Лабораторная работа №1. Изучение влияния температуры на кинетику

Изучение влияния температуры на кинетику

Газовой коррозии металлов

Цель работы

С помощью гравиметрического метода изучить кинетику газовой коррозии (окисления) металлов в воздушной среде в зависимости от температуры и времени окисления.

Содержание работы

Газовая коррозия металлов является одним из видов химической коррозии. Кинетика (скорость) этого вида коррозии зависит как от внешних, так и от внутренних факторов.

К внешним факторам такой коррозии относятся, в частности, температура газовой среды и длительность пребывания в ней металлических материалов.

Температура очень сильно влияет на кинетику газовой коррозии. Это влияние может быть выражено известным уравнением Аррениуса:

, (10)

где К - константа скорости химической реакции,

D - постоянная, равная К при 1/ Т = 0;

Q - энергия активации химической реакции;

R - газовая постоянная; Т - температура, К.

Из уравнения (10) следует, что скорость газовой коррозии (K _m) в зависимости от температуры возрастает по экспоненциальному закону. Однако зависимость скорости газовой коррозии от температуры чаще всего имеет более сложный характер, так как с изменением температуры могут изменяться структура и свойства как металла, так и продуктов коррозии.

Если продукты коррозии рыхлые, легко осыпаются с поверхности металла, то они не затрудняют доступа к ней газа (например, кислорода воздуха) и не замедляют коррозии. Если продукты коррозии затрудняют доступ газа к поверхности металла, то они замедляют коррозию.

Строение продуктов коррозии на железе при окислении (наиболее распространенном виде газовой коррозии) соответствует диаграмме состояния железо - кислород. До температуры 575°С продукты коррозии состоят из гематита Fe₂O₃ и магнетита Fe₃O₄. Выше 575°С образуется вюстит FeO, и продукты коррозии будут иметь три слоя (по мере удаления от поверхности внутрь металла) - гематит, магнетит, вюстит. Дальнейшее повышение температуры не приводит к появлению новых фаз в продуктах коррозии, а образовавшиеся три слоя увеличиваются по толщине.

Толщина образующихся продуктов коррозии зависит не только от температуры, но и от времени, при этом рост пленки во времени подчиняется логарифмическому или параболическому законам.

Порядок выполнения работы

1. Зачистить образцы (4 шт.) технического железа или других металлов наждачной бумагой, замаркировать напильником, промыть в проточной воде, просушить фильтровальной бумагой.

2. Измерить штангенциркулем размеры образцов, поместить по одному образцу в чистые, предварительно прокаленные фарфоровые тигли.

3. Фарфоровый тигель с образцом подвесить к нихромовой нити установки для непрерывного взвешивания, опустить тигель в предварительно нагретую до требуемой температуры печь, входящую в эту установку, и взвесить.

4. Испытания произвести при температурах 400, 600, 800 и 1000 °С; продолжительность испытаний 45 - 60 минут; интервалы между взвешиваниями 10 - 15 минут (на момент взвешивания магнитных материалов при температурах ниже точки Кюри печь следует отключать для избежания влияния магнитного поля на показания весов).

При испытании без фарфоровых тиглей обработку результатов произвести по убыли массы образцов, для чего перед взвешиванием с них необходимо удалить окалину (например, реактивом: 100 мл 34%-ной HCl + 1,5 г SbCl₃).

Примечание. При отсутствии установки, обеспечивающей возможность непрерывного взвешивания образцов, влияние температуры на кинетику газовой коррозии металлов можно исследовать в обыкновенной муфельной печи. Для этого после измерения размеров каждый образец положить в чистый предварительно прокаленный фарфоровый тигель и, взвесив на аналитических весах, поместить тигли в нагретые до требуемой температуры (400, 600, 800 и 1000°С) печи. Продолжительность испытания 60 минут. Извлеченные из печи тигли с образцами поставить на фарфоровые или металлические подставки, дать остыть на воздухе, после чего взвесить. На основании экспериментальных данных построить графики зависимости скорости коррозии от температуры и сделать соответствующие выводы.

Содержание отчета

1. Сущность гравиметрического метода. Формула для определения глубинного показателя коррозии с объяснением смысла входящих в нее величин.

2. Десятибалльная шкала коррозионной стойкости металлов.

3. Краткая характеристика продуктов коррозии железа.

4. Схема установки для непрерывного взвешивания образца без извлечения его из печи.

5. Таблица экспериментальных и расчетных данных изучения влияния температуры и времени окисления на процесс газовой коррозии.

6. Графики зависимости скорости коррозии от температуры (время выдержки 60 мин.) в координатах К _m - t ° С и в координатах lg К _m - 1/T K.

7. Графики зависимости скорости коррозии от времени испытания (температуры 400, 600, 800 и 1000 °С).

8. Выводы:

- о влиянии температуры на кинетику газовой коррозии металлов в воздушной среде;

- о закономерностях роста оксидной пленки во времени в воздушной среде при различных температурах.

Литература: [1], с. 55…57; [4], с. 23…29

Поиск по сайту: