Sadržaj

Uvod .................................................................... 3

Uticaj temperature ............................................ 12

Literatura .......................................................... 18

2

Uvod

Pasivno stanje je stanje povećane korozijske otpornosti metala ili legura uzrokovano usporavanjem anodnog dela procesa. Pojava pri kojoj dolazi do promene osobine metala, koji postaje koroziono postojaniji naziva se pasivacija, a stanje metala pasivno. Najčešće je metal prekriven neporoynim slojem koji onemogućava njegovo dalje rastvaranje. Zahvaljujući pojavi pasivacije korozioni procesi u svakodnevnim uslovima korišćenja metala nisu tako intenzivni kolko bi bili da nema pasivacije. Metal se može prevesti u pasivno stanje anodnom polarizacijom i promenom oksidaciskog delovanja rastvora.

Tipičan oblik krive anodne polarizacije pasivirajućeg metala šematski je prikazan na slici 1.

Slika 1.

Anodnom polarizacijom metala od korozionog potencijala Ekor prema pozitivnijim potencijalima, gustina struje otapanja metala raste da maksimuma struje ikrit - kritične gustine struje, odnosno do potencijala pasivacije Ep . Kritična struja i potencijal pasivacije važne su karekteristike korozionog sistema i zavise od

3

osobina metala, sastava i koncentracije elektrolita,temperatue, mežanja i brzine polarizacije. Žto je napon pasivacije negativniji, a struja pasivacije manja, metal će lakše preći u pasivno stanje. Nakon prelaznog stanja i uspostavljanja pasivnog sloja na površini metala uspostavlja se struja pasivacije ip , na potencijalu potpune pasivacije Epp . Potencijal na kojem prilikom polarizacije iz pasivnog stanja u katodnom smeru, dolazi do naglog porasta struje ( depasivacije ) naziva se Fladeov potencijal, Ef . U transpasivnom stanju, odvija se reakcija oksidacije metala uz razvijanje kiseonika, zajdeno sa oštećenjem zaštitnog sloja i porastom struje otapanja metala.

Brzina korozije mnogih metala (npr. železa, hroma, nikla, titana, aluminijuma) u rastvorima jako oksidujućih materija, može biti sporija nego u rastvorima slabooksidujućih materijama (npr. železo se rastvara u razređenoj nitratnij kiselini, a pasivira u koncentrisanoj). Neki metali (npr. aluminijum, hrom, titan), pasiviraju se ili nalaze u blizini pasivnog stanja čak i u vodi, što omogućava njihovu široku upotrebu kao konstruktivnih materijala. Pasivno stanje metala može se duže ili kraće vreme zadržati i nakon izmene spoljašnjih uslova a koji su doveli do pasivacije. Na primer, gvožđe pasivirano i koncentrovanoj nitratnoj kiselini zadržava postojanost i u razblaženoj nitratnoj kiselini dugo nakon pasiviranja, iako bi se bez prethodne pasivacije vrlo brzo otopilo.

Svaka oksidirana materija koja može da oksiduje metal, pomera njegov korozijski potencijal u pozitivnom smeru.

Anodna polatizacijska kriva železo u rastvoru slufatne kiseline 3 < pH < 6, šematski je prikazana na slici 2. Obzirom na procese koji se odvijaju na elektrodi železa, anodna kriva može da se podeli na šest područija. Mehanizmi prema kojima se odvijaju reakcije u pojedinom područiju, date su u tabeli.

4

Slika 2. Anodna polarizaciona kriva gvožđa u kiselom rastvoru: A- aktivno područije, B – prelazno područije, C – predpasivno područije, D – područije stvaranja pasvinog sloja, E – pasivno područije, F – transpasivno područija

U aktivnom podruciju, topljenje čistog železa u kiselom rastvoru bez kiseonika, odvija se prema Bockiricovom mehanizmu. Međuprodukt reakcije otapanja je FeOH koji se nalazi adsorbiran na površini elektrode. Prekrivenost površine ovim medjuproduktom, zavisi od pH i može biti opisana Langamirovim, odnosno Temkinovom adsorpcijom izotermom. Najsporiji stepen je reakcija elektrohemijske desorpcije (reakcija II iz tabele).

U prelaznom područiju javlja se maksimum struje ne vrednosti potencijala, koja zavisi od pH sredina.

U predpasivnom područiju odvijaju se dve paralelne elektrohemijske reakcije (reakcije V i VI) .

U područiju stvaranja pasivnog sloja odvijaju se reakcije VII i VIII. Nastaje neporozni oksidni sloj meghemita (γ – Fe2O3) i mgnetita ( Fe3O4).

5

U transpasivnom područiju počinje se odvijati reakcija izdvajanja kiseonika i struja raste.

Područije Mehanizam reakcije

Aktivno Fe + H2O → (FeOH)ads + H+ + e (I)

(FeOH)ads → FeOH+ + e (II)

FeOH + + H + → Fe 2+ + H 2O (III)

Prelazno (FeOH) ads + H2O → [Fe(OH)2]ads + e (IV)

Predpasivno Fes [Fe(OH)2]ads →FeOH+ + (FeOH)ads + e (V)

[Fe(OH)2]ads + H2O → [Fe(OH)3] + H + + e (VI)

Natajanje [Fe(OH)3] → - Fe2O3 + 3H2O (VII)

pasivnog sloja [Fe(OH) 2]ads + Fe2O3 → Fe3O4 + 3H2O (VIII)

6

Aparatura i metoda rada

Elektrohemijska pasivacija

Pripremi se rastvor kiseline zadate koncentracije. Elektroda od železa (slika 3), posebno konstruisana za ove namene u obliku valjka izbrusi se brusnim papirom, odmasti organskim rastvaračem i ispere destilovanom vodom.

Slika 3. Radna elektroda : 1- železo(čelik) , 2- teflonska traka, 3- plastična cevčica

Radna elektroda, referentna zasićena kalomel elektroda i platinasta elektroda (protuelektroda), postave se na stalak i urone u rastvor kiseline u kojoj će se vršiti anodna polarizacija. Radna i referentna elektroda spoje se na voltmetar visokog unutrašnjeg otpora prema šemi na slici. Nakon 10 -15 minuta očita se potencijal otvorenog kola (slika 4).

7

Slika 4. Šema za merenje potencijala otvorenog kola

Nakon što se sistem stabilizovao, elektrode se prema šemi na slici spoje na potenciometar koji je priključen na računar. Softveru se zada početna vrednost modulacijonog napona koja odgovara potencijalu otvorenog kola koje je ranije očitano. Napon na izvoru merenja se korakom od 2mV s-1, te se za svaku vrednost napona automatski očitava struja u strujnom kolu između radne i protuelektrode. Tokom vremena, prati se vrednost struje i merenje se prekida u transpasivnom područiju.

8

Slika 5. Šema aparature za polarizaciona merenja

Eksperimentalni podatci

9

10

11

Uticaj temperature

Temperatura u većini slucajeva znatno utiče na brzinu elektrohemijske korozije metala, pošto se brzina menja difuzije prepona elektrodnih procesa, stepen anodne pasivnosti, rastvorljivost depolarizatora (npr.kiseonika) i sekundarnih produkta korozije.

Pri koroziji metala u kiselinama, koja se odvija uz depolarizaciju vodonikom dobija se eksponencijalna zavisnost brzine korozije od temperature, koja se može približno izraziti jednačinom

gde je:

12

Data zavisnost je pogodna za grafičku interpolaciju nepoznatih vrednosti Km na bilo kojoj temperaturi. To se može koristiti i za odredjivanje A i Q iz eksperimentalnih podataka:

Ako se zna efektivna energija aktivacije procesa može se približno suditi o prirodi stepena koji određuje brzinu datog korozionog procesa. Pri koncentracionoj polarizaciji vrednosti efektivne energije aktivacije Q razblaženih vodenih rastvora mnogih supstanci iznosi 3-5 kJ/mol. Pri elektrohemijskoj polarizaciji, uglavnom pri prenaponu vodonika, efektivna energija, aktivacije je znatno veća (9-21 kJ/g-iom) nego pri koncentracionoj polarizaciji.

Cilj je ispitivanje uticaja temperature na brzinu korozije metala u rastvorima kiselina i određivanje karaktera kontrole korozionog procesa. On se sastoji u određivanju gubitka mase uzorka metala u rastvoru kiseline na različitim temperaturama.

Zadatak rada:

Cilj rada je ispitivanja je uticaja temperature na brzinu korozije metala u rastvorima kiselina i određivanje karaktera kontrole korozionog procesa.

Rad se sastoji u određivanju gubitka mase uzorka metala u rastvoru kiseline na različitim temperaturama.

13

Aparatura i metod rada:

Aparatura se satoji iz termostata (slika 6), u koji se stavljaju čaše sa rastvorom kiseline određene koncentracije, snabdevene nosačem za vešanje uzorka. Na slici je data šema jednog termostata.

Ispituju se uzorci metala ili legure u rastvoru sulfatne, hloridne ili sirćetne kiseline na 4-5 temperatura (25, 30, 40, 45 i 55⁰C ili po slobodnom izboru).

Slika 6. Šema uređaja (termostat)

1-kontaktni termometar, 2-mešalica, 3-kontrolni termometar, 4-držač, 5-ispitivani uzorci, 6-staklena čaša, 7-grejač

U čašu se sipa pripremljen rastvor kiseline, uklučeno je grejenje i mešanje za sve termostate.

Uzorci (za svaku temperaturu po 3) se očiste šmirglom i izračuna površina. Zatim se površina uzorka odmasti organskim rastvaračem i uzorak se meri na analitičkoj vagi.

14

Kada se u svim termostatima postigne potrebna temperatura, držač sa uzorcima na staklenim kukicama se stavlja u čaću sa rastvorom kiseline i zapisuje vreme početka eksperimenta.

Nakon 1-2 sata uzorci se vade iz rastvora, peru vodom, osuše filter papirom i onda se mere. Rezultat eksperimenta se zapisuje u tabelu.

Računa se svaki uzorak pokazatelj korozije

i njegova srednja vrednost za svaku temperaturu

Na osnovu podataka iz tabele crta se grafik grafički ili metodom najmanjih kvadrata naći vrednost efektivne energije aktivacije procesa Q i konstante A u jednačini i proveriti dobijenu empirisku jednačinu temperature zavisnosti brzine korozije metala u rastvoru kiselina, izračunati po dobijenoj

empirijskoj formuli vrednosti za bilo koju temperaturu i uporediti sa eksperimentalnom vrednošću ( tabela 1).

15

Proračun zadatka:

Tabela 1.

16

Grafik uticaja temperature i završni proračun:

17

Literatura

Internet

18