Поиск

Полнотекстовый поиск:
Где искать:
везде
только в названии
только в тексте
Выводить:
описание
слова в тексте
только заголовок

Рекомендуем ознакомиться

'Программа дисциплины'
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университ...полностью>>
'Документ'
При изучении дисциплины «Отечественная история» студентам-бакалаврам необходимо выполнить одну контрольную работу. Контрольная работа служит важной ф...полностью>>
'Документ'
Идейно-художественное отличие «Белой стаи» от «Вечера» и «Четок» интерпретировалось в критике как переход Ахматовой от интимной лирики к гражданской....полностью>>
'Закон'
История развития представительных органов в России. Особенности рассмотрения предложений о поправках к Конституции: изменения к главам 3-8 Конституци...полностью>>

Главная > Методические указания

Сохрани ссылку в одной из сетей:

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

НАЦИОНАЛЬНАЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ УКРАИНЫ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к выполнению лабораторного практикума по дисциплине «Коррозия и защита металлов» для студентов всех специальностей

Днепропетровск НМетАУ 2005

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

НАЦИОНАЛЬНАЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ УКРАИНЫ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к выполнению лабораторного практикума по дисциплине «Коррозия и защита металлов» для студентов всех специальностей

УТВЕРЖДЕНО

на заседании кафедры ПМ и ЗМ,

протокол № от

Днепропетровск НМетАУ 2005

УДК

Методические указания к выполнению лабораторного практикума по дисциплине «Коррозия и защита металлов» для студентов всех специальностей. Сост.: C. И. Пинчук, А. П. Стовпченко, И. Г. Рослик, О. О. Внуков. - Днепропетровск: НМетАУ, 2006.- 33 с.

Приведены положения теории химической и электрохимической коррозии металлов и методические указания по определению скорости газовой коррозии и жаростойкости сталей, исследованию особенностей коррозии металлов в кислых и нейтральных средах, получению гальванических защитных покрытий.

Предназначены для студентов всех специальностей.

Разработали: С. И. Пинчук, д-р техн. наук, проф.

А. П. Стовпченко, д-р техн. наук, с.н.с..

И.Г. Рослик, канд. техн. наук. доц.

О.О. Внуков, ст. преп.

Ответственный за выпуск: С. И. Пинчук, д-р техн. наук, проф.

Рецензент

Редактор

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТИ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ

КОРРОЗИИ СТАЛИ ПО ЦВЕТАМ ПОБЕЖАЛОСТИ

    1. Цель проведения лабораторной работы

Установить влияние температуры на скорость окисления углеродистой стали и рассчитать эффективную энергию активации процесса.

Задачи проведения лабораторной работы состоят в том, чтобы

знать: метод определения скорости коррозии металла по цветам побежалости;

уметь: самостоятельно проводить исследование влияния температуры на скорость окисления, рассчитывать энергию активации процесса.

1.2 Основные теоретические положения

Большинство металлов при высоких температурах в атмосфере термодинамически неустойчивы по отношению к кислороду. На их поверхности образуются оксидные пленки, защитные свойства которых в значительной мере определяют жаростойкость металлов и сплавов. Толщина оксидных пленок может изменяться в очень широких пределах.

Принято различать тонкие, средние и толстые пленки. Толщина тонких пленок - от мономолекулярной до 0,04 мкм. Такие пленки на металле невидимы и их наличие может быть установлено оптическими методами с применением поляризованного света или с помощью радиоактивных индикаторов. Толщина средних пленок (0,04 - 0,5 мкм) сопоставима с длиной волны видимых световых лучей (0,04    0,75 мкм). Эти пленки являются видимыми благодаря интерференционному окрашиванию, то есть возникновению так называемых цветов побежалости. Толстые пленки имеют толщину более 0,5 мкм и видны невооруженным глазом.

Интерференционные цвета побежалости позволяют определить толщину получаемых на металле пленок. Механизм появления цветов побежалости можно объяснить следующим образом. Погашение света вследствие интерференции двух лучей света, которые налагаются друг на друга, с длиной волны  происходит, если эти два луча смещены один относительно другого на половину фазы, то есть на непарное число полуволн: и т.д.

Пусть два луча проходят сквозь прозрачную пленку на поверхности металла, отражаясь один от внешней поверхности пленки (рисунок 1.1, линии 1, 2), другой - непосредственно от поверхности металла, пройдя через нее (рисунок 1.1, линии 3, 4).


Рисунок 1.1 – Схема интерференции лучей света

Как это видно из рисунка, различие в ходе этих двух лучей определяется двойной толщиной пленки S (при падении луча под углом близким к прямому). Если учесть, что длина световой волны в прозрачной среде сокращается в обусловленное коэффициентом преломления число раз, то условия погашения данного луча с длиной волны l для пленки с показателем преломления n будут удовлетворяться, если толщина пленки S будет отвечать следующим значениям:

; и т.д. (1.1)

По этим формулам можно определить S, если установить интерференционное погашение луча при освещении образца монохроматическим светом. Такие измерения были проведены (таблица 1.1). Данные, приведенные в таблице 1.1, представляют собой толщины окисных пленок на железе, на котором получены цвета побежалости при нагревании образца на воздухе.

Таблица 1.1 - Толщина оксидных пленок на железе

Цвет пленки

S, мкм

желтый

0,046

оранжевый

0,052

красный

0,058

фиолетовый

0,068

синий

0,072

Зная толщину пленки и продолжительность процесса окисления, можно рассчитать скорость газовой коррозии.

В соответствии с уравнением Аррениуса скорость газовой коррозии V является функцией температуры:

, (1.2)

где - KV - константа скорости, Ea- эффективная энергия активации процесса.

Оксидные пленки могут быть сплошные или несплошные. Пиллинг и Бедвортс сформулировали условия, при которых образуются сплошные пленки, способные препятствовать дальнейшему окислению металла.

Если молекулярный объем оксида обозначить Vок, а объем металла Vме, то можно записать условие сплошности:

(1.3)

Соотношение можно рассчитать по формуле:

, (1.4)

где Мок – молекулярная масса оксида, ме – плотность металла, ок – плотность оксида, Аме – атомная масса металла, m – количество атомов металла в оксиде.

Если 1 - то пленка не может быть сплошной.

Рост пористой (незащитной) пленки (соотношение ) контролируется скоростью химической реакции окисления металла (кинетический контроль процесса) и протекает во времени по линейному закону:

h=k. (1.5)

Если пленка сплошная (соотношение ) и оказывает сопротивление проникновению кислорода к металлу, то рост оксидной пленки описывается параболическим законом:

h2 = k. (1.6)

Часто рост тонких оксидных пленок (соотношение ) на металлах при низких температурах и на первых стадиях окисления металлов при высоких температурах сопровождается большим самоторможением во времени, тогда выполняется логарифмический закон:

h = kln . (1.7)

Окисление металлов в различных температурных интервалах происходит по-разному. Линейный закон окисления характерен для натрия, кальция, магния; параболический – для меди, железа, никеля; логарифмический – для алюминия, цинка, хрома. Например, рост пленки на железе при температурах до 400°С происходит по логарифмическому закону, а в интервале 500-1100°С – по параболическому.

1.3 Приборы и принадлежности

Приборы: термопара типа ХА, вольтметр-амперметр типа М2020, секундомер, электрическая плита.

Принадлежности: образцы стали 200x20x1,5 мм, наждачная бумага для зачистки образцов, эталонный образец, штатив для зажима образца.

1.4 Порядок проведения работы

1.4.1 Собрать экспериментальную установку в соответствии со схемой, которая приведена на рисунке 1.2.



1 – образец, 2 – термопара, 3 - электрическая плитка,

4 – вольтметр-амперметр

Рисунок 1.2 – Схема экспериментальной установки

1.4.2 Зачистить образец до блеска и протереть фильтровальной бумагой.

1.4.3 Включить электроплитку и выдержать 10-16 мин., чтобы поверхность плиты нагрелась, положить образец на плиту так, чтобы он плотно прилегал к поверхности, одновременно включив секундомер.

1.4.4 Установить на поверхность образца термопару (термопара должна касаться поверхности образца).

1.4.5 С появлением синего цвета побежалости на поверхности образца (сравнить с эталоном) выключить секундомер. Данные ( - время до появления синего света и t - температура на поверхности образца в момент появления синего цвета) занести в таблицу 1.2. Повторить эксперимент с другими образцами при двух других значениях температуры.

Таблица 1.2 – Экспериментальные данные

№ п/п

Температура

Время до

появления

синего цвета

Скорость образования пленки, мм/час

1/Т

lgV

Ea, кДж/моль

t,oC

T,oC

с

час.

1

2

3

1.5 Обработка экспериментальных данных

После измерений и расчетов заполнить таблицу 1.2.

По полученным данным построить график в координатах lgV - 1/Т и определить эффективную энергию активации по формуле:

, кДж/моль, (1.8)

где

, V2V1 и Т1Т2 . (1.9)

Сделать выводы о влиянии температуры на скорость газовой коррозии.

1.6 Задание на самостоятельную работу

По материалам лекций и учебной литературы изучить вопрос о влиянии температуры на скорость газовой коррозии.

1.7 Контрольные вопросы

  1. Что называется химической коррозией?

  2. Что называется газовой коррозией?

  3. Что является критерием возможности протекания газовой коррозии?

  4. Как классифицируют пленки на металлах по толщине?

  5. По какому уравнению определяют энергию активации?

  6. Как влияет температура на скорость окисления углеродистой стали?

  7. Для каких металлов выполняется линейный закон роста пленок?

  8. Для каких металлов выполняется параболический закон роста пленок?

  9. Для каких пленок характерно появление цветов побежалости?

  10. Каким образом подготавливают образцы к выполнению лабораторной работы?

  11. Какие приборы используют при выполнении лабораторной работы?

  12. Какова толщина оксидных пленок на железе?

  13. Как рассчитывают скорость газовой коррозии?

  14. Что показывает уравнение Аррениуса?

  15. Какие механизмы роста пленок вы знаете?

  16. В каких случаях выполняется логарифмический закон роста пленок?

  17. В каких случаях выполняется степенной закон роста пленок?

  18. Поясните суть уравнения Эванса.

  19. Какие пленки являются не видимыми?

  20. Какие пленки являются видимыми

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

ЖАРОСТОЙКОСТЬ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

2.1 Цель проведения лабораторной работы

Провести оценку жаростойкости металлов и сплавов на воздухе при заданной температуре с использованием показателей коррозии.

Задачи проведения лабораторной работы состоят в том, чтобы

знать: сущность понятий «жаропрочность» и «жаростойкость», основные виды жароустойчивых материалов;

уметь: экспериментально оценивать жаростойкость различных материалов.

2.2 Основные теоретические положения

Химическая коррозия – это взаимодействие металла с коррозионной средой, при которой окисление металла и восстановление окислительного компонента коррозионной среды протекает в одном акте. Ее первопричиной является термодинамическая неустойчивость металлов в разных агрессивных средах.

Наиболее распространенным и практически важным видом химической коррозии металлов является газовая коррозия. Она протекает при многочисленных высокотемпературных технологических процессах получения и обработки металлов (выплавке и разливке металла, нагреве перед прокаткой, ковке, штамповке, термообработке и т.д.), работе оборудования в условиях влияния высоких температур (арматура нагревательных печей, детали двигателей внутреннего сгорания и т.д.).

Поведение металлов и сплавов в этих условиях оценивается двумя характеристиками: жаростойкостью и жаропрочностью.

Жаростойкость – это способность металла оказывать сопротивление коррозионному влиянию газов при высоких температурах.

Жаропрочность – способность металла сохранять при высоких температурах необходимые механические свойства: длительную прочность и сопротивление ползучести.

При коррозии в кислородсодержащих газах поверхность металла покрывается пленкой оксидов других соединений, от защитных свойств которой в значительной мере зависит жаростойкость металлов и сплавов.

Заметными защитными свойствами могут обладать лишь сплошные пленки. Возможность их образования определяется условием:

(2.1)

где Vок – молекулярный объем оксида или другого соединения; VМе – атомный объем металла, из которого образуется оксид или другое соединение.

Жаростойкость металлов и сплавов можно в значительной мере повысить легированием – введением в их состав компонентов, которые улучшают защитные свойства образующихся пленок. В результате этого на поверхности сплава образуется слой оксидов легирующего компонента или высокозащитных двойных оксидов легирующего компонента с основным металлом типа шпинели (FeCr2O4, NiFe2O4 и др.).

В установившемся режиме скорость химической коррозии определяется кинетическими возможностями протекания отдельных стадий процесса: кристаллохимическим превращением (кинетический контроль процесса); диффузией реагентов в образовавшейся пленке продуктов коррозии (диффузионный контроль процесса); обеими этими стадиями одновременно при соизмеримом сопротивлении их протеканию (диффузионно-кинетический контроль процесса).

При кинетическом контроле процесса (образование несплошных пористых пленок) жаростойкость определяется природой металла, а при диффузном контроле (образование сплошных оксидных пленок) - защитными свойствами пленки, которая образуется на металле.

2.3 Приборы и принадлежности

Приборы: аналитические весы, муфельная электрическая печь с автоматическим регулятором температуры.

Принадлежности: пять тиглей из огнеупорного материала, пять промаркированных плоских образцов металлов и сплавов, штангенциркуль, наждачная и фильтровальная бумага, содовый раствор.

2.4 Порядок проведения работы

2.4.1 Включить электрическую печь. Терморегулятор установить в положение, которое соответствует температуре проведения исследований (700-9000С). Температуру и положение регулятора указывает преподаватель.

2.4.2 Испытуемые плоские образцы зачистить наждачной бумагой. Штангенциркулем измерить геометрические размеры образцов и рассчитать величину их поверхности. Обезжирить содовым раствором, промыть проточной водой, осушить фильтровальной бумагой, потом электрополотенцем. Взвесить на аналитических весах с точностью ±0,001 г (mo) и поместить в открытые тигли из огнеупорного материала.

2.4.3 По достижении в печи заданной температуры (контрольная лампочка начинает периодически включаться и отключаться), с помощью щипцов установить тигли с образцами в самую горячую зону муфеля и выдержать при этой температуре на протяжении 30-60 мин. (по заданию преподавателя). Вынуть тигли из печи и установить на огнеупорную подставку для охлаждения. Во избежание потери части окалины при охлаждении тигли накрыть огнеупорной пластиной.

2.4.4 После охлаждения взвесить каждый тигель с образцом, а потом каждый пустой тигель на аналитических весах с той же точностью.

Массу образца после эксперимента (m) рассчитать по формуле:

m = m2 - mт (2.2)

где m2 – масса тигля с образцом и окалиной, г; mт – масса тигля, г.

Результаты экспериментов для каждого исследуемого металла и сплава занести в таблицу 2.1.

Таблица 2.1 - Результаты экспериментальных измерений

Результаты определений

Материал образца

Примечания

Размеры образца, мм

Поверхность образца S, м2

Начальная масса образца mo, г

Температура, оС

Продолжительность окисления τ, часов

Масса тигля с образцом и окалиной m2, г

Масса тигля mт, г

Увеличение массы m, г

Показатель , г/м2час

Показатель , г/м2час



Скачать документ

Похожие документы:

  1. Методические указания (6)

    Методические указания
    Данные методические указания предназначены для самостоятельной подготовки к лабораторным работам по компьютерной графике, а также для их выполнения в классе с преподавателем.
  2. Методические указания к контрольным работам для студентов фбо кафедра иностранных языков

    Методические указания
    4 144/09з 08050 , 080105, 080109 II Методические указания по выполнению к/р № 3, 4 1/09з 0 01 II Методические указания по выполнению к/р № 3,
  3. Методические указания мук 3 721-98 3 Пищевые продукты и пищевые добавки

    Методические указания
    См. санитарно-эпидемиологические правила и нормативы СанПиН 2.3.2.1290-03 "Гигиенические требования к организации производства и оборота биологически активных добавок к пище (БАД)", утвержденные Главным государственным санитарным
  4. Методические указания по разработке нормативов предельно допустимых вредных воздействий на поверхностные водные объекты

    Методические указания
    засорения и истощения, охрану здоровья населения, а также ликвидацию последствий вредных воздействий на водный объект и его экосистему. 1. Нормативные ссылки В настоящем документе использованы положения следующих законодательных и
  5. Методические указания к освоению практических навыков по эпидемиологии министерство образования и науки украины

    Методические указания
    2734 Методические указания к освоению практических навыков по эпидемиологии / Составители: Н.Д. Чемич, Г.С. Зайцева, Н.И. Ильина, В.В. Захлебаева. - Сумы: Изд-во СумГУ, 2009.
  6. Методические указания по выполнению дипломной работы для студентов очной формы обучения по специальности 080801 Прикладная информатика (в экономике) Составители Ю. С. Москаленко А. В. Ямшанов

    Методические указания
    В методическом указание раскрываются основные виды дипломных работ, структура, содержание и требования, которые предъявляются к работе, а также порядок ее выполнения и защиты; приводится примерный перечень тем дипломных работ.

Другие похожие документы..