Viteza de coroziune - Determinarea vitezei de coroziune

Determinarea vitezei de coroziune:

Consideratii teoretice:

Notiunea de coroziune include toate procesele chimice si electrochimice care au drept rezultat degradarea spontana si continua a suprafetelor metalelor si aliajelor.

Majoritatea metalolor se gasesc in natura sub forma de combinatii dintre care de cele mai multe ori sub forma de oxizi. Acest fapt dovedeste ca pentru aceste metale, starea metalica este instabila din punct de vedere termodinamic, in prezenta agentilor chimici si electrochimici, ele avand tendinta de a se coroda, refacand conditiile din care au provenit. In seria tensiunilor chimice, aceste metale sunt situate inaintea hidrogenului si au potentiale normale normale de electrod negativ.

In tehnologie tocmai aceste metale sunt folosite cu precadere, din care cauza pierderile de metale sunt dintre cele mai mari. Un numar restrans de metale, metale nobile, se gasesc in natura si in stare libera. Ele se situeaza dupa hidrogen in seria tensiunilor electrochimice si sufera mai greu procesul de degradare prin coroziune.

Coroziunea este un proces complex fiind determinat de multi factori. In functie de mecanismele dupa care se desfasoara, coroziunea poate fi chimica si electrochimica.

Coroziunea chimica are loc in mediu uscat, atunci cand metalele sau aliajele sunt atacate chimic de unele gaze dintre care enumeram: oxigenul, clorul, bioxidul de sulf, bioxidul de carbon, hidrogenul sulfurat, acidul clorhidric, etc. Acest tip de coroziune e prezenta mai cu seama in unele instalatii din industria chimica, fiind favorizata de temperatura.

De cele mai multe ori, coroziunea chimica capata un aspect electrochimic (coroziune electrochimica), deoarece instalatiile, utilajele, masinile, statiile de transformare, conductele aeriene si subterane de gaze si apa, etc. in contact cu agentii atmosferici (oxigenul sau umezeala din aer), sunt de fapt sisteme electrochimice, formate dintr-un metal sau aliaj in contact cu un electrolit. Aceste sisteme dau nastere la pile electrice locale.

Pierderile cele mai insemnate de metal se datoreaza coroziunii fierului si a aliajelor feroase. O bara de fier lasata timp indelungat in contact cu agentii atmosferici, colecteaza in cavitatile retelei metalice apa slab acidulata. In aceste cavitati, care vor functiona ca anozi ai unor pile electrice locale, sub influenta moleculelor dipolare ale apei, fierul trece sub forma de , comform urmatorului proces anodic:

Electronii rezultati din acest proces, raman pe bara de fier si sunt orientati spre partile marginale ale cavitatilor, incarcand astfel suprafata metalica in aceste portiuni cu sarcina electronica negativa. Aceste suprafete incarcate cu sarcina negativa, vor functiona drept catodul pieselor electrice locale, pe ele avand loc urmatoarele procese:

Ionii  rezultati, vor forma cu ionii  hidroxidul feros , care in prezenta oxigenului atmosferic se transforma in oxid feric hidratant, cu aspect poros, sfaramicios, de culoare rosu inchis, care poarta denumirea de rugina.

Reactia redox care are loc este:

rugina

Stratul de rugina izoleaza suprafata metalica exterioara, dar procesul de coroziune se continua in profunzime.

Mod de lucru:

G

C

E

P

B

A

F

D

Pentru determinarea vitezei de coroziune se foloseste instalatia prezentata in figura de mai jos. Aceasta consta dintr-o biureta de sticla prevazutacu o palnie pentru captarea gazelor.

Epruveta de metal se introduce initial in vasul 1, dupa care se asaza biureta cu palnie 2. La capatul de sus al biuretei se fixeaza un furtun de cauciuc de la o trompa in vid.

Se da drumul incet la robinetul 3 al biuretei si se toarna toata cantitatea de acid in vasul 1. Acidul se ridica in biureta si cand atinge robinetul 3, acesta se inchide. Notarea volumului de gaz se face de obicei dupa 1, 2, 5, 30 minute si 1, 2, 5, 10, 24, 48 h. Cunoscand volumul de gaz degajat (in cazul nostru din 15 in 15 min.), se poate calcula viteza de coroziune a fierului cu ajutorul relatiei:

unde:           v viteza de coroziune (g/m²h).

G = greutatea fierului dizolvat(g).

S = suprafata probei supusa coroziunii(m²).

t timpul de desfasurare a procesului de cosoziune(h).

Greutatea fierului dizolvat se afla pe baza calculelor stoechinometrice, comform ecuatiei relatiei chimice:

astfel:

1 atom de Fe 55,8 g   produce degajarea a 22,4 l (c.n.) H₂

G_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ V₀ (l) H₂

de unde:

Se calculeaza astfel trei valori pentru G in functie de cele trei volume V de H₂, citite la intervalul de 15 min. (volumele se aduc in conditiile normale).

Pentru aceasta se vor citi temperatura si presiunea la un termometru, respectiv la un anemometru de laborator.

Valoarea vitezei de coroziune va fi data de media aritmetica a celor 3 volume obtinute.

Se mai poate calcula viteza de coroziune din viteza de degajare a hidrogenului, reprezentand grafic volumul V de H₂ degajat in functie de timp.

Panta dreptei va fi tocmai viteza de coroziune.

Determinarea practica a vitezei de coroziune:

In figura urmatoare este prezentata piesa supusa coroziunii:

Suprafata totala a piesei se calculeaza comform relatiei:

Calculam suprafata:

In urma efectuarii experimentelor, datele obtinute sunt:

S = 0,107m²

t = 900s

P = 756mmHg

P₀ = 760mmHg

T = 293K

T₀ =273K

V₁ = 1,7 ml

V₂ = 2,1ml

V₃ =2,5ml

Efectuam calculele pentru a afla cele trei valori ale lui V₀:

Efectuam calculele pentru a afla cele 3 valori ale lui G:

Efectuam calculele pentru a afla cele trei viteze de coroziune:

Viteza de coroziune va fi egala cu media aritmetica a celor trei valori ale vitezei obtinute: