Химия и химические технологии/5. Фундаментальные проблемы создания новых материалов и технологий.

Мишин В.В. , Иванова О.А

Севастопольский национальный технический университет, Украина

Исследование процесса электрохимической коррозии с помощью потенциостата. Потенциостатические кривые. Катодная защита

- Исследование аспектов электрохимической технологии катодной защиты металлов с использованием внешнего источника поляризующего тока потенциостата.

- Проведение анализа полученных расчетов некоторых важных параметров технического объекта на основе моделирования.

- Освоение приемов экспериментальных измерений изменения потенциалов исследуемых образцов на лабораторной модели электрохимического объекта

Проблемы коррозии постоянно обостряются из-за непрерывного роста производства металлов и ужесточения условий их эксплуатации.

Среда, в которой используются металлические конструкции, становится все более агрессивной, в том числе и за счет ее загрязнения.

Поэтому вопросы защиты металлических материалов от коррозии становятся все более актуальными. Полностью предотвратить коррозию металлов невозможно, следовательно, единственным путем борьбы с ней является поиск способов ее замедления.

Одним из наиболее эффективных методов борьбы с коррозией является электрохимическая защита. Для защиты буровых платформ, сварных металлических оснований, корпусов судов, а также подземных трубопроводов их подключают в качестве катода к внешнему источнику тока. В качестве анода используются вспомогательные инертные электроды.

Другой вариант такой защиты применяют для сравнительно небольших стальных конструкций или дополнительно покрытых изоляцией металлических объектов (например, корпуса судов). В этом случае используют протектор – анод из сравнительно активного металла (обычно это магний, цинк, алюминий и их сплавы), который постепенно разрушается, оберегая основной объект.

Из всего сказанного следует, что важнейшей проблемой является изыскание новых и совершенствование старых способов защиты от коррозии.

Работа (исследование) состоит в экспериментальном определении параметров электрохимической системы, включающей два стальных плоских электрода (один из которых моделирует защищаемый объект, а другой - анодный заземлитель) в 3%-ном растворе NaCl (измеряют ток в поляризующей цепи и потенциалы обоих электродов и падение напряжения в межэлектродном промежутке).

Механизм катодной защиты металлической конструкции от коррозии с помощью катодной станции состоит в том, что при протекании электрического тока через границу защищаемого металла с коррозионной средой поверхность защищаемого металла поляризуется катодно, ее потенциал уменьшается, что может приводить к почти полному прекращению коррозионного разрушения.

Катодная электрохимическая защита металлических конструкций от электрохимической коррозии состоит в том, что к защищаемой конструкции присоединяют источник поляризующего тока (потенциостат).

Характерной особенностью работы потенциостата является задание необходимого значения поляризующего тока, а также изменение его по какому-либо заранее известному закону. Это позволяет исследовать процесс коррозии при небольшом изменении поляризующего тока в характерных или критических значениях, представляющих особый интерес для данного образца.

Соответственно, применяя графический двухкоординатный самописец можно проанализировать те самые характерные значения потенциала и тока поляризации и сделать соответствующие выводы о процессе коррозии образца.

Эффективность электрохимической защиты металлов от коррозии, так же как и других методов противокоррозионной защиты, принято характеризовать величиной защитного эффекта и коэффициентом защитного действия. Эти показатели зависят от электрохимических характеристик: бестокового электродного потенциала, поляризуемости, величины поверхности, стабильности работы во времени и др.

Методика работы :
Потенциостат используют для гальваностатической поляризации электродов в ячейке, моделирующей систему катодной электрохимической защиты.

Наглядная схема установки изображена на рис. 1

Рис. 1. Схема установки
для измерения параметров системы
защиты стали от коррозии с
помощью внешнего источника
поляризующего тока:

1 и 2 — защищаемый металл и анодный заземлителъ в системе катодной защиты,

3-электролит,

4-потенциостат,

А — амперметр,
Езм, Еаз и Eir — вольтметры для
измерения потенциалов электродов
и падения напряжения в
межэлектродном промежутке с
использованием электрода сравнения 5.

Измерения начинают при разомкнутой цепи, продолжают их при постепенном возрастании поляризующего тока. Все значения поляризующего тока, потенциалов электродов и падения напряжения в межэлектродном промежутке изображаются автоматически двухкоординатным графическим самописцем в виде поляризационной диаграммы.

Потенциалы электродов и падение напряжения в межэлектродном промежутке измеряют с использованием лабораторных электродов сравнения (х.с.э.) и предназначенного для этой цели блока потенциостата.

Обработка опытных данных :

Для решения задачи - расчета некоторых важных параметров технического объекта на основе результатов проведенного моделирования, используя полученные данные, строят поляризационную диаграмму объекта с заданными геометрическими характеристиками и находят на диаграмме требуемые электрические характеристики: поляризующий ток и напряжение на клеммах источника поляризующего тока, его номинальную мощность.

Может быть поставлена задача определения электрохимических параметров (плотности поляризующего тока и потенциала) защищаемой конструкции и анодного заземлителя при выбранном (заданном) режиме работы источника поляризующего тока. В этом случае в задании указывается геометрические параметры системы и напряжение на клеммах источника тока.

По окончании исследования кратко суммируют результаты проведенных измерений, значение скорости коррозии, мерой которой служит ток, соответствующей координате точки пересечения экстраполяционного продолжения линейного (тафелева) участка анодной и катодной поляризационных кривых до потенциала коррозии. Наклон тафелевых участков поляризационных кривых, стационарный потенциал коррозии металла Е_кор, ток коррзии i_кор, и коэффициент торможения по данным поляризационных изменений K= i_кор/ i_{кор.и. .} Наблюдение эффекта абсорбции.

Поляризационная диаграмма лабораторной модели системы катодной защиты стальной конструкции с использованием цинкового протектора (а - схема диаграммы, б-построена на основе экспериментальных данных) изображена на рис. 2

Рис. 2 Поляризационная диаграмма лабораторной модели системы катодной защиты стальной конструкции (а - схема диаграммы, б-построена на основе экспериментальных данных)

Литература:

Литература:
1. Бэкман В, Швенк В. Катодная защита от коррозии. Справочник // Под редакцией И.В. Стрижевского. М.: Металлургия, 1984, 496 с.

2. Люблинский Е.Я. Протекторная защита морских судов и сооружений от коррозии. Л.: Судостроение, 1979, 188с.

3. Василенко И.И., Мелихов Р.К. Коррозийное растрескивание сталей. Киев: Наукова думка, 1977, с. 265.

4. Новоселов В.Ф. Типовые расчеты противокоррозионной защиты, 1989, 100 с.

5. Бутырский А.П. Коррозия отступает, 1983, 88 с.