Аппаратура, методика и порядок проведения

В задание входит (по указанию преподавателя) определение радиуса действия протекторной защиты в зависимости от электропроводности и рН коррозионной среды или от природы используемого протекторного материала. Работу проводят на установке, схема которой приведена на рис. 27. Радиус действия протектора определяют аналогично определению радиуса действия катодной защиты внешним током (см. работу 17).

 

Рис. 27. Схема установки для исследования защиты стали от коррозии с помощью протектора: 1 – исследуемый стальной образец; 2 – протектор; 3 – пробка-держатель; 4 – электроды сравнения; 5 – стеклянный трубчатый сосуд; 6 – потенциометр или катодный вольтметр; 7 – микроамперметр, 8 – рубильник

 

Образец 1 и протектор 2 зачищают наждачной бумагой, тщательно обезжиривают и закрепляют в пробке-держателе 3, следя за тем, чтобы оттянутые концы стеклянных трубок, в которых располагаются электроды сравнения 4, были плотно прижаты к поверхностям образца и протектора. Собирают электрическую схему, как показано на рис. 27. Залив в сосуд 5 исследуемый раствор, закрепляют в нем пробку-держатель так, чтобы уровень раствора доходил до ее нижнего края. После измерения начальных потенциалов защищаемого металла и протектора в исследуемом электролите замыкают рубильник 8 и фиксируют изменение во времени силы тока в цепи протектор – защищаемый образец. При появлении через 10-15 мин на поверхности образца синих пятен измеряют расстояние от верхнего края образца до ближайшего пятна, определяя таким образом радиус действия протектора. После измерения конечных значений потенциалов защищаемого образца и протектора опыт заканчивают. Образец извлекают из раствора, промывают холодной водой и протирают фильтровальной бумагой. В соответствии с заданием преподавателя опыт повторяют:

1 – в том же растворе, установив в пробке-держателе протекторы, изготовленные из других металлов;

2 – в растворах с различной концентрацией (0; 0,1; 0,5; 1,0; 1,5 %) NaCl;

3 – в растворе 0,5 % NaCl с другими значениями рН (рН=7; рН=2-3; рН=9-10).

 

Обработка результатов экспериментов

Результаты опытов записывают в табл. 24.

Таблица 24

Марка стали и ее термообработка __________________________

Рабочая поверхность образца ______________________ м²

Рабочая поверхность протектора ___________________ м²

Температура электролита _________________

Раствор и его концентрация	pH	Удельная электро-проводность раствора, Ом-1м-1	Ток в цепи защиты, А	Радиус действия протектора, м	Потенциал защищаемого металла, В	Потенциал протектора, В

 

На основании полученных данных в соответствии с заданием преподавателя строят графики R _защ = f(pH); R _защ = f(C _р-ра); i = f(pH); i = f(C _р-ра)

 

Требования к отчету

В выводах кратко суммируют результаты опытов и своих наблюдений. Делают заключение о влиянии исследуемых факторов на параметры протекторной защиты.

 

6. Контрольные вопросы

Для допуска к выполнению работы:

1. В чем заключается принцип протекторной защиты?

2. Какие металлы могут быть использованы в качестве протекторов для защиты от электрохимической коррозии стали Ст3?

3. От чего зависит коэффициент полезного действия протектора?

4. Что такое защитный потенциал металла (сплава)?

5. Какой характеристикой раствора определяется величина защитного потенциала?

К защите работы:

1. Почему радиус защитного действия протектора увеличивается (уменьшается) с увеличением (уменьшением) концентрации раствора?

2. Почему радиус защитного действия протектора уменьшается (увеличивается) с уменьшением (увеличением) рН раствора?

3. Как изменится ток в цепи защиты с увеличением саморастворения протектора?

4. Почему изменяется ток в цепи защиты при увеличении (уменьшении) рН раствора и концентрации раствора?

Лабораторная работа 19

Защитные металлические покрытия

Цель работы

Научиться электрохимическому (гальваническому) нанесению цинковых или оловянных покрытий на сталь с последующим определением рабочих параметров процесса, толщин покрытия и его защитных свойств.

 

Теоретическое введение

Гальванические металлические покрытия нашли широкое применение для защиты металлов от коррозии во многих отраслях промышленности и в настоящее время интерес к ним все возрастает.

В принципе любое металлическое покрытие, нанесенное в виде слоя на поверхность изделия, уже защищает последнее от воздействия окружающей среды чисто механически как барьер. В этом случае защитные свойства такого покрытия будут, во-первых, определяться его целостностью: отсутствием сквозных пор, трещин и прочих дефектов. Получить такое «идеальное» покрытие в малых толщинах (порядка 2-3 мкм) не удается, поэтому обеспечение целостности достигается утолщением до 50 мкм. Последнее не очень желательно, так как связано с расходом цветных металлов и технологическими трудностями получения (неравномерность по толщине, дендритообразования по краям).

Другим критерием в оценке защитных свойств металлических покрытий является соотношение электродных (коррозионных) потенциалов металлов основы и покрытия (в сквозной поре гальванического покрытия). Если металл основы на дне поры более благороден по отношению к металлу покрытия, то покрытие становится анодом в образовавшемся коррозионном микроэлементе и растворяется преимущественно, защищая основной металл электрохимически. Такое защитное металлическое покрытие классифицируется, как анодное, а все остальные – катодные. По отношению к железу и его сплавам в атмосферных условиях анодными являются только цинковые и отчасти кадмиевые покрытия, а все остальные являются катодными, то есть защищают подложку только механически, при условии отсутствия сквозной пористости.

Характер защиты определяется также средой и условиями эксплуатации. Например, цинковое покрытие перестает защищать железо электрохимически при температуре 70-80 °С, так как его потенциал заметно облагораживается в этих условиях. Оловянное покрытие, являясь типично катодным покрытием при атмосферной коррозии, является анодным в органических (пищевых) средах, но сразу становится катодным при доступе кислорода, то есть, например, при открытии консервной банки. И, наконец, если метал покрытия является эффективным катодом и имеются благоприятные условия для пассивирования основного металла в порах, то вследствие анодной поляризации основного металла катодное несплошное покрытие защищает основной металл не только механически, но и электрохимически.

Электрохимический (гальванический) метод нанесения металлических покрытий состоит в электролизе водных растворов, содержащих соль осаждаемого металла, буфер и ПАВ для улучшения качества покрытая. При этом изделие, на котором происходит разряд и восстановление ионов металла с образованием слоя металлопокрытия, является катодом, а аноды (растворимые) – обычно из металла покрытия. Количественно электролиз подчиняется законам Фарадея, что дает возможность рассчитать толщину получаемого покрытия, выход металла по току (отношения практически выделившегося металла к теоретически возможному по законам Фарадея), время электролиза, необходимое для получения слоя нужной толщины.

Пористость покрытия определяет защитные свойства покрытия. Поры – это чаще всего цилиндрические макро- и микропустоты в покрытии, образующиеся в результате непрокрытия из-за наличия на поверхности металла непроводящих жировых или оксидных пленок, неметаллических частиц, задержки пузырьков газа, то есть в результате недостаточной очистки поверхности и электролита, а также в зависимости от режима при электролизе. С увеличением толщины покрытия пористость уменьшается, так как поры зарастают. Для улучшения защитных характеристик покрытия надо стремиться к уменьшению пористости, так как по сквозным порам коррозионно-активная среда проникает к основному металлу и вызывает его коррозию.