Пассивность стали

1. Теоретическая часть

Пассивностью металлов называют состояние относительно высокой коррозионной стойкости, вызванное торможением анодного процесса электрохимической коррозии, которое наблюдается на поверхности металла в, подходящих для наступления такого состояния условиях.

Пассивность наблюдается в определенных условиях у титана, алюминия, хрома, молибдена, магния, никеля, кобальта, железа и других

металлов. Очень многие металлы в той или иной степени в зависимости от условий склонны пассивироваться.

Наступление пассивного состояния металлов характеризуется значительным уменьшением скорости коррозии металла и заметным смещением потенциала металла в положительную сторону (увеличением степени анодного контроля коррозионного процесса).

9

Пассивирующими факторами, вызывающими в определенных условиях наступление пассивного состояния металлов, являются:

1) окислители: HNO₃, NaNO₃, NaNO₂, K₂Cr₂O₇, O₂ и др.;

2) анодная поляризация (т.е. окисление поверхности металла в электролите постоянным электрическим током) от внешнего источника постоянного электрического тока или при работе металла в качестве анода в паре с другим металлом (являющимся катодом), которая в подходящих условиях при достижении определенного потенциала металла E_me = E_{н. п.} и соответствующей ему анодной плотности тока i_a = i _{н. п.} может вызывать наступление пассивного состояния металла.

Пассивность металла зависит как от внутренних (состав, структура и состояние поверхности металла), так и от внешних факторов (состав и концентрация электролита, температура, движение раствора, наложение постоянного тока и т.д.).

О большей или меньшей склонности металла к пассивированию можно судить по пассивирующей концентрации окислителя или пассивирующей анодной плотности тока.

Пассивное состояние металла может в большей или меньшей степени сохраняться и после изменения внешних пассивирующих условий. При изменении внешних условий металл может вновь перейти в активное состояние, т.е. депассивироваться или активироваться.

Депассивирующими или активирующими факторами, нарушающими пассивное состояние металлов или затрудняющими наступление пассивности, являются:

1) восстановители, например, H₂, Na₂SO₃, Na₂S₂O₃ и др.;

2) катодная поляризация (т.е. восстановление поверхности металла в электролите постоянным электрическим током) от внешнего источника постоянного электрического тока или при работе пассивного металла в качестве катода в паре с другим металлом, являющимся анодом;

3) некоторые ионы, например, H⁺, галоидные ионы (Cl^—, Br^—, I^—), SO₄^2— и др.;

4) повышение температуры;

5) механическое нарушение пассивной поверхности металла, например, царапанье, если пассивный металл не находится в пассивирующей среде. Царапина служит анодом и катодно поляризует пассивную поверхность.

Сильное замедление анодного процесса растворения металлов в пассивном состоянии происходит вследствие изменений заряда и свойств поверхности металлов, вызванных образованием на ней адсорбционных, фазовых или адсорбционно-фазовых пленок.

При большом повышении анодного потенциала или окислительно-восстановительного потенциала среды у некоторых металлов, например,

Cr, Mo, Fe, Ni и др., наблюдается нарушение пассивности ---перепассива-ция.

10

Потенциал металла по отношению к стандартному водородному электроду рассчитывают по формуле:

E_ме^нвэ = Е_ме + E_нас^хсэ . (14)

По полученным данным строят график зависимости Е_к=f( i_к ) и Е_a=f ( i_a ) , а так же E_a =f (lg ja) и E_k = f ( lg jk) ( экстраполяцией прямых до точки пересечения , исходя из lg(j_кор) рассчитывают величину К^--) для раствора без замедлителя и с замедлителем. На основании поляризационных кривых стали в кислоте с замедлителем и без него определяют механизм действия замедлителя и его влияние на электродные реакции.

По полученным экспериментальным и расчетным данным проводят обсуждение результатов и пишут выводы об эффективности и механизме действия замедлителя при коррозии стали в кислоте с замедлителем и без него.

Рекомендуемая литература:

1,2,3,6,7,8

Вопросы для самопроверки

1. Способы повышения устойчивости работы конструкционных материалов в средах электрохимических производств.

2. Воздействие на коррозионно -- активную среду с целью повышения

коррозионной стойкости конструкционных материалов.

3. Способы воздействия на деполяризаторы коррозионной среды с помощью ингибиторов.

4. Катионы и анионы ингибиторы.

5. Влияние ионного состава среды на стойкость конструкционных материалов.

6. Влияние рН растворов на свойства конструкционных материалов.

7. Подобрать конструкционные материалы для хранения 25% HNO₃ и 75% HNO₃ .

31

Во время опытов наблюдают за состоянием поверхности электродов и за раствором, отмечая сравнительную интенсивность выделения водорода и потемнение поверхности при накоплении шлама.

Результаты испытаний записывают в табл. 1 и 2.

2. Обработка опытных данных.

Химические исследования

Марка материала __________________________

Термообработка ___________________________

Размеры образцов ___________________________

Раствор ___________________________

Температура раствора ________________________

Длительность испытаний ______________________

Таблица 1

Электро-	№	Поверх-	Масса, г		К-	Z	
литы	образца	ность см2	до	после	г/м2 час	%	%

Электрохимические исследования

Поверхность катода _____________________ см²

Поверхность анода _____________________ см²

Таблица 2

Ток	Потенциал катода, В		Потенциал анода, В		Плотность тока мА/cм2
мА	по ЭС	по НВЭ	по ЭС	по НВЭ	катода	анода

Показатель изменения массы (весовой показатель коррозии) рассчитывают по формуле (6 или 8) ,эффективность действия замедлителя z - по формуле (12), защитный эффект  - по формуле (13).

30

(или транспассивность), которое приводит к возрастанию скорости коррозии. Оно объясняется изменением характера анодного процесса - образуются ионы металла высшей валентности, дающие растворимые или неустойчивые соединения (железо и хром образуют ионы FeO₄^2— и CrO₄^2— , в которых Fe и Cr шестивалентны), что приводит к нарушению пассивного состояния и увеличению скорости растворения металла.

Пассивное состояние металлов имеет большое практическое значение. Коррозионная стойкость многих технических металлов и сплавов часто бывает обусловлена их пассивностью. Коррозионную стойкость металлов можно увеличить, легируя их другими, более легко пассивирующимися (или облегчающими наступление пассивного состояния) металлами, введением в электролит пассиваторов, или анодной поляризацией от внешнего источника постоянного тока.

Цель работы - исследование пассивируемости стали в окислителях (азотная кислота) и при анодной поляризации.