Закономерности общей и локальной коррозии железа и меди в гидрокарбонатных средах с различными добавками в неизотермических условиях

Калужина С.А.; Кобаненко И.В.; Малыгин В.В.; Нафикова Н.Г.; Рыжкова И.Е.; Санина М.Ю.

от фторидных, в бромидных и хлорцдных растворах наблюдается пипингообразование В бромидных элеетралшах образование гаптингов происходит при более отрицательных потенциалах и меньших концентрациях активатора чем в хлоридных средах. Полученные данные объяснены изменением гидрофобносш ионов в атом ряду

ЛИТЕРАТУРА-

1. флорианович ГМ. Итоги науки и техники Корр и чалила от коррозии М.: ВИНИТИ. 1978 Т 6 С 136

2. RealS.G., Barbosa MR.. Vilcke J.K.. Anna AJ.II J. Electrocbcm. Soc.

1990. V. 137. № 6. P 1696.

3 Marcus P.. Htrbthn J. -M..’/ Con. So. 1993 V 34 J*7. P. 1123

4. Aramab K.. Xuhhara H. il J Eicctrodvm Soc 19Г7 V 134>45 P 1059

5. Кузнецов ЮЛ. 11 Защита металлов. 1994 T 30 .*64 С. 341

6 ПирсонРЛж. //Успехи химии. 1969 T 38 М7 С. 1223.

7. Балашова Н-А^ КазариновВЯ. /Эгнгтрохимга. 1965. T 1 >&5 С 512.

8 Горбачев А.К. Никифоров В.К.. АнОрющенко Ф.К, Савенкова ВТ. И Защита металлов 1987 T 23. Л*4 С. 635.

9 Кузнецов ЮЛ../ Защита металлов 1995 Т 31 .V?3 С 229

УДК 620.193.013

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ОБЩЕЙ И ЛОКАЛЬНОЙ КОРРОЗИИ ЖЕЛЕЗА И МЕДИ В ГИДРОКАРБОНАТНЫХ СРЕДАХ С РАЗЛИЧНЫМИ ДОБАВКАМИ В НЕ ИЗОТЕРМИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ

Воронеж. Воронежский государственный университет

Коррозия оборудования систем водо- и теплоснабжения, отличающаяся большим разнообразием по характеру разрушения и по механшму его развтия, приводит к значительным материальным потерям и имеет серьезные экологические последствия. При этом определяющая роль принадлежит не только природе конструкционного материала и составу воды, но и термическим условиям эксплуатации. К таковым относятся температура, тангенциальный (вдоль поверхности металла) и нормальный (на фазовой границе металл / вода) градиенты температуры. В двух последних случаях возникают особые виды коррозии, получившие названия термогальванической коррозии и коррозии при теалопередаче. Вполне очевидно, что корректная оценка интенсивности разрушения систем водо- и теплоснабжения, выделение вклада в общую коррозию различных видов поражений (чаще всего локальных) требует: 1) использования надежной экспериментальной техники, обеспечивающей проведение исследований в контролируемом температурно-гидродинамическом режиме, адекватном эксплуатационному, 2) научно обоснованных теоретических подходов. Решение перечисленных проблем позволит выявшь основные факторы, управляющие течением коррозионного процесса и, целенаправленно воздействуя на них, предложить рациональные способы противокоррозионной защиты.

В настоящей работе представлены два типа разработанных авторами экспериментальных установок, отвечающих изложенным выше требованиям: 1 - установка с нешотермической плоской пластиной и 2 • установка с вращающимся дисковым геплопередающим электродом. Установка с неизотермической плоской пластиной, омываемой проточным электролитом, позволяет одновременно измерять распределение температур, потенциалов и токов коррозии вдаль металлической поверхности при программируемой величине тангенциального градиента температуры. Установка с вращающимся дисковым теплопередающим электродом контактного нагрева предполагает возможность

проведешія эксперимента на поверхности металла равнодоступной в гидродинамическом и диффузионном отношениях, в условиях термического равновесия фазовой границы и при передаче теала от металла к •жидкости.

Таким образом, описанные установки моделируют коррозию систем водо- и теплоснабжения в условиях, адекватных эксалуатационным, с непрерывным контролем термического и гидродинамического режимов и позволяют проводить электрохимические и коррозионные испытания в рамках экспресс-методов. Параллельно используются физические и электроаналнтические методы диагностики состояния поверхности корродирующего металла pH, катионного и анионного состава воды. Опытная апробация этих установок при исследовании коррозии железа и меди в карбонатных водах различной степени минерализации и с различными добавками показала их стабильность в работе и высокую воспроизводимость результатов. На основе последних составлена база данных с учетом влияния состава среды, тепло- и массообменных процессов, доказывающая, что, регулируя термический режим (температуру, тангенциальный и нормальный градиенты температуры), степень минерализации карбонатной воды и природу анионных добавок, можно целенаправленно влиять на характер и интенсивность разрушения металла

Так, наличие тангенциального градиента температуры вызывает значительные дополнительные їв 2 - 7 раз) потери железа и усаливает локальный характер разрушения за счет термогальванической коррозии, обусловленной появлением градиента потенциала в поле переменной температуры. Направление последнего определяет местоположение анодных подвергающихся дополнительному растворению) и катодных (работающих в условиях катодной защиты ) зон на не-нзотермической поверхности металла Установлено, что варьирование концентрации гидрокарбоната натрия сопровождается изменением направления гради-

ента потенциала и соответственно зон преимущественного разрушения: при С < 0,05 мать/л - это наиболее холодные, при С > 0,10 мать/л - наиболее нагретые участки. Последнее предполагает возможность существования определенной степени минерализации карбонатной воды, при которой поверхность железа с тангенциальным градиентом температуры полностью защищена от термогальванической коррозии. Как показали эксперименты, такая ситуация реализуется в растворе гидрокарбоната натрия с концентрацией 0,07 моль/л.

Эти данные коррелируют с результатами исследования коррозии железа в условиях теплопередачи от твердой фазы к жидкости (нормальный градиент температуры), согласно которым «защитная» концентрация гидроклрбоната натрия 0,07 моль/л является граничной. В водах меньшей степени минератнзации при комнатной температуре железо активно растворяется, и переход к жесткому термическому режиму интенсифицирует этот процесс, особенно значительно при терморавновесном состоянии фазовой границы металл / вода. При концентрации соли больше 0,07 моль/л, где железо при комнатной температуре пассивно, отмечены противоположные эффекты: рост температуры замедляет, а тепловой поток ускоряет процесс частичной активации поверхности металла Введение в воды высокой степени минерализации активирующих добавок в виде хлорид-, нитрат- и сульфат-ионов имеет неоднозначные последствия, как при комнатной температуре, так и в жестких термических условиях. В присутствии сульфат- и хлорид-ионов развивается питтинговая коррозия, особенно резко проявляющаяся в последнем случае. Рост температуры снижает питпшгостойкость металла, увеличивая интенсивность локатьных поражений, в то время как режим теплопередачи, структурируя защитную пленку', приводит к возникновению множественных неглубоких гаптингов. Нитрат-ионы преимущественно усиливают активное растворение железа за счет взаимодействия с веществом защитной пленки и тем значительнее, чем выше температура. Условия теплопередачи, напротив, обеспечивают переход металла в более устойчивое квазипассивное состояние.

Совершенно иначе ведет себя в изученных карбонатных водах медь: единственная общая закономерность в этом случае связана с существованием граничной концентрации гидрокарбоната натрия (составляющей при комнатной температуре 0,07 моль/л), которая определяет переход от локальной коррозии к устойчивому пассивному состоянию. В то же время в отличие от железа указанная граничная концентрация в жестких термических условиях дтя меди смещается в сторону более разбавленных растворов: при повышении температуры - до 0,02 моль/л, при теплопередаче - до 0,04 моль/л. Вместе с тем рост температуры стабилизирует металл, защищая его от локатьной коррозии в разбавленных растворах и повышая устойчивость пассивного состояния в концентрированных. Тепловой поток, направленный от твердой фазы к жидкости, действует анатогично, но с меньшей эффективностью. Присутствие в водах высокой степени минератнзации агрессивных хлорид-, шпрат- и сульфат-ионов стимулирует развтие гаптинговой коррозии, интенсивность которой возрастает в указанном ряду. Однако роль температуры и теплопередачи в этих случаях оказывается весьма неадекватной. Для систем с хлорид-ионами повышение температуры служит способ с:.: -защиты от локатьной коррозии, а тепловой ноток изменяет природу поражения поверхности от язв до гаптингов. Для растворов с добавками нитрат- и сульфат-ионов с ростом температуры, напротив, осуществляется переход от гаптинговой к язвенной коррозии. Анатогичный. но менее выраженный эффект характерен для условий теплопередачи.

По результатам исследования разработана концепция механизма коррозионных процессов в изученных неизотермическнх системах и предложены научные принципы управления ими Доказана определяющая роль термических условий, существенно меняющаяся в завиашости от природы металла и состава среды.

БЛАГОДАРНОСТИ: Работа выполнена при поддержке Конкурсного центра Фундаментального естествознания при Санкт-Петербургском государственном университете, грант №97-0-9.3-183.

УДК 541.132:620.197.3

УЧЕТ ВЛИЯНИЯ СТРУКТУРИРОВАНИЯ РАСТВОРИТЕЛЯ НА КИНЕТИКУ' КАТОДНОГО ВЫДЕЛЕНИЯ ВОДОРОДА

Ижевск. Удмуртский государственный университет

В кислых средах процесс переноса протона из объема водного раствора к поверхности металла осуществляется по системе водородных связей по двум параллельно идущим механизмам: эстафетному и туннельному. На этот процесс накладывает свой отпечаток, с одной стороны, наличие ближнего порядка в растворе, а. с другой стороны, влияние на этот процесс внешних

факторов (температура, наличие посторонних ионов и т. д.) [1].

В ранее выполненных нами работах (2 - 3], был проведен сравнительный анализ влияния катионов калия (ТС), тетраэтил аммония (TEA*), тетрабутилам-мония (ТВА~) на механизм переноса протона и, как следствие, их влияние на коррозионный процесс в кис-

Похожие темы научных работ по химическим наукам , автор научной работы — Калужина С. А., Кобаненко И. В., Малыгин В. В., Нафикова Н. Г., Рыжкова И. Е.