Особенности коррозионно-электрохимического поведения стали Ст.3 и меди в сильнокислых сульфатных растворах

• Автор: Бирюков, Александр Игоревич
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Челябинск
• Количество страниц: 134 с. : ил.

Содержание
Введение

Глава 1. Литературный обзор и постановка задачи

1.1 Общие принципы электрохимического растворения

металлов и сплавов в кислых средах

1.2. Особенности электрохимического поведения

железа и железоуглеродистых сплавов в кислых сульфатных средах

1.3. Особенности электрохимического поведения

меди в кислых сульфатных средах

1.4. Методы экспериментального исследования электрохимического поведения металлов

и сплавов в растворах кислот

1.4.1. Гравиметрия
1.4.2.Метод поляризационного сопротивления
1.4.3. Потенциостатический метод
1.5 Диаграммы электрохимического равновесия
1.5.2 Диаграмма потенциал - pH системы Ге - Н
1.5.3 Термодинамическая оценка влияния углерода на химическую и электрохимическую устойчивость
железоуглеродистых сплавов
1.5.4 Диаграмма потенциал - pH системы Си - Н
Глава 2 Материалы и методы исследования
2.1 Материалы
2.1.1 Сталь Ст.З
2.1.2 Медь
2.2 Методы исследования
2.2.1 Методика проведения гравиметрических исследований
2.2.2 Методика проведения исследований
методом поляризационного сопротивления
2.2.3 Потенциостатический и потенциодинамические методы
Глава 3. Результаты исследования
коррозионно-электрохимического поведения и их обсуждение
3.1 Особенности коррозионно-электрохимического
поведения стали Ст.З в сернокислых растворах
3.1.1. Диаграмма потенциал - pH стали Ст.З
в сернокислых растворах
3.1.2. Исследование коррозионно-электрохимического поведения стали Ст.З в сернокислых растворах
методом гравиметрии
3.1.3. Исследование коррозионно-электрохимического поведения стали Ст.З в сернокислых растворах
методом поляризационного сопротивления

3.1.4. Исследование коррозионно-электрохимического поведения стали Ст.З в сернокислых растворах
потенциостатическими методами
3.1.4.1 Стационарные потенциалы стали Ст.З в
растворах серной кислоты
3.1.4.2 Построение поляризационных
кривых стали Ст.З в растворах серной кислоты
3.1.4.3 Построение поляризационных
кривых стали Ст.З в сульфатных растворах
3.1.5 Исследование продуктов коррозии стали Ст.З в серной кислоте методом
растровой электронной микроскопии
3.1.6 Обсуждение результатов
3.2. Особенности коррозионно-электрохимического
поведения меди в сернокислых растворах
3.2.1. Диаграмма электрохимического равновесия
меди в сернокислых растворах
3.2.2. Исследование коррозионно-электрохимического
поведения меди в сернокислых растворах методом гравиметрии
3.2.3. Исследование коррозионно-электрохимического поведения меди в сернокислых растворах
методом поляризационного сопротивления
3.2.4. Исследование коррозионно-электрохимического поведения меди в сернокислых растворах
потенциостатическим методом
3.2.6 Обсуждение результатов
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Список литературы
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение
Приложение

Введение
Актуальность работы. Механизм электрохимических процессов, протекающих на поверхности металлических электродов в сильнокислых средах, в настоящее время определен не до конца. Особенно это касается сред, в которых достаточно сильное воздействие оказывают анионы электролита, в частности, это касается сильнокислых сернокислых водных растворов. Такие металлы, как железо и медь, подвергаются пассивации в кислых сульфатных растворах, и их пассивацию связывают с образованием на поверхности металла пленок продуктов коррозии, состоящих из оксидов и/или сульфатов реагирующих металлов. При этом предполагается, что анионы вступают в адсорбционное равновесие на поверхности корродирующего металла. Также учитывается возможность реакции образования на поверхности металла солевых пленок, например Ре804 или Си804-5Н20. В литературе фактически не упоминается о возможности участия сульфат- и гидросульфат-ионов в катодных реакциях на поверхности корродирующего металла.
Серьезным недостатком исследований коррозионно-
электрохимического поведения металлов в сернокислых средах является отсутствие комплексного термодинамического подхода к изучению протекающих процессов. В частности, отсутствуют диаграммы электрохимического равновесия систем, участвующих в растворении, таких как Н28 04 - Н20 и Бе - Н2804 - Н20, Си - Н2804 - Н20. Совместное
применение кинетических и термодинамических методов исследования

позволяет уточнить роль анионов в процессах, происходящих при коррозии металлов в кислых средах. /
Цель работы. Исследовать особенности коррозионноэлектрохимического поведения стали Ст.З и меди в сильнокислых сернокислых водных растворах.

подставляется соответствующее парциальное давление (летучесть). Вводя обозначение pH = - %ац+, получим:

Л ' п' пЛ а“3-аьв
о 2.3ЛТ т ЛТ асс-ав ,_оч
Ет = £7-------— (—)' PH ~ — 1п-^—т (59)
Для того чтобы по уравнению построить линию на диаграмме потенциал - pH, из условий равновесия устанавливают значения активностей ас, ао, ал, и ав, так, чтобы последний член имел определенную величину. Затем строят прямую линию с ординатой Ет° при pH = 0 и наклоном 2,311Т/Р(т/п). При 298 К значение 2,3 Я Т/Е равно 0,0591 В, тогда наклон составит 0,0591(т/п). Набор линий для каждой окислительно-восстановительной системы разделяет диаграмму на области. В каждой области термодинамически устойчива своя система.
Наклонные линии (ш Ф 0, п Ф 0) отображают равновесия, в которых участвуют ионы Н или ОН' совместно с электронами; горизонтальные линии (т = 0, п ф 0) - равновесия, в которых участвуют электроны, но не
принимают участия ионы РГ или ОН', вертикальные линии (ш ф 0, п = 0) -
равновесия, в которых принимают участие ионы Нг или ОН', но не участвуют электроны. Последнее равновесие является химическим, поэтому расчет ведут через константу равновесия (по уравнению изотермы реакции):
АОг = —ЛТ пКр = —ЛТ 1п ас'1а° (60)
«■а” ^
Затем определяют pH для вертикальной линии:
т 2,3ЛТ
рН=--^- + (61)
Практически интервал значений pH на диаграммах электрохимического равновесия ограничен областью 0-14, что обусловлено свойствами воды и значительными отклонениями коэффициентов активности от единицы вне