нормальным условиям). Рассчитайте плотность коррозионного тока, если выход по току водорода 80 %.

9.30. При разгерметизации прибора вода с кислой реакцией оказалась в месте контакта деталей из сурьмы и рения. В зоне реакции было поглощено 5 мл кислорода (объем пересчитан к нормальным условиям). Рассчитайте массу растворившейся сурьмы, если выходы по току для поглощения кислорода – 75 %, растворения сурьмы – 57 %.

9.31. При работе алюминиевого протектора обеспечивалась защита в щелочной среде железного изделия площадью 70 см². Коррозионная плотность тока составила 0,0001 А/см², объем выделившегося водорода 31 мл (после пересчета к нормальным условиям). Рассчитайте убыль массы протектора и время его работы. Выхода по току: при выделении водорода – 70 %, растворении алюминия – 31 %.

9.32. В место контакта серебряного проводника и танталовой пластины площадью 11 см² попала вода со щелочной реакцией. За сутки выделилось 100 мл водорода (объем пересчитан к нормальным условиям). Учитывая, что выходы по току при выделении водорода – 0,71, растворении тантала – 0,85, рассчитайте количество растворенного металла и величину коррозионной плотности тока.

9.33. Корпус железного сборника авиационного топлива площадью 100 см², углубленный во влажную землю с кислой реакцией среды, защищен протектором из цинка с поддержанием защитной плотности тока 5 мА/см². Рассчитайте объем выделившегося водорода (условия нормальные), если его выход по току 85 %.

9.34. Деталь из ванадия имеет участок, покрытый иридием, и находится в кислой среде. За 15 дней выделилось 165 мл водорода (объем пересчитан к нормальным условиям). Площадь непокрытой поверхности ванадия 15 см². Выходы по току: при выделении водорода – 75 %, растворении ванадия – 42 %. Рассчитайте массу растворившегося ванадия и величину коррозионной плотности тока.

9.35. Железный корпус станка, углубленный во влажную землю с кислой реакцией среды, защищен протектором из магния. За период 10 суток убыль массы протектора составила 35 г. Рассчитайте объем выделившегося водорода (условия нормальные) и величину корро-зионной плотности тока. Площадь защищаемой поверхности 75 см², выходы по току при выделении водорода – 73 %, растворении маг-ния – 82 %.

9.36. При оксидировании алюминиевой детали в растворе H₂SO₄ протекают следующие анодные реакции:

а) 2Al + 3H₂O = Al₂O₃ + 6H⁺ + 6 ;

б) 2H₂O = O₂ + 4H⁺ + 4 ;

в) Al₂O₃ + 6H⁺ = 2Al³⁺ + 3H₂O.

Площадь поверхности детали 0,61 дм², выделилось 5,25 мл О₂ (н.у.). При плотности тока 0,013 А/см² время процесса 20 мин. При выходе по току для алюминия 60 %, кислорода 10 % рассчитайте долю анодного тока в % для реакций а, б.

9.37. При оксидировании медной дет