Лабораторна робота № 12.

1. ТЕМА: Протекторний захист.

2. МЕТА: Вивчити ефективність захисту сталі від корозії в нейтральному розчині електроліту протекторами і визначити кількісні показники їх роботи.

Метод захисту металічних конструкцій від корозії при допомозі протекторів відноситься до електрохімічних способів захисту, які засновані на поляризації металу, що захищається і широко застосовується для захисту від корозії в морській воді і нейтральних водних розчинах. Поляризація досягається приєднанням металічних конструкцій до зовнішніх джерел постійного струму (анодний і катодний захист) або до металу, або сплаву — протектору, що має більш негативний електродний потенціал, ніж метал, що захищається.

Найбільш поширені способи електрохімічного захисту — катодний захист зовнішнім струмом і протекторний захист ~ засновані на одних і тих же закономірностях і мають однаковий механізм. В обох випадках створюється гальванічний елемент, в якому метал, що захищається, служить катодом. При катодному захисті зовнішнім струмом служить постійний струм, який підводиться до металу, що захищається і протидіє корозійним струмам, які створюються анодними ділянками металу і тим самим попереджує або знижує їх розчинення. Застосування протекторів (пластина, стержень, відрізок труби і ін.) із металу з більш електронегативним потенціалом, ніж той що захищається також послаблює або знижує корозійні струми анодних ділянок в результаті катодної поляризації. Механізм протекторного захисту по М.Д. Томашову полягає в тому, що мікрогальванопари складені анодними і катодними ділянками металу, що захищається, створюють корозійні струми, направлені по внутрішньому ланцюгу від анодів до катодів. При приєднанні протектора анодні, ділянки металу, що захищаються, так як менш негативні ніж протектор перестають посилати електрони у внутрішній ланцюг і самі починають приймати їх від протектора, тобто перетворюються у катодні. При цьому протектор розчиняється, а корозія металу, що захищається послаблюється або припиняється.

Протекторний захист порівняно ефективний, легко здійснюваний і економічно вигідний метод захисту від корозії металічних конструкцій в нейтральних водних розчинах - морській воді, у ґрунтових водах і т.п. Тому протектори широко застосовуються сумісно з різного роду покриттями як додатковий засіб захисту підземних і підводних металічних споруд — трубопроводів, газопроводів, крупних резервуарів і т.п. Для захисту стальних конструкцій частіше всього застосовують цинкові, магнієві і алюмінієві протектори, а також сплави на основі цих металів. В кислих розчинах електролітів протекторний захист використовується обмежено внаслідок малої катодної поляризованості металу, що захищається в цих розчинах і надто швидкого розчинення металу - протектора. Ефективність протекторного захисту характеризується цілим рядом технологічних показників: захисним ефектом, коефіцієнтом захисної дії, коефіцієнтом корисної дії, радіусом дії. Перші два показники прийняті також для характеристики ефективності катодного захисту. Під захисним ефектом 2 розуміють відношення різниці швидкостей корозії металу без електрохімічного захисту і його наявності до швидкості корозії без захисту

(1)

де z - захисний ефект, %;

u0 і u - швидкість корозії металу в електроліті відповідно без застосування електрохімічного захисту і при його наявності, г/м2 •год.

Коефіцієнтом захисної дії з називають відношення різниці вагових втрат металу у електроліті без електрохімічного захисту і з його застосуванням до катодної густини струму (створюваного зовнішнім джерелом або протектором):

(2)

де ДG0 і ДG0 - втрати металу в електроліті відповідно без електрохімічного захисту і при його застосуванні, г/м2;

Дк - катодна густина струму, а/м2.

(3)

де I - сила захисного струму, а;

S - поверхня катоду (металу, що захищається), м2.

Коефіцієнт корисної дії протектора ПР визначається як відношення теоретичної втрати в масі металу протектора до практичних втрат

(4)

де Е - електрохімічний еквівалент металу протектора.

Величина ПР обернена величині виходу по струму при електролізі, так як цільовий електрохімічний процес в цьому випадку - перехід металу протектора в розчин. Практичні втрати протектора більші теоретичних внаслідок додаткового розчинення металу протектора із-за наявності катодних і анодних ділянок і, отже, роботи корозійних мікрогальванопар на його поверхні. Таким чином, фактичні втрати ваги протектора складаються із корисних втрат, еквівалентних захисному струму в ланцюгу протектор-метал, що захищається і шкідливих втрат еквівалентних струмам мікрогальванопар на поверхні протектора.

Теоретичні втрати, тобто теоретична кількість розчиненого металу, еквівалентна силі захисного струму у зовнішньому ланцюгу і часу розчинення, розраховують по останній формулі, яка витікає з закону Фарадея. Сфера (радіус) дії протектора, тобто віддаль від нього до найближчого осередку корозії на поверхні металу, що захищається, залежить від багатьох факторів: різниці потенціалів між протектором і металом, що захищається, природи і структури цього металу і протектора, електропровідності середовища (електроліту) і т.п. Чим більша електропровідність середовища, чим вища сила захисного струму в ланцюгу метал, що захищається, - протектор і чим більша різниця потенціалів між металом конструкції і протектора, тим більша сфера його дії.

3. РЕАКТИВИ І ОБЛАДНАННЯ

3.1 Розчин хлористого натрію 1-3%-вий, знежирювачі (ацетон, етиловий спирт, бензин і ін.).

3.2. Установка для дослідження захисту сталі від корозії з допомогою протектора (рис. 1), металічні пластинки з вуглецевої чи низьколегованої сталі з робочою поверхнею 200 см2 і пластинки протектора (Аl, Мg, Znі) з робочою поверхнею близько 20 см2, аналітична вага, штангенциркуль, фільтрувальний папір, гумка для олівця, наждачний папір.

4. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕННЯ РОБОТИ

Вивчення ефективності протекторного захисту проводиться на установці (рис. 1), яка моделює гальванічний елемент, складений протектором і металом, що захищається. Ця установка складається із двох скляних стаканів 3 заповнених до певного рівня стандартним нейтральним електролітом - розчином харчової солі. В один стакан занурені два пластинчастих зразки металу, що захищається 1 і досліджуваного протектора 2. В другий