Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Поляризационные диаграммы. Лимитирующая стадия коррозионного процесса

03.04.2019

Анализ зависимости поляризации от плотности тока удобно проводить, пользуясь графическим отражением уравнения (3.59). Такие графические зависимости называются поляризационными диаграммами, или диаграммами Эванса, по имени английского коррозиониста Улика Эванса, впервые предложившего использовать их для исследования коррозионных процессов. Этот метод до сих пор широко применяется для экспресс-оценки скорости обшей равномерной коррозии и прогнозировании коррозионного поведения металла в коррозионной среде. Для построения поляризационных диаграмм используются специальные приборы — потенциостаты, позволяющие либо задавать и поддерживать определенную плотность тока на образце и фиксировать величину потенциала на нем (гальваностатический режим работы), или, наоборот, поддерживать определенный потенциал и фиксировать устанавливающуюся в системе плотность тока (потенциостатический режим). Получив одну точку в системе координат ф—Igi, задают следующее значение, и так далее. Чаще, чтобы ускорить процесс получения информации, пользуются динамическим режимом, задавая не определенные значения плотности тока или потенциала, а определенную скорость их изменении.

Анализ поляризационных кривых проводят, исходя из следующих предпосылок.

При протекании коррозионного процесса вследствие явления поляризации потенциал анодного участка (участков) смещается и сторону положительных значений, а катодного — в сторону отрицательных. В результате на корродирующей поверхности устанавливается потенциал, характерный для всей поверхности, — потенциал коррозии фкор (рис. 3.7). Он положительнее равновесного потенциала анодного участка (участков) и отрицательнее равновесного потенциала катодного участка (участков) фрKl. Ток, соответствующий потенциалу коррозии, — это ток коррозии. В случае, если площади анодного и катодного участков равны между собой, его значение определяется абсциссой точки пересечении анодной и катодной поляризационных кривых. Именно оно и является кинетической характеристикой процесса, и в случае протекания коррозии по гомогенному механизму (площади анодного и катодного участков равны и коррозия носит равномерный характер) может быть использован для расчета скорости коррозии. При построении поляризационных диаграмм сначала определяют потенциал коррозии без наложения внешнего потенциала (тока). Далее при помощи потенциостата смещают потенциал поверхности, например в положительную сторону, и по полученным данным строят анодную ветвь диаграммы в координатах потенциал — логарифм плотности тока (см. рис. 3.7). Аналогично получают катодную ветвь. Экстраполируют линейные (тафелевские) участки диаграммы до взаимного пересечения. Абсцисса точки пересечения — логарифм плотности тока коррозии. Дальнейшей экстраполяцией тафелевских участков до пересечения с линией, отвечающей равновесному значению потенциала катода (или анода), можно получить логарифм катодного (или анодного) тока обмена.
Поляризационные диаграммы. Лимитирующая стадия коррозионного процесса

Очень удобно использовать поляризационные диаграммы для выявления лимитирующей стадии коррозионного процесса (рис. 3.8). Это имеет большое практическое значение при разработке антикоррозионных мероприятий. Выявив лимитирующую стадию процесса, следует использовать защитные средства, которые будут тормозить именно эту стадию.

В случаях, когда анодная поляризация существенно превышает катодную, а сопротивление электролита незначительно, лимитирующей стадией является анодная реакция (см. рис. 3.8, а). Потенциал коррозии близок к потенциалу катода разомкнутого контура. В этом случае говорят об анодном контроле процесса.

Для подавления коррозии стремятся еще больше увеличить анодную поляризацию, например создавая на поверхности металла плотные защитные слои, препятствующие переходу металла в ионное состояние. Так, емкости из углеродистой стали перед началом эксплуатации иногда ненадолго заполняют концентрированным раствором гидроксида натрия или азотной кислоты. В результате на поверхности металла образуются защитные слои. Если катодная поляризация значительно больше анодной, а сопротивление электролита низкое, лимитирующей является катодная реакция (см. рис. 3.8, б). В случае, когда потенциал коррозии близок к потенциалу анода разомкнутого контура, принято говорить о катодном контроле процесса. Естественно, что в подобной ситуации стараются еще больше подавить катодную реакцию. Такой случай наблюдается часто при работе аппаратов с нейтральными или слабощелочными средами, когда катодной является реакция восстановления кислорода. В технологической цепи перед такими аппаратами ставят деаэраторы, в которых рабочую среду нагревают до температуры кипения с целью удаления из нее кислорода.

Если сопротивление среды оказывается высоким, поляризационная диаграмма может иметь вид, представленный на рис. 3.8, в. В этом случае говорят об омическом контроле, — лимитирующей является стадия переноса зарядов. Используют защитные мероприятия, еще больше увеличивающие сопротивление системы (изоляционные материалы).

Наконец, при смешанном контроле (см. рис. 3.8, г) трудно выделить лимитирующую стадию процесса: приходится использовать комплексную защиту от коррозии, включающую несколько защитных мероприятий. Например, при эксплуатации подземных коммуникаций часто пользуются катодной защитой, подавляющей анодной процесс, и изоляционными материалами, которые наносят на поверхность труб с целью подавления стадии переноса зарядов.

Следует отметить, что анализ поляризационных диаграмм нужно рассматривать как удобный экспресс-метод, позволяющий относительно быстро сориентироваться в вопросах, связанных с кинетикой коррозионного процесса, протекающего по гомогенному механизму. Как и любой экспресс-метод, он годится лишь для качественной оценки процесса. Результаты, полученные при его использовании, нельзя применять при проектировании реальных металлоконструкций, поскольку условия, реализующиеся на практике, как правило, отличаются от тех, которые удается смоделировать в коррозионной ячейке. Для практических целей при исследовании общей и язвенной коррозии используют либо длительные лабораторные испытания с базой не менее 200 час, либо (лучше) испытания в натурных условиях, с базой не менее одного месяца.

Анализ поляризационных диаграмм как метод изучения кинетики совершенно неприемлем при изучении локальных процессов, развивающихся по гетерогенному механизму. Рассчитанная на его основе скорость коррозии усреднена по площади всего образца, тогда как растворение идет только по анодным участкам.
Имя:*
E-Mail:
Комментарий: