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
|
№ варианта |
Номера задач контрольной работы №1 |
Номера задач контрольной работы №2 |
||||||
|
1.1 |
2.2 |
3.3 |
4.2 |
5.2 |
6.3 |
7.3 |
8.2 |
|
|
1.3 |
2.1 |
3.1 |
4.1 |
5.1 |
6.1 |
7.1 |
8.1 |
|
|
1.2 |
2.3 |
3.2 |
4.3 |
5.3 |
6.2 |
7.2 |
8.3 |
|
|
1.4 |
2.4 |
3.4 |
4.4 |
5.4 |
6.4 |
7.4 |
8.4 |
|
|
1.6 |
2.6 |
3.6 |
4.6 |
5.6 |
6.6 |
7.6 |
8.6 |
|
|
1.5 |
2.5 |
3.5 |
4.5 |
5.5 |
6.5 |
7.5 |
8.5 |
|
|
1.8 |
2.7 |
3.8 |
4.7 |
5.7 |
6.8 |
7.8 |
8.7 |
|
|
1.7 |
2.9 |
3.7 |
4.9 |
5.9 |
6.7 |
7.7 |
8.9 |
|
|
1.9 |
2.8 |
3.9 |
4.8 |
5.8 |
6.9 |
7.9 |
8.8 |
|
|
1.11 |
2.10 |
3.11 |
4.10 |
5.10 |
6.11 |
7.11 |
8.10 |
|
|
1.10 |
2.12 |
3.10 |
4.12 |
5.12 |
6.10 |
7.10 |
8.12 |
|
|
1.12 |
2.11 |
3.12 |
4.11 |
5.11 |
6.12 |
7.12 |
8.11 |
|
|
1.14 |
2.13 |
3.14 |
4.13 |
5.13 |
6.14 |
7.14 |
8.13 |
|
|
1.13 |
2.15 |
3.13 |
4.15 |
5.15 |
6.13 |
7.13 |
8.15 |
|
|
1.16 |
2.14 |
3.16 |
4.14 |
5.14 |
6.16 |
7.16 |
8.14 |
|
|
1.15 |
2.16 |
3.15 |
4.16 |
5.16 |
6.15 |
7.15 |
8.16 |
|
|
1.17 |
2.18 |
3.17 |
4.18 |
5.18 |
6.17 |
7.17 |
8.18 |
|
|
1.19 |
2.17 |
3.19 |
4.17 |
5.17 |
6.19 |
7.19 |
8.17 |
|
|
1.20 |
2.20 |
3.20 |
4.20 |
5.20 |
6.20 |
7.20 |
8.20 |
|
|
1.18 |
2.19 |
3.18 |
4.19 |
5.19 |
6.18 |
7.18 |
8.19 |
|
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 105 Па.
Таблица 1 - Данные для расчета показателей скорости коррозии
|
№ п/п |
Металл |
S, см2 |
t, час. |
Состав продуктов окисления |
Dm, г |
Объем поглощенного кислорода Vt, л |
Температура окисления, К |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
1.1 |
Mn |
100 |
8 |
MnO |
- |
2,5 |
1273 |
|
1.2 |
Cr |
100 |
20 |
Cr2O3 |
- |
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 |
Mo2O3 |
-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 |
Fe2O3 |
- |
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 |
Fe3O4 |
-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 |
V2O5 |
-4,0 |
- |
1273 |
|
1.15 |
V |
100 |
7 |
V2O4 |
-10,0 |
- |
973 |
|
1.16 |
Fe |
50 |
6 |
Fe2O3 |
|
2,5 |
1173 |
|
1.17 |
W |
20 |
3 |
WO2 |
|
50 |
1273 |
|
1.18 |
W |
40 |
4 |
WO3 |
|
20 |
873 |
|
1.19 |
Bi |
60 |
6 |
Bi2O3 |
+75,5 |
- |
1073 |
|
1.20 |
Al |
80 |
5 |
Al2O3 |
+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/см3 |
|
|
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 |
Co2O3 |
8,80 |
5,18 |
|
2.6 |
Co |
Co3O4 |
8,80 |
6,10 |
|
2.7 |
Cr |
Cr2O3 |
7,16 |
5,21 |
|
2.8 |
Cu |
Cu2O |
8,93 |
6,0 |
|
2.9 |
Cu |
CuO |
8,93 |
6,4 |
|
2.10 |
Fe |
FeO |
7,86 |
5,7 |
|
2.11 |
Fe |
Fe3O4 |
7,86 |
5,1 |
|
2.12 |
Fe |
Fe2O3 |
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 |
V2O3 |
6,11 |
4,85 |
|
2.17 |
V |
V2O4 |
6,11 |
4,3 |
|
2.18 |
V |
V2O5 |
6,11 |
3,36 |
|
2.19 |
W |
WO2 |
19,3 |
12,11 |
|
2.20 |
W |
WO3 |
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 |
|||
|
Ме1 |
Ме2 |
Ме1 |
Ме2 |
Ме1 |
Ме2 |
|||
|
3.1 |
10 – 4 |
0,4 |
3.8 |
10 – 15 |
1,3·105 |
3.15 |
10 - 32 |
0,4·104 |
|
3.2 |
10 – 6 |
10 – 2 |
3.9 |
10 – 16 |
1,4·105 |
3.16 |
10 – 33 |
0,3·104 |
|
3.3 |
10 – 4 |
0,1 |
3.10 |
10 – 17 |
1,6·105 |
3.17 |
10 – 34 |
0,2·104 |
|
3.4 |
0,1 |
10 – 3 |
3.11 |
10 – 18 |
1,7·105 |
3.18 |
10 – 35 |
0,1·104 |
|
3.5 |
10 - 7 |
10 – 12 |
3.12 |
10 – 19 |
1,5·105 |
3.19 |
10 – 16 |
10 4 |
|
3.6 |
10 - 5 |
10 – 11 |
3.13 |
10 – 20 |
1,8·105 |
3.20 |
10 – 15 |
10 3 |
|
3.7 |
10 – 5 |
10 – 4 |
3.14 |
10 – 21 |
1,9·105 |
|
|
|
Задание 4
Рассчитать ЭДС, потенциал каждого из электродов, определить возможность коррозии
|
№ задания |
Ме1 |
Концентрация раствора С, моль/л |
Ме2 |
Концентрация раствора С, моль/л |
ЭДС |
|
4.1 |
Mg |
1 |
Cr |
0,01 |
|
|
4.2 |
Zn |
0,5 |
Al |
0,1 |
|
|
4.3 |
Fe |
0,01 |
Ni |
0,01 |
|
|
4.4 |
Cd |
1 |
Sn |
0,5 |
|
|
4.5 |
Co |
0,1 |
Fe |
1 |
|
|
4.6 |
Ni |
0,001 |
Cu |
1 |
|
|
4.7 |
Sn |
0,1 |
Ag |
0,001 |
|
|
4.8 |
Al |
0,01 |
Cu |
0,1 |
|
|
4.9 |
Cr |
1 |
Ag |
0,01 |
|
|
4.10 |
Ag |
0,5 |
Mg |
0,1 |
|
|
4.11 |
Cu |
0,01 |
Fe |
0,01 |
|
|
4.12 |
Fe |
1 |
Mg |
0,5 |
|
|
4.13 |
Cd |
0,1 |
Zn |
1 |
|
|
4.14 |
Co |
0,001 |
Cu |
1 |
|
|
4.15 |
Ni |
0,1 |
Ag |
0,001 |
|
|
4.16 |
Sn |
0,01 |
Zn |
0,1 |
|
|
4.17 |
Al |
1 |
Ni |
0,001 |
|
|
4.18 |
Mg |
0,1 |
Cu |
0,1 |
|
|
4.19 |
Zn |
0,001 |
Cu |
0,01 |
|
|
4.20 |
Fe |
0,1 |
Ni |
0,1 |
|
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.
Варианты заданий
|
№ п/п |
Ме1 |
Ме2 |
Среда |
№ п/п |
Ме1 |
Ме2 |
Среда |
|
5.1 |
Mg |
Fe |
0,1M HCl |
5.11 |
Zn |
Sn |
0,1M HCl |
|
5.2 |
Al |
Fe |
0,1M NaOH |
5.12 |
Zn |
Pb |
0,1M Na2SO4 |
|
5.3 |
Zn |
Fe |
0,1M NaCl |
5.13 |
Zn |
Cu |
0,1M NaCl |
|
5.4 |
Ti |
Fe |
0,1M HCl |
5.14 |
Zn |
Pb |
0,1M HCl |
|
5.5 |
Cr |
Fe |
0,1M NaOH |
5.15 |
Zn |
Ag |
0,1M NaOH |
|
5.6 |
Cd |
Fe |
0,1M NaCl |
5.16 |
Zn |
Sn |
0,1M NaCl |
|
5.7 |
Co |
Fe |
0,1M HCl |
5.17 |
Cu |
Au |
0,1M HCl |
|
5.8 |
Ni |
Fe |
0,1M NaOH |
5.18 |
Cu |
Mg |
0,1M NaOH |
|
5.9 |
Mo |
Fe |
0,1M NaCl |
5.19 |
Cu |
Al |
0,1M NaCl |
|
5.10 |
Sn |
Fe |
0,1M HCl |
5.20 |
Cu |
Ti |
0,1M HCl |
Задание 6
6.1. Определите скорость равномерной коррозии алюминия в (мм/год) и в [г/(м2сутки)], если плотность коррозионного тока составляет 0,062 А/м2. Плотность алюминия 2,7 г/см3.
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/см3) равномерно корродирует в морской воде со скоростью 1,45 г/(м2·сутки). Каково значение скорости коррозии, выраженное в мм/год? Если с такой же скоростью корродирует свинец (rPb = 11,34 г/см3), 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/м2'сут. Какова толщина металла, который подвергнется разрушению за 1 год. Плотность цинка 7130 кг/м3. Запишите схему коррозии цинка в этих условиях, включая первичные и вторичные процессы.
6.8. Средняя скорость равномерной коррозии стали в кислой среде 20 г/м2час. Определить за какое время толщина пластины площадью 1 дм2 уменьшится вдвое. Первоначальная толщина пластины равна 3 мм, а плотность стали 7,8 г/см3. Написать уравнения коррозионных процессов.
6.9. В стеклянный сосуд, заполненный серной кислотой, опущена пластинка технического цинка, площадь поверхности которой 0,05 м2. Через 5 суток количество выделившегося водорода составило 10 л. Найти сколько цинка растворилось и рассчитать среднюю скорость коррозии в г/м2час. 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 м2 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/м2∙сут).
6.15. Токовый показатель коррозии никеля (А = 58,7; rNi = 9) составляет 1 мкА/см2. 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 м2. Скорость коррозии без применения катодной защиты 10–2 г/м2 в сутки. Какой силы ток надо подать на корпус судна, чтобы полностью подавить коррозию?
7.5. Срок службы стальных дренажных труб общей площадью 105 м2, корродирующих в болотном грунте со скоростью 10 г/м2 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/м2.год, а при проведении защиты 0,0060 г/м2.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 1м2 поверхности стального трубопровода, если предельно допустимое количество корродирующего металла составляет 0,6 кг/м2 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 м2. Через 5 суток количество выделившегося водорода составило 10 л. Найти сколько цинка растворилось и рассчитать среднюю скорость коррозии в г/м2час. 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 м2 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/м2час. Определить за какое время толщина пластины площадью 1 дм2 уменьшится вдвое. Первоначальная толщина пластины равна 3 мм, а плотность стали 7,8 г/см3.
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.
|
№ |
Изделие |
Условие эксплуатации |
|
1 |
2 |
3 |
|
8.1 |
Кран для воды |
Воздух |
|
8.2 |
Конструкции буровой вышки |
Морская атмосфера и вода |
|
8.3 |
Корпус корабля |
Морская атмосфера и вода |
|
8.4 |
Канат |
Подземная шахта |
|
8.5 |
Корпус вагонетки |
Атмосферная коррозия |
|
8.6 |
Нефтехранилище (внутренняя поверхность) |
Сырая нефть |
|
8.7 |
Водовод |
Подземный |
|
8.8 |
Мостовой кран |
Цех прокатки |
|
8.9 |
Кран для погрузки |
Шихтовый двор |
|
8.10 |
Водопроводные трубы |
Горячая вода |
|
8.11 |
Водопроводные трубы |
Холодная вода |
|
8.12 |
Гайка |
Атмосфера |
|
8.13 |
Болт |
Морская вода |
|
8.14 |
Трубопроводы для холодной воды |
Грунт |
|
8.15 |
Трубопроводы для горячего водоснабжения |
Атмосфера |
|
8.16 |
Батареи водяного отопления |
Горячая (40-90 оС) вода, атмосфера |
|
8.17 |
Паровой котел |
Период межремонтных работ |
|
8.18 |
Емкости для хранения воды |
Пресная вода |
|
8.19 |
Цистерна |
Пресная вода |
|
8.20 |
Подвесной мост |
Территория промышленного предприятия |
Автор страницы: yelya_admin