ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КОРРОЗИИ
В процессе изучения курсов «Физико-химические основы коррозии и защиты металлов», «Физико-химические основы коррозии» студент должен выполнить две контрольные работы. Решение задач и ответы на теоретические вопросы должны быть коротко, но четко обоснованы. При решении задач необходимо приводить весь ход решения и математические преобразования.
Варианты контрольных заданий приведены в таблице
Номера задач контрольной работы №1
Номера задач контрольной работы №2
Задание №1
Рассчитать отрицательный и положительный массовый Кm ± , глубинный Kп, и объемный Кv показатели коррозии металлов по данным табл. 1. Атмосферное давление во всех случаях равно 10 5 Па.
Таблица 1 — Данные для расчета показателей скорости коррозии
№ п/п
Металл
S,
см 2
t, час.
Состав продуктов
окисления
Dm, г
Объем поглощенного кислорода
Vt, л
Температура окисления,
К
1.1
Mn
100
8
MnO
2,5
1273
1.2
Cr
100
20
50
673
1.3
Ni
1000
100
NiO
+20,0
1173
1.4
Cu
1000
13
CuO
—30,0
673
1.5
Mo
50
4
—40,0
1073
1.6
Zn
150
100
ZnO
+20,0
673
1.7
Ni
80
12
NiO
2,0
1073
1.8
Fe
20
10
0,5
1273
1.9
Cd
100
8
CdO
5,0
873
1.10
Co
200
6
CoO
2,0
1073
1.11
Fe
10
1
-0,1
1073
1.12
Ni
100
2
NiO
-3,0
973
1.13
Mg
70
3
Mg
+10,0
1173
1.14
V
80
5
-4,0
1273
1.15
V
100
7
-10,0
973
1.16
Fe
50
6
2,5
1173
1.17
W
20
3
50
1273
1.18
W
40
4
20
873
1.19
Bi
60
6
+75,5
1073
1.20
Al
80
5
+30,0
1373
Задание №2
Оценить сплошность пленок, образуемых на поверхности металлов при высокотемпературной коррозии.
Таблица 2 — Данные для расчета условия сплошности пленок
п/п
Металл
Оксид
r , г/см 3
металл
оксид
2.1
Al
Al2O3
2,70
4,00
2.2
Be
BeO
1,85
3,00
2.3
Cd
CdO
8,64
8,15
2.4
Co
CoO
8,80
6,20
2.5
Co
8,80
5,18
2.6
Co
8,80
6,10
2.7
Cr
7,16
5,21
2.8
Cu
8,93
6,0
2.9
Cu
CuO
8,93
6,4
2.10
Fe
FeO
7,86
5,7
2.11
Fe
7,86
5,1
2.12
Fe
7,86
5,24
2.13
Mg
MgO
1,74
3,58
2.14
Mn
MnO
7,30
5,40
2.15
V
VO
6,11
5,7
2.16
V
6,11
4,85
2.17
V
6,11
4,3
2.18
V
6,11
3,36
2.19
W
19,3
12,11
2.20
W
19,3
7,16
Задание № 3
В таблице 3 приведены упругости диссоциации РМеО оксидов двух металлов. Будут ли корродировать эти металлы: а) на воздухе; б) в вакууме, давление воздуха в котором равно 10 — 3 Па? Температура 1000 °С. Ответ обоснуйте.
п/п
РМеО, Па
п/п
РМеО, Па
п/п
РМеО , Па
3.1
3.8
3.15
3.2
3.9
3.16
3.3
3.10
3.17
3.4
3.11
3.18
3.5
3.12
3.19
3.6
3.13
3.20
3.7
3.14
Задание 4
Рассчитать ЭДС, потенциал каждого из электродов, определить возможность коррозии
Концентрация раствора С, моль/л
Концентрация раствора С, моль/л
Задание 5.
Какие катодные и анодные процессы могут идти на Ме1 и Ме2 в указанной среде ? Рассмотреть два случая: а) металлы не контактируют друг с другом; б) находятся в контакте. Т=298 °К.
№ п/п
Среда
№ п/п
Среда
5.1
5.11
5.2
5.12
5.3
5.13
5.4
5.14
5.5
5.15
5.6
5.16
5.7
5.17
5.8
5.18
5.9
5.19
5.10
5.20
Задание 6
6.1. Определите скорость равномерной коррозии алюминия в (мм/год) и в [г/(м 2 сутки)], если плотность коррозионного тока составляет 0,062 А/м 2 . Плотность алюминия 2,7 г/см 3 .
6.2. Кадмий в контакте с серебром находится в кислой среде. Какую силу тока дает образующаяся гальванопара, если за 2 часа еѐ работы выделилось 0,2 л водорода? Сколько граммов металла при этом окислилось?
6.3. Магний (rМg = 1,74 г/см 3 ) равномерно корродирует в морской воде со скоростью 1,45 г/(м 2 ·сутки). Каково значение скорости коррозии, выраженное в мм/год? Если с такой же скоростью корродирует свинец (rPb = 11,34 г/см 3 ), то каково соответствующее значение в мм/год?
6.4. Стальной баллон заполнен кислородом с примесью паров воды. Через некоторое время количество кислорода в нем уменьшилось на 0,1 л. Рассчитайте,
сколько граммов металла при этом прореагировало, и запишите схему коррозионного процесса.
6.5. При коррозии омедненного алюминия за 45 сек. выделилось 0,09 л водорода (н. у.). Рассчитайте, сколько граммов металла при этом прореагировало, и запишите схему коррозионного процесса.
6.6. Глубинный показатель коррозии (KП) никеля в растворе хлорида натрия составляет 0,037 мм/год. Рассчитайте массовый показатель коррозии, если r(Ni) = 8,91г / см. Запишите схему коррозионного процесса
6.7. Цинк корродирует в морской воде со скоростью 1г/м 2 ‘сут. Какова толщина металла, который подвергнется разрушению за 1 год. Плотность цинка 7130 кг/м 3 . Запишите схему коррозии цинка в этих условиях, включая первичные и вторичные процессы.
6.8. Средняя скорость равномерной коррозии стали в кислой среде 20 г/м 2 час. Определить за какое время толщина пластины площадью 1 дм 2 уменьшится вдвое. Первоначальная толщина пластины равна 3 мм, а плотность стали 7,8 г/см 3 . Написать уравнения коррозионных процессов.
6.9. В стеклянный сосуд, заполненный серной кислотой, опущена пластинка технического цинка, площадь поверхности которой 0,05 м 2 . Через 5 суток количество выделившегося водорода составило 10 л. Найти сколько цинка растворилось и рассчитать среднюю скорость коррозии в г/м 2 час. Написать уравнения коррозионных процессов.
6.10. Какое количество цинка должно корродировать в минуту в Н2SO4 при токе коррозии 30 мА? Какова скорость выделения водорода?
6.11. При коррозии омедненного цинка за 45 с выделилось 0,09 л водорода (н.у.). Сколько граммов цинка при этом окислилось? Написать уравнения коррозионных процессов.
6.12. Железная пластина на воздухе при высокой температуре окисляется с образованием на ее поверхности оксида Fe2O3. За 3 часа масса пластины площадью 1 м 2 увеличилась на 10 г. Рассчитать среднюю скорость коррозии. Чтобы произошло бы с пластиной, если бы она была помещена в соляную кислоту?
6.13. Влияет ли частота подпитки холодной водой на коррозию системы центрального отопления? Ответ мотивируйте.
6.14. При кислотной коррозии образца (2 см ∙ 2 см ∙ 5 см) цинка (АZn = 65,4) за 5 часов выделилось 224 мл водорода. Рассчитать массовый показатель коррозии цинка (г/м 2 ∙сут).
6.15. Токовый показатель коррозии никеля (А = 58,7; rNi = 9) составляет 1 мкА/см 2 . Определить линейный показатель коррозии (мм/год) и убыль массы образца с размерами 10 дм ∙2 дм ∙0,01дм за месяц.
6.16. Плотность тока кислотной коррозии цинка (А = 65,4) равна 200 А/м2. Определить объём V водорода, выделившегося при коррозии образца с размерами 2 см ∙ 5 см ∙ 0,1 см за 10 часов. Написать уравнения коррозионных процессов.
6.17. Цинк в контакте со свинцом находится в кислой среде. Какую силу тока дает образующаяся гальванопара, если за 2 часа еѐ работы выделилось 0,4 л водорода? Сколько граммов металла при этом окислилось? Написать уравнения коррозионных процессов.
6.18. При коррозии омедненного алюминия за 90 сек. выделилось 0,18 л водорода (н. у.). Рассчитайте, сколько граммов металла при этом прореагировало, и запишите схему коррозионного процесса.
6.19. Образец железа (А = 56; rFe = 8) корродирует в соляной кислоте со скоростью 100 мм/год. Рассчитать токовый показатель коррозии. Написать уравнения коррозионных процессов.
6.20. При электрохимической коррозии стального изделия с поглощением кислорода в нейтральном хлоридном растворе за 2 мин образовалось 0,225 г Fe(OH)2. Вычислите объём кислорода (н.у.), израсходованного на коррозию железа, коррозионный ток и массу растворённого металла. Написать уравнения коррозионных процессов.
Задание 7
7.1. Какие легирующие элементы и в каком количестве содержит сталь: 12Х18Н9Т и 12ХГН? Какая их этих сталей относится к нержавеющим? Какая их этих сталей более устойчива к электрохимической коррозии в нейтральных средах?
7.2. Написать марку низкоуглеродистой нержавеющей стали, содержащей 26% хрома, 10% никеля, а также добавки молибдена и вольфрама в незначительном количестве.
7.3. Найти наименьший вес цинкового протектора для стального трубопровода,
если предельно допустимое количество корродирующего металла составляет
6 кг/год, а срок службы трубопровода должен быть не менее 10 лет.
7.4. При стоянке судна у причала для защиты его корпуса от коррозии применяют катодную защиту. Площадь подводной части судна 1000 м 2 . Скорость коррозии без применения катодной защиты 10 –2 г/м 2 в сутки. Какой силы ток надо подать на корпус судна, чтобы полностью подавить коррозию?
7.5. Срок службы стальных дренажных труб общей площадью 105 м 2 , корродирующих в болотном грунте со скоростью 10 г/м 2 в год, составляет 20 лет. Сколько цинка (по массе) необходимо взять для протекторной защиты труб, чтобы срок их службы увеличить в два раза?
7.6. Каков защитный эффект катодной защиты от коррозии стальной подземной трубы, если массовый показатель коррозии трубы без защиты 0,025 г/м 2. год, а при проведении защиты 0,0060 г/м 2. год?
7.7. В каких коррозионных средах применяется катодная и протекторная защита? Атмосфера, почва, речная вода, жидкий бром, раствор NaCl 3%. Ответ пояснить.
7.8. Написать марку стали, содержащей 0,06% углерода, 20% хрома, 20% никеля, а также медь, молибден и ниобий в небольших количествах.
7.9. Какие из перечисленных ниже металлических покрытий на железе относятся к катодным? Обосновать. Cd, Zn, Pb, Ni, Cr, Cu.
7.10. На железную пластинку массой 3 г нанесено никелевое покрытие. Механическое повреждение покрытия привело к атмосферной коррозии и возникновению коррозионного тока I = 2∙10 -4 A. Определите массу прокорродировавшего за два месяца металла. Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов.
7.11. При коррозии омедненного цинка за 45 с выделилось 0,09 л водорода (н.у.). Сколько граммов цинка при этом окислилось?
7.12. Найти наименьший вес цинкового протектора, приходящегося на 1м 2 поверхности стального трубопровода, если предельно допустимое количество корродирующего металла составляет 0,6 кг/м 2 год, а срок службы трубопровода должен быть не менее 25 лет.
7.13. В стеклянный сосуд, заполненный серной кислотой, опущена пластинка технического цинка, площадь поверхности которой 0,05 м 2 . Через 5 суток количество выделившегося водорода составило 10 л. Найти сколько цинка растворилось и рассчитать среднюю скорость коррозии в г/м 2 час. Написать уравнения коррозионных процессов.
7.14. Какое количество цинка должно корродировать в минуту в Н2SO4 при токе коррозии 30 мА? Какова скорость выделения водорода?
7.15. Железная конструкция, имеющая площадь 850 м 2 и находящаяся в морской воде, теряет 10 кг металла в год. Какова скорость коррозии и какой силы ток надо подать на конструкцию при катодной защите, чтобы полностью подавить коррозию?
7.16. Кадмий в контакте с серебром находится в кислой среде. Какую силу тока дает образующаяся гальванопара, если за 2 часа ее работы выделилось 0,2 л водорода? Сколько граммов металла при этом окислилось? Написать уравнения коррозионных процессов.
7.17. Средняя скорость равномерной коррозии стали в кислой среде 20 г/м 2 час. Определить за какое время толщина пластины площадью 1 дм 2 уменьшится вдвое. Первоначальная толщина пластины равна 3 мм, а плотность стали 7,8 г/см 3 .
7.18. Какое покрытие металла называется анодным и какое — катодным? Назовите несколько металлов, которые могут применяться для анодного и катодного покрытий железа. Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов, происходящих при коррозии железа, покрытого медью, во влажном воздухе и в кислой среде.
7.19. Стальное изделие покрыли кадмием. Какое это покрытие — анодное или катодное? Почему? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов коррозии этого изделия при нарушении покрытия во влажном воздухе и в хлороводородной (соляной) кислоте. Какие продукты коррозии образуются в первом и во втором случаях?
7.20. Какой металл целесообразней выбрать для протекторной защиты от коррозии свинцовой оболочки кабеля: цинк, медь или висмут? Почему? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов атмосферной коррозии. Каков состав продуктов коррозии.
Задание 8
Выбрать и обосновать наиболее экономически целесообразный способ защиты металлического изделия от коррозии в заданных условиях.
Источник
