Методика проведения лабораторной работы по теме «Газовая коррозия металлов»

№96-1,

технические науки

В данной статье рассматривается методика проведения лабораторной работы на тему «Газовая коррозия металлов». В статье подробно описывается пошаговая инструкция выполнения лабораторной работы.

Похожие материалы

Каждому человеку, живущему на планете Земля в современном мире знаком процесс самопроизвольного разрушения металлов и сплавов вследствие химического или электрохимического взаимодействия с окружающей средой. Это процесс называется коррозией металлов. Процесс коррозии необходимо изучать по той простой причине, что на сегодняшний день до сих пор не найден способ абсолютной защиты металлов и сплавов от коррозионного разрушения. Человечество научилось, лишь значительно замедлять процесс коррозионного разрушения металлических изделий, а не полностью его останавливать. Существует две основные причины самопроизвольного разрушения металлов и сплавов при взаимодействии с окружающей средой: первая — термодинамическая неустойчивость металлов к воздействию окружающей среды; вторая — ионное состояние для металлов более выгодно, чем металлическое, так как характеризуется меньшей внутренней энергией. По этой причине обучающимся, получающим техническое образование, при изучении дисциплины «Материаловедение» будет полезным изучить механизм и сущность процесса коррозии. В данной статье рассмотрим высокотемпературную газовую коррозию сплавов. Газовая коррозия сплавов в чистом виде встречается при эксплуатации металлических печных труб и у газовыпускных коллекторов автомобилей.

Чтобы наглядно продемонстрировать обучающимся влияние температуры и химического состава металлов (сплавов) на скорость протекания коррозионных процессов, необходимо провести эксперименты в рамках лабораторной работы. Достоинствами данной лабораторной работы является ее наглядность и простота в техническом осуществлении. Для проведения такого рода лабораторной работы понадобится следующее материально-техническое обеспечение: набор образцов металлов и сплавов (углеродистая конструкционная сталь, нержавеющая сталь, медь, латунь и т.д.) в виде пластин, тигельные щипцы, высокотемпературная камерная электропечь с температурой нагрева до 1000°С, секундомер, керамическая подставка, технические весы с точностью измерения ± 10 мг. Оценка скорости газовой высокотемпературной коррозии металлов основана на использовании весового метода. Данный метод заключается в измерении потери массы образца с единицы площади в заданный интервал времени (Например: мг/см2час), после контакта с агрессивной средой путем взвешивания образцов на технических весах (Рис.1).

Формула для расчета скорости коррозии:

\nu = \frac{m_1-m_2}{2\cdot S \cdot t},

где v — скорость коррозии, мг/(см2*мин); m1 — масса образца до коррозии, мг; m2 — масса образца после коррозии, мг;
S — площадь поверхности стороны образца, см2; t — время выдержки, мин.

Для ускорения процесса протекания газовой коррозии металлические образцы следует помещать в муфель печи, разогретой до температуры порядка 800°С. Температура является катализатором химической реакции взаимодействия поверхностного слоя металла с молекулами кислорода, содержащегося в воздухе.

Перед началом работы необходимо подготовить металлические образцы в виде пластин размером примерно 35мм х 45мм из различных металлов и сплавов. С поверхности пластин необходимо удалить все окисные пленки (продукты коррозии) до чистого (не окислённого) металла.

Далее необходимо определить площадь поверхности пластин. Если пластины разного размера, необходимо рассчитать площадь каждого образца и записать в таблицу ее удвоенное значение (обе стороны пластины будут контактировать с агрессивной средой). Так как толщина пластин невелика, то площадью боковых сторон можно пренебречь. Площадь пластин записывается в таблицу в см2.

Все пластины необходимо взвесить на технических весах с точностью измерений ±10 мг. Значение их масс (m1) следует записать в таблицу в миллиграммах (Таблица 1. ).

Таблица 1. Определение коррозионной стойкости металлов (сплавов) к газовой высокотемпературной коррозии

п/п

Наименование материала

Характер коррозионной среды (вид коррозии)

Метод защиты от коррозии

Площадь пластины

S, см2

Массапластины до эксперимента

m1, мг

Масса пластины после эксперимента

m2, мг

Потеря массы пластины

Δ m, мг

Скорость коррозии

V, мг/см2*мин

1.

Углеродистая сталь

Газовая высокотемпературная (Химическая)

нет

2.

Нержавеющая сталь

Газовая высокотемпературная (Химическая

Конструкционный

3.

Затем с помощью тигельных щипцов все образцы нужно поместить в электропечь, разогретую до температуры порядка 800°С и включить секундомер. Далее образцы выдерживаются в печи в течении определенного промежутка времени. Продолжительность выдержки образцов в каждом случае определяется индивидуально, например, в течение 1 часа.

После истечения времени выдержки образцы необходимо извлечь из печи и поместить их на огнеупорную подставку на спокойный воздух и дать им остыть. В это время обучающиеся должны наблюдать образование окалины черного цвета на пластинах, изготовленных из железоуглеродистых сплавов и окисных пленок на цветных металлах и сплавах. После того как пластины остынут до комнатной температуры, необходимо удалить окисные пленки с поверхности образцов. Далее под руководством преподавателя обучающиеся производят повторное взвешивание образцов и значение массы m2 записывают в таблицу. Затем необходимо рассчитать разность масс m1 и m2.

Далее рассчитывается скорость коррозии, используя формулу, представленную на рисунке 1.

Далее выполняется отчет по лабораторной работе

В отчете по каждой лабораторной работе обязательно пишется:

  1. Краткое теоретическое введение (описывается объект исследования и применяемые методы);
  2. Практическая часть (номер и название опыта; методика опыта со всеми ее изменениями, если таковые имеются; полученные результаты или наблюдения, уравнение реакции, если проводилось какое-либо взаимодействие). В уравнении реакций необходимо называть исходные и конечные соединения. В некоторых случаях описывается механизм. При необходимости в практической части зарисовывают схему установки или прибора данного опыта;
  3. Выводы о проделанной работе (анализируются полученные результаты).

При защите отчета курсант (слушатель, студент) должен уметь объяснить полученные результаты, сделать исчерпывающие выводы, ответить на вопросы, представленные в конце каждой работе лабораторного практикума, а также ответить на дополнительные вопросы.

Список литературы

  1. Иванов А.В., Пучков П.В., Тимофеева С.В. Причины коррозионного разрушения деталей пожарной и аварийно-спасательной техники Сборник материалов III Межвузовского научно-практического семинара «Надёжность и долговечность машин и механизмов» (25 апреля 2012 года)/Сост. В.В. Киселёв. – Иваново: ООНИ ЭКО ИвИ ГПС МЧС России, 2012. –с. 77-80.
  2. ГОСТ 9.908-85. Единая система защиты от коррозии и старения. Методы определения показателей коррозии и коррозионной стойкости. М.: Изд-во стандартов. 1999.
  3. ГОСТ 9.602-2005. Единая система защиты от коррозии и старения. Сооружения подземные. Общие требования. М.: Изд-во стандартов. 2007.