МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ
імені ІГОРЯ СІКОРСЬКОГО
Інститут матеріалознавства та зварювання імені Є.О.Патона
Кафедра високотемпературних матеріалів та порошкової металургії
Лабораторна робота №2
ВПЛИВ ТЕМПЕРАТУРИ НА ШВИДКІСТЬ ОКИСНЕННЯ МЕТАЛІВ НА ПОВІТРІ
з дисципліни: «Корозія та захист металів»
Виконав студент: Табанець Олександр
4 курсу групи ФК-81
Перевірив: ст. викладач Руденький С.О.
Київ - 2021
2.1. Мета та об’єкт дослідження
Встановити температурну залежність швидкості окиснення заданого металу на повітрі. Вплив температури на швидкість окиснення металу визначають за збільшенням маси зразків із дослідного металу після витримки в печах при декількох заданих температурах.
2.2. Завдання на підготовку до лабораторної роботи
2.2.1. Загальні відомості
На швидкість корозії металу на повітрі впливають зовнішні фактори (склад і тиск газового середовища, швидкість його переміщення, температура, режим нагрівання) та внутрішні фактори (хімічний склад і структура металу або сплаву, напруження в металі, характер обробки поверхні та ін. ).
Температура істотно впливає на швидкість газової корозії металів. З підвищенням температури процеси газової корозії металів перебігають значно швидше, незважаючи на зменшення термодинамічної імовірності реакції окиснення.
Характер впливу температури на швидкість окиснення металів визначають температурною залежністю константи швидкості хімічної реакції (при кінетичному контролі процесу окиснення металів) або коефіцієнта дифузії (при дифузійному контролі процесу).
У випадках, ускладнених побічними явищами, залежність швидкості газової корозії від температури передається рівнянням
К+ = Ае - Q / RT, (2.1)
де К+ - додатний показник зміни маси, г / (м 2 . год );
А - стала, визначена природою металу або сплаву;
Q - ефективна енергія (теплота) активації процесу, кал/моль;
R -газова стала, R = 1,99 кал/(моль, 0 С);
Т - абсолютна температура, К.
Логарифмуючи рівняння (2.1) і підставляючи значення газової сталої, одержуємо
lg К+m = lg А – 4,576 Т. (2.2)
Графік в координатах lg К+m=(1/T) являє собою пряму або ламану лінію, кожний злам якої відповідає змінам, що відбуваються в металі або прилеглій до нього оксидній плівці. Залежність lgК+m=(1/T) зручна для графічного знаходження швидкості газової корозії металу при будь-якій температурі. Вона може бути використаною і для визначення дійсних А і Q рівняння (2.1) на основі дослідних даних:
lg А = lg К+m при 1/T = 0 ; (2.3)
Q = - 4,576 tg α = 4,576 tgβ, (2.4)
де α - кут, що утворює пряма lg К+m = (1/T) з додатним напрямком осі 1/T,
β - те саме з від’ємним напрямком осі 1/Т.
2.2.2. Устаткування, прилади, матеріали
Муфельна піч; 3 марковані зразки; 3 тиглі; штангенциркуль; наждачний папір; органічний розчин; фільтрувальний папір; електронні аналітичні терези.
2.2.3. Заходи безпеки
При виконанні лабораторної роботи необхідно дотримуватися загальних заходів безпеки при виконанні лабораторних робіт.
2.2.4. Контрольні запитання та завдання
1. Характеристика зовнішніх факторів хімічної корозії?
2. Характеристика внутрішніх факторів хімічної корозії?
3. Основні окисні компоненти повітряного середовища при газовій корозії?
4. Склад оксидної плівки, що утворюється на сплавах на основі заліза при нагріванні?
5. Що означає умова суцільності оксидної плівки?
2.3. Програма проведення експерименту
Досліджують по 3 замарковані зразки з металу або сплаву при кожному із заданих значень трьох - чотирьох температур.
Зразки вміщують у відкриті тиглі з вогнетривкого матеріалу, завантажують у нагріту до заданих температур піч і витримують у них визначений час (30 ... 60 хв).
Підготовка зразків до роботи і порядок виймання їх із печі охолодження та зважування описані в лабораторній №1.
2.4. Опрацювання результатів експерименту
Результати дослідів заносять в таблицю 2.1. окремо для кожної температури.
Додатний показник зміни маси К+m розраховують за формулою (1.2), і знаходять для кожної температури середнє значення цього показника корозії.
На основі дослідних даних будують графік lg К+m=(1/T), знаходять сталі коефіцієнти рівняння температурної залежності швидкості газової корозії металу (2.1), розраховують за отриманою емпіричною формулою додатний показник зміни маси при одному з досліджених значень температур і порівнюють його з дослідними даними.
У висновках підсумовують про вплив температури на швидкість газової корозії металу або сплаву на повітрі, наводять отриману емпіричну формулу температурної залежності швидкості газової корозії дослідженого металу або сплаву на повітрі та результати перевірки її достовірності.
Таблиця 2.1
| Температура | 600°С | Розміри, мм | Поч. Вага, гр. (Mo) | Площа, см2 (S) |
| Зразок 1 | Залізо | 20х10х2 | 3,12 | 5,2 |
| Окислення, повітря | | | | |
| | | | | |
| Час, хв | Вага, г | (Мт-Мо), мг | (Мт-Мо)/S,мг/см2 | ((Мт-Мо)/S)^2 |
| | | | | |
| 0 | 3,12 | 0 | 0 | 0 |
| 15 | 3,1212 | 1,2 | 0,230769231 | 0,053254438 |
| 30 | 3,1221 | 2,1 | 0,403846154 | 0,163091716 |
| 45 | 3,1229 | 2,9 | 0,557692308 | 0,31102071 |
| 60 | 3,1235 | 3,5 | 0,673076923 | 0,453032544 |
Таблиця 2.2
| Температура | 650°С | Розміри, мм | Поч. Вага, гр. (Mo) | Площа, см2 (S) |
| Зразок 2 | Залізо | 20х10х2 | 3,12 | 5,2 |
| Окислення, повітря | | | | |
| | | | | |
| Час, хв | Вага,г | (Мт-Мо), мг | (Мт-Мо)/S,мг/см2 | ((Мт-Мо)/S)2 |
| | | | | |
| 0 | 3,12 | 0,00 | 0 | 0 |
| 15 | 3,1228 | 2,80 | 0,538461538 | 0,289940828 |
| 30 | 3,12475 | 4,75 | 0,913461538 | 0,834411982 |
| 45 | 3,126 | 6,00 | 1,153846154 | 1,331360947 |
| 60 | 3,1266 | 6,60 | 1,269230769 | 1,610946746 |
Таблиця 2.3
| Температура | 700°С | Розміри, мм | Поч. Вага, гр. (Mo) | Площа, см2 (S) |
| Зразок 3 | Залізо | 20х10х2 | 3,12 | 5,2 |
| Окислення, повітря | | | | |
| | | | | |
| Час, хв | Вага,г | (Мт-Мо), мг | (Мт-Мо)/S,мг/см2 | ((Мт-Мо)/S)2 |
| | | | | |
| 0 | 3,12 | 0,00 | 0 | 0 |
| 15 | 3,1239 | 3,90 | 0,75 | 0,5625 |
| 30 | 3,1267 | 6,70 | 1,288461538 | 1,660133136 |
| 45 | 3,129 | 9,00 | 1,730769231 | 2,99556213 |
| 60 | 3,1305 | 10,50 | 2,019230769 | 4,077292899 |
Рисунок 2.1 Графік залежності протікання газової корозії від часу на зразку 1
Рисунок 2.2 Графік залежності протікання газової корозії від часу на зразку 2
Рисунок 2.3 Графік залежності протікання газової корозії від часу на зразку 3
Таблиця 2.4
| Температура | 600°С | Розміри, мм | Поч. Вага, гр. (Mo) | Площа, см2 (S) |
| Зразок 4 | Нікель | 30х15х2 | 8,02 | 7,8 |
| Час, хв | Вага, г | (Мт-Мо), мг | (Мт-Мо)/S,мг/см2 | ((Мт-Мо)/S)2 |
| 0 | 8,02 | 0 | 0 | 0 |
| 15 | 8,0227 | 2,7 | 0,346153846 | 0,119822485 |
| 30 | 8,0244 | 4,4 | 0,564102564 | 0,318211703 |
| 45 | 8,0256 | 5,6 | 0,717948718 | 0,515450362 |
| 60 | 8,0261 | 6,1 | 0,782051282 | 0,611604208 |
Таблиця 2.5
| Температура | 650°С | Розміри, мм | Поч. Вага, гр. (Mo) | Площа, см2 (S) |
| Зразок 5 | Нікель | 30х15х2 | 8,02 | 7,8 |
| Час, хв | Вага, г | (Мт-Мо), мг | (Мт-Мо)/S,мг/см2 | ((Мт-Мо)/S)2 |
| 0 | 8,02 | 0,00 | 0 | 0 |
| 15 | 8,0238 | 3,80 | 0,487179487 | 0,237343853 |
| 30 | 8,0262 | 6,20 | 0,794871795 | 0,63182117 |
| 45 | 8,02788 | 7,88 | 1,01025641 | 1,020618014 |
| 60 | 8,0285 | 8,50 | 1,08974359 | 1,187541091 |
Таблиця 2.6
| Температура | 700°С | Розміри, мм | Поч. Вага, гр. (Mo) | Площа, см2 (S) |
| Зразок 6 | Нікель | 30х15х2 | 8,02 | 7,8 |
| Час, хв | Вага, г | (Мт-Мо), мг | (Мт-Мо)/S,мг/см2 | ((Мт-Мо)/S)2 |
| 0 | 8,02 | 0,00 | 0 | 0 |
| 15 | 8,0255 | 5,50 | 0,705128205 | 0,497205786 |
| 30 | 8,0289 | 8,90 | 1,141025641 | 1,301939513 |
| 45 | 8,0312 | 11,20 | 1,435897436 | 2,061801446 |
| 60 | 8,0319 | 11,90 | 1,525641026 | 2,327580539 |
Рисунок 2.4 Графік залежності протікання газової корозії від часу на зразку 4
Рисунок 2.5 Графік залежності протікання газової корозії від часу на зразку 5
Рисунок 2.6 Графік залежності протікання газової корозії від часу на зразку 6
Висновок: В ході виконання даної лабораторної роботи було проведено дослідження впливу температури на швидкість окиснення металів на повітрі. Було встановлено температурну залежність швидкості окиснення заданого металу на повітрі, вплив температури на швидкість окиснення металу визначають за збільшенням маси зразків із дослідного металу після витримки в печах при декількох заданих температурах, розраховано зміну ваги зразків при різних температурах, питому зміну ваги у продовж усього часу окислення, побудовано графіки залежності питомої зміни ваги для кожного зразка, як функція часу при різних температурах, побудовано графіки залежності квадрата питомої зміни ваги для кожного зразка, як функція часу при різних температурах. З графіків залежності видно, що з плином часу площа корозійного шару збільшується за рахунок окиснення поверхні металу.