ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Лабораторное моделирование контактной коррозии на движущихся объектах из "Коррозия и защита металлов " В качестве критерия эквивалентности условий протекания электрохимических процессов на металлических поверхностях, находящихся в различных условиях обтекания электролитом, в частности морской водой, выбирается толщина диффузионного слоя. Действительно, в одной и той же среде, для одного и того же металла только равенство толщин диффузионного слоя в различных гидродинамических условиях движения электролита обеспечивает равенство скоростей электрохимических процессов на металлических поверхностях за счет равенства скоростей подвода деполяризатора и отвода продуктов реакции. Толщина диффузионного слоя как части пограничного слоя Прандтля зависит от скорости движения электролита относительно металлической поверхности, причем для каждого вида относительного движения существует свой вид зависимости толщины диффузионного слоя от скорости движения 24]. [c.60] Для нахождения условий эквивалентного (в электрохимическом смысле) перехода от одного вида движения к другому достаточно совместно решить два уравнения, представляющие собой зависимости толщины диффузионного слоя от скорости электролита для каждого движения. Выражения, связывающие толщину диффузионного слоя со скоростью движения электролита, имеют, как правило, очень сложный вид. Однако для некоторых случаев найден в общей форме вид этой зависимости, которая позволяет на основании результатов, полученных на вращающемся электроде, рассчитать ток коррозионных элементов, омываемых электролитом с определенной линейной скоростью. [c.60] Величина этого коэффициента в настоящее время может быть определена только экспериментальным путем. Поскольку толщина диффузионного слоя однозначно, независимо от формы движения, связана с величиной предельного диффузионного тока, то для нахождения коэффициента пропорциональности k необходимо иметь зависимости предельного диффузионного тока от скорости вращения электрода и скорости движения судна. [c.61] Состояние поверхности металла оказывает большое влияние на зависимость величины диффузионного тока от скорости движения судна (рис. 22). Так, прямая 1 относится к металлу с только что зачищенной поверхностью, а прямая 2 — к металлу, поверхность которого после зачистки подвергалась предварительному воздействию морской воды. На этом рисунке нанесено несколько экспериментальных точек, заимствованных нами из работы Супруна и Щербакова [28]. Как видно, эти точки укладываются на прямые. Предельный диффузионный ток по кислороду по мере накопления продуктов коррозии падает. [c.62] Зная закономерности, определяющие скорости электродных реакций от интенсивности перемешивания электролита,- можно рассчитать коррозионный ток элементов в зависимости от скорости движения электролита. С помощью вращающегося электрода было изучено поведение ряда биметаллических систем, составленных из разных металлов, а также поведение пар, составленных из образцов одной и той же малоуглеродистой стали, но находящихся в различных условиях (состояние поверхности, скорость обтекания поверхности электролитом). В последних экспериментах принимали меры к тому, чтобы начальные потенциалы катода и анода пар в пределах ошибки измерения ( 1,5—2,0 мв) были одинаковыми. Для этого использовали специальную схему компенсации падения напряжения на электролитическом ключе между анодным и катодным пространствами измерительной ячейки [29]. [c.63] На рис. 24 представлены в логарифмическом масштабе зависимости плотностей тока изученных коррозионных элементов от скорости вращения металла, являющегося катодом (вплоть до 5000 об1мин ). На этом рисунке дополнительно по оси абсцисс в логарифмическом масштабе отложена и скорость движения судна в узлах. Отложенные величины скорости движения судна для соответствующих оборотов электрода в минуту были рассчитаны с помощью уравнения (55). [c.63] Все изученные коррозионные элементы по величине тока и характеру зависимости этой величины от интенсивности размешивания электролита можно разделить на три группы. [c.63] Во вторую группу входят коррозионные элементы цинк — сталь, цинк — медь с цинком в качестве анода (кривые 3 vl 4). Для этих элементов характерны значительно меньшие по сравнению с первой группой плотности токов. Они одного порядка с предельными диффузионными токами восстановления кислорода в этих условиях (см. кривую 12). Плотность для тока коррозионных элементов второй группы изменяется со скоростью вращения электрода так же, как и предельные диффузионные токи по кислороду. [c.64] К третьей группе относятся элементы сталь — медь, сталь — нержавеющая сталь, чистая сталь — прокорродировавшая сталь (соответственно кривые 5, 6, 7). В эту группу входят коррозионные пары, анодами которых служит малоуглеродистая сталь. Плотность тока для этих элементов меньше, чем для элементов первой и второй групп. Она зависит от скорости вращения электрода, но в меньшей степени, чем для элементов второй группы. [c.64] Такое поведение-коррозионных элементов можно объяснить следующим образом. Поскольку работа коррозионных элементов в нейтральных электролитах, в том числе к в морской воде, протекает с преимущественным катодным ограничением, а анодная поляризация мала, то потенциал коррозионного элемента (т. е. потенциал катода и анода в замкнутом состоянии) должен быть близок к потенциалу анода в разомкнутом состоянии. Величина тока такого элемента должна определяться скоростью катодного процесса при потенциале анода. [c.65] Величина тока коррозионных элементов первой группы определяется высоким отрицательным значением потенциала магния в морской воде. При этом потенциале деполяризация катода происходит в основном за счет восстановления водорода. Этим и объясняются особенности поведения коррозионных элементов первой группы — высокие значения плотности тока, независимость тока элемента от скорости вращения электрода, зависимость тока элемента от материала катода. Тахое поведение этой группы элементов при различных скоростях вращения электрода еще раз подтверждает отсутствие зависимости катодного восстановления водорода от интенсивности перемешивания нейтрального электролита (как это было показано ранее на основании анализа катодных поляризационных кривых). [c.65] Величина тока элементов второй группы определяется стационарным потенциалом цинка. В этом случае скорость катодного процесса ограничивается величиной предельного диффузионного тока восстановления кислорода. Поэтому токи элементов этой группы не зависят от материала катода, близки по величине и так же меняются в зависимости от скорости вращения, как предельные диффузионные токи восстановления кислорода в этих условиях (ср. кривые 3 и 4 с кривой 12 рис. 24). [c.65] Элементы третьей группы в изучавшихся условиях ведут себя более сложно. С одной стороны, существование зависимости величины тока этих элементов от скорости вращения электрода свидетельствует о наличии диффузионного ограничения скорости катодного процесса. С другой стороны, учитывая, что величина тока этих элементов зависит от материала катода, можно заключить, что работа этих элементов зависит и от скорости самой электрохимической реакции восстановления кислорода. Таким образом, можно утверждать, что при скорости вращения свыще 150 об1мин работа коррозионных элементов третьей группы (т, е. таких, у которых в качестве анодов служат железо и малоуглеродистые стали) в значительной степени определяется уже скоростью электрохимической реакции восстановления кислорода. В связи с этим представляет интерес исследование влияния скорости вращения электрода на работу коррозионных элементов типа железо — железо, возникающих в результате различного состояния поверхности электродов, составляющих эти элементы, или различия в условиях их обтекания. [c.66] На кривой 7 представлена зависимость тока пары малоуглеродистая сталь со свежезачищенной поверхностью — малоуглеродистая сталь, поверхность которой покрыта продуктами коррозии, от скорости вращения электрода. Хотя разность потенциалов между электродами такой пары в разомкнутом состоянии составляет всего 100—120 мв, в изучавшихся условиях эта пара работает даже несколько эффективнее, чем коррозионные элементы типа малоуглеродистая сталь — медь и углеродистая сталь — нержавеющая сталь (соответственно кривые 5 и 6), хотя начальная разность потенциалов этих пар превышала 500 мв. Характер зависимости величины тока этой пары от скорости вращения электрода был таким же, как для пар сталь — медь и сталь — нержавеющая сталь. Это еще раз подтверждает мысль о том, что начальная разность потенциалов не может служить критерием эффективности работы той или иной пары. [c.66] Изучение работы коррозионных элементов типа сталь — сталь с одинаковым состоянием поверхности, но с различными условиями обтекания электродов показало, что плотность тока таких элементов ниже, чем у остальных исследованных пар, а характер зависимости, во всяком случае в начальный момент, определяется состоянием поверхности электрода. Так например, ток коррозионного элемента, составленного из двух стальных электродов со свежезачищенной поверхностью, один из которых вращается, а другой находится в покое (кривая Р), значительно меньше зависит от изменения скорости вращения, чем такого же элемента, составленного из электродов, покрытых продуктами коррозии (кривая 8). [c.66] Чем положительнее.потенциал анода подобных пар, тем меньше работа таких пар будет зависеть от интенсивности перемешивания, так как сила тока таких пар будет во все большей степени определяться скоростью электрохимической реакции восстановления кислорода. Подтверждением этого положения служит и тот факт, что ток пары сталь — медь в случае, когда в качестве анода применяют сталь со свежезачищенной поверхностью (кривая 10), значительно меньше зависит от скорости вращения электрода, чем ток аналогичной пары, но с предварительно прокорродировавшим анодом (кривая 5). [c.67] Плотности тока коррозионных элементов в зависимости от скорости движения судна меняются таким же образом, как и от скорости вращения электрода. [c.67] Для элементов первой группы величина k одинакова для обоих видов движения. Для элементов второй и третьей групп величины соответствующих постоянных k в уравнениях (57) и (58) для случая движущегося судна могут быть найдены с помощью уравнения (55). [c.67] Для установления механизма коррозии стали в перемешиваемых электролитах было интересно проследить за зависимостью скорости коррозии этого металла от скорости вращения электрода или движения судна. На рис. 24 (кривая 11) приведена зависимость скорости коррозии железа от скорости вращения электрода. Скорость коррозии железа выражена в MKaj M и определена за первые 12 ч, когда влияние на нее вторичных факторов еще мало. Как видно, зависимость скорости коррозии железа от скорости вращения электрода носит тот же характер, что и для коррозионных элементов третьей группы. Таким образом, коррозия железа в интенсивно перемешиваемом (при скоростях вращения электрода 200 обjмин и выше) нейтральном электролите, каким является морская вода, в значительной степени определяется скоростью реакции электрохимического восстановления кислорода. [c.67] Иными словами, скорость коррозии малоуглеродистой стали в 0,5-н., растворе Na l и в морской воде пропорциональна корню четвертой степени из числа оборотов-вращающегося электрода или скорости движения судна. [c.68] Вернуться к основной статье