Устройство для электрохимического исследования коррозии металлов

Устройство для электрохимического исследования коррозии металлов относится к области исследования коррозионного поведения материалов в различных средах с помощью построения коррозионных диаграмм, что позволяет оценить характер воздействия отдельных факторов на скорость коррозии, а также выявить наиболее значимый (лимитирующий) процесс (установить степень анодного, катодного и омического контроля). Установка для электрохимического исследования коррозии металлов (фиг. 1) включает в себя цепь для измерения потенциалов электродов, цепь для измерения коррозионного тока, а также термостат. Цепь для измерения потенциалов состоит из электродов (1), погруженных в растворы, находящиеся в сосудах (4). Растворы соединяются электролитическим ключом (3). В каждый раствор погружается электрод сравнения (например, хлорсеребряный электрод) (2). Переключатель (6) и милливольтметр (7) позволяют измерять потенциалы металлических электродов относительно применяемого электрода сравнения. Цепь для измерения коррозионного тока состоит из электродов (1), погруженных в растворы, находящиеся в сосудах (4). Растворы соединяются электролитическим ключом (3). Между электродами последовательно включены: тумблер (5), калиброванный резистор (8) с подключенным параллельно к нему высокоомным цифровым милливольтметром (9), магазин сопротивлений (10). Термостат состоит из сосуда, заполненного теплоносителем, наример водой (13), в который погружены сосуды с исследуемыми электродами, а также мешалка (11) и термометр (12). Электрохимическое исследование коррозионного элемента осуществляется следующим образом. В соответствии со схемой (фиг.1) собирается установка. Металлические образцы частично изолируют по длине термоусадочной трубкой или лаком для создания определенной площади поверхности и предотвращения контакта металлической поверхности с границей раздела фаз «раствор-воздух». Затем производят обработку поверхности в соответствии с ГОСТ 9.305-84. При разомкнутом тумблере (5) измеряют потенциалы исследуемых металлических образцов при отсутствии тока в цепи (стационарный потенциал металлического электрода), который затем пересчитывают относительно стандартного водородного электрода (СВЭ). При замыкании цепи тумблером (5) выставляется с помощью магазина сопротивлений (10) необходимое значение электрического сопротивления, и милливольтметром (9) измеряют падение напряжения на калиброванном резисторе (8). Полученное значение напряжения используют для расчета силы тока в исследуемой цепи из закона Ома. По полученным экспериментальным данным строят коррозионную диаграмму в координатах E ( С В Э ) = f ( I ) . На фиг.2 приведен пример такой диаграммы. Затем производят расчет степени анодного, катодного и омического контроля, а также весового показателя коррозии. Техническим результатом является упрощение схемы установки для измерения силы тока практически короткозамкнутого коррозионного элемента. 2 ил.

 

Устройство для электрохимического исследования коррозии металлов относится к области исследования коррозионного поведения материалов в различных средах с помощью построения коррозионных диаграмм, что позволяет оценить характер воздействия отдельных факторов на скорость коррозии, а также выявить наиболее значимый (лимитирующий) процесс (установить степень анодного, катодного и омического контроля).

Данное устройство позволяет проводить исследования коррозионных процессов графическим методом, который имеет ряд преимуществ перед аналитическими методами, а именно: аналитические методы достаточно хорошо согласуются с результатом эксперимента при исследовании простых случаев коррозионного процесса, графические же зависимости легко устанавливаются экспериментально даже для наиболее сложных случаев коррозии, которые отвечают реальным условиям эксплуатации металлических конструкций [1].

Наиболее удобной, наглядной и поэтому распространенной является коррозионная диаграмма Эванса. На данных диаграммах по оси ординат откладывают значение потенциала, а на оси абсцисс - величины катодного и анодного токов, вне зависимости от того, что они имеют противоположное направление.

Электродвижущая сила (ЭДС) гальванического элемента представляет собой разность между равновесными (стационарными) потенциалами катода и анода, измеренными при отсутствии тока в цепи

E = ϕ к 0 ϕ а 0 .

При протекании тока в системе в соответствии с кинетическими особенностями катодного и анодного процессов в системе наблюдается анодная и катодная поляризация, следовательно, разность потенциалов между электродами уменьшается до величины U. Если омические потери в коррозионной системе пренебрежимо малы, то устанавливается общее для электродов значение потенциала и ток коррозии достигает максимума.

Для расчета скорости коррозии (плотности тока коррозии) необходимо учитывать кинетические особенности протекания процессов на аноде и катоде. Для этого необходимо использовать анодную и катодную поляризуемости:

P а = Δ ϕ a i и P к = Δ ϕ к i .

Для расчета скорости коррозии можно воспользоваться следующим уравнением:

i = ϕ к 0 ϕ а 0 R + P к + P а = E R + P к + P а

Таким образом, скорость коррозионного процесса определяется сопротивлением отдельных ее составляющих: омический контроль, катодная и анодная поляризуемости.

Произвести расчет степени анодного, катодного и омического контроля можно по следующим формулам:

C A = Δ E A Δ E A + Δ E K + Δ E R 100 % = Δ E A E K 0 E A 0 100 % ;

C K = Δ E K Δ E A + Δ E K + Δ E R 100 % = Δ E K E K 0 E A 0 100 % ;

C R = Δ E R Δ E A + Δ E K + Δ E R 100 % = Δ E R E K 0 E A 0 100 % ,

где CA - степень анодного контроля;

CK - степень катодного контроля;

CR - степень омического контроля;

Δ E A = E A E A 0 - анодная поляризация, т.е. смещение потенциала анода при протекании через него тока, В;

E A 0 - начальный потенциал анода, В;

EA - эффективный потенциал анода (потенциал анода при пропускании через него тока), В;

E K 0 - начальный потенциал катода, В;

EK - эффективный потенциал катода (потенциал анода при пропускании через него тока), В;

Δ E K = E K 0 E K - поляризация катода, В;

Δ E R = I R = E K E A - омическое падение потенциала при величине тока пары I, В;

R - омическое сопротивление, Ом;

EK-EA - эффективная разность потенциалов электродов при токе пары I, В.

Затем, зная величину коррозионного тока, произвести расчет весового показателя коррозии ( K в е с ) :

K в е с = I A 26.8 n S ;    [ г м 2 ] ,

где I - сила коррозионного тока, А; A - атомная масса металла, г; n - число электронов, принимающих участие в электрохимическом акте, S - площадь поверхности анодного образца, м2.

Определение степени контроля каждой из вышеперечисленных составляющих имеет большое практическое значение, т.к. для эффективного управления процессом коррозии необходимо оказывать влияние на лимитирующую стадию.

Известно устройство для экспериментального построения коррозионной диаграммы [2], с помощью которого, по мнению авторов, можно проводить исследования замкнутого коррозионного элемента.

Исследуемые электроды погружаются в раствор, к ним подводятся электроды сравнения. Замыкая цепь тумблером, измеряют коррозионный ток с помощью «нулевого амперметра». Одновременно с этим измеряют потенциал одного и второго исследуемых электродов с помощью измерителя потенциала и переключателя.

Достоинствами данной схемы является простота исполнения и проведения эксперимента.

В качестве недостатков можно выделить:

1) невозможность регулировки тока в цепи, следовательно, нет возможности измерить потенциалы электродов при разном токе;

2) включение миллиамперметра в цепь не позволяет измерить ток короткозамкнутого коррозионного элемента вследствие наличия сопротивления шунта прибора;

3) использование миллиамперметра не позволяет исследовать коррозионные элементы с малыми токами, включение микроамперметра в цепь приведет к увеличению электрического сопротивления шунта, и следовательно, приведет к еще большим погрешностям определения максимального тока коррозионного макроэлемента.

Имеются и другие схемы, предназначенные для измерения потенциалов электродов коррозионного элемента и силы тока, протекающего при различных условиях [3]. Данные схемы позволяют определить токи короткозамкнутого элемента, а также устранить влияние внутреннего сопротивления коррозионной пары.

Наиболее близким по технической сущности является устройство [4], которое позволяет определить потенциалы электродов при отсутствии тока в цепи, а также потенциалы при различных значениях силы тока.

Исследуемые электроды и электроды сравнения помещаются в раствор электролита, находящийся в сосудах. Растворы в сосудах соединяются электролитическим ключом. Измерение потенциалов электродов в отсутствии тока в цепи производят с помощью милливольтметра и переключателя. Для измерения потенциалов электродов при определенном значении силы коррозионного тока при замкнутой цепи на магазине сопротивлений выставляют необходимое значение электрического сопротивления и измеряют силу тока с помощью миллиамперметра, при этом измеряют установившиеся значения электродных потенциалов при помощи милливольтметра и переключателя. Установка предполагает проведение исследования при постоянной и регулируемой температуре, что достигается использованием термостата в комплексе с мешалкой и термометром.

На основании получаемых экспериментальных данных строится коррозионная диаграмма, анализ которой позволяет рассчитать степень анодного, катодного и омического контроля, а также весовой показатель коррозии.

Однако данная схема имеет ряд существенных недостатков, а именно:

- измерение силы тока миллиамперметром или микроамперметром приводит к тому, что в цепь последовательно к добавочному сопротивлению включается шунт, имеющий собственное сопротивление, которое зависит от выбираемого диапазона измерения силы тока.

- измерение силы коррозионного тока в широком диапазоне значений невозможно, т.к. при переключении диапазона измерения меняется сопротивление шунта и это непременно влияет на протекание процессов в исследуемом коррозионном элементе.

Техническим результатом предлагаемого устройства является упрощение схемы установки для измерения силы тока практически короткозамкнутого коррозионного элемента.

Это достигается тем, что в устройстве для электрохимического исследования коррозии металлов, включающем магазин сопротивлений для регулировки тока и приборы для регистрации потенциалов и силы тока, согласно предлагаемому изобретению вместо миллиамперметра или микроамперметра применяется высокоомный цифровой милливольтметр, подключенный параллельно к калиброванному резистору (8) (фиг.3), подключенному последовательно с магазином сопротивлений и имеющему малое значение электрического сопротивления (десятые доли и единицы Ом). Измеряя падение напряжения на данном резисторе, можно из закона Ома вычислить величину силы тока, протекающего через исследуемую цепь.

Преимуществами данной схемы являются:

- возможность исследования различных коррозионных элементов, дающих как очень маленькие значения силы тока (микроамперы), так и значительно большие (миллиамперы и выше);

- возможность измерения потенциалов электродов коррозионного элемента при различных значениях силы тока в цепи вплоть до тока, близкого к току короткого замыкания;

- установка для проведения исследований проста в изготовлении и использовании.

Не выявлены решения, имеющие признаки заявляемого способа.

На фиг.1 представлена схема предлагаемого устройства.

На фиг.2 приведен пример коррозионной диаграммы (по оси ординат - значение потенциала электродов, а на оси абсцисс - величины катодного и анодного токов, вне зависимости от того, что они имеют противоположное направление).

Установка для электрохимического исследования коррозии металлов (фиг.1) включает в себя цепь для измерения потенциалов электродов, цепь для измерения коррозионного тока, а также термостат.

Цепь для измерения потенциалов состоит из электродов (1), погруженных в растворы, находящиеся в сосудах (4). Растворы соединяются электролитическим ключом (3). В каждый раствор погружается электрод сравнения (например, хлорсеребряный электрод) (2). Переключатель (6) и милливольтметр (7) позволяют измерять потенциалы металлических электродов относительно применяемого электрода сравнения.

Цепь для измерения коррозионного тока состоит из электродов (1), погруженных в растворы, находящиеся в сосудах (4). Растворы соединяются электролитическим ключом (3). Между электродами последовательно включены: тумблер (5), калиброванный резистор (8) с подключенным параллельно к нему высокоомным цифровым милливольтметром (9), магазин сопротивлений (10).

Термостат состоит из сосуда, заполненного теплоносителем, наример водой (13), в который погружены сосуды с исследуемыми электродами, а также мешалка (11) и термометр (12).

Электрохимическое исследование коррозионного элемента осуществляется следующим образом. В соответствии со схемой (фиг.1) собирается установка.

Металлические образцы частично изолируют по длине термоусадочной трубкой или лаком для создания определенной площади поверхности и предотвращения контакта металлической поверхности с границей раздела фаз «раствор-воздух». Затем производят обработку поверхности в соответствии с ГОСТ 9.305-84.

При разомкнутом тумблере (5) измеряют потенциалы исследуемых металлических образцов при отсутствии тока в цепи (стационарный потенциал металлического электрода), который затем пересчитывают относительно стандартного водородного электрода (СВЭ). При замыкании цепи тумблером (5) выставляется с помощью магазина сопротивлений (10) необходимое значение электрического сопротивления и милливольтметром (9) измеряют падение напряжения на калиброванном резисторе (8). Полученное значение напряжения используют для расчета силы тока в исследуемой цепи из закона Ома.

По полученным экспериментальным данным строят коррозионную диаграмму в координатах E ( С В Э ) = f ( I ) . На фиг.2 приведен пример такой диаграммы.

Затем производят расчет степени анодного, катодного и омического контроля, а также весового показателя коррозии ( K в е с ) :

K в е с = I A 26.8 n S ;    [ г м 2 ] .

В заключение можно сделать вывод о механизме контактной коррозии исследуемых металлов в условиях испытания (контролирующем факторе), о коррозионной стойкости анода, об эффективности работы протектора.

Источники информации

1. Томашов Н.Д. Теория коррозии и защиты металлов. - М.: Изд. АН СССР, 1960. - 591 с.

2. Стэнжала С., Китовски А., Шафраньска И. Оценка электрохимических свойств алюминиевых покрытий, наносимых методом погружения, как антикоррозионной защиты низкоуглеродистых сталей в среде животноводческих объектов // Защита металлов. - 1987. - т.XXIII, №3. - С.419-423.

3. Розенфельд И.Л., Вашков О.И. К методике измерения токов коррозионных элементов

4. Томашов Н.Д., Жук Н.П., Титов В.А., Веденеева М.А. Лабораторные работы по коррозии и защите металлов. - М.: Металлургия, 1961 г., 239 с.

Устройство для электрохимического исследования коррозии металлов, включающее магазин сопротивлений для регулировки тока и приборы для регистрации потенциалов и силы тока, отличающееся тем, что для измерения силы тока коррозии используется милливольтметр, подключенный параллельно к калиброванному резистору с известным электрическим сопротивлением.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области металлургии, конкретнее к контролю стойкости трубных сталей, предназначенных для эксплуатации в агрессивных (водородсодержащих) средах, оказывающих коррозионное воздействие на материалы.

Изобретение относится к контролю протекания коррозионных процессов и может быть применено для определения степени опасности проникновения локальной коррозии, в частности питтинговой коррозии, в металлические конструкции (реакторы, теплообменники, емкости, трубопроводы и т.д.), контактирующие с электропроводными коррозионными средами.

Способ прогнозирования аварийного технического состояния трубопровода канализационной системы применяют в канализационной системе мегаполиса или крупного промышленного района и могут использовать для диагностики технического состояния водоочистных сооружений и трубопроводов со сточными водами.

Изобретение относится к испытательной технике, предназначенной для определения влияния агрессивных сред на коррозионные свойства материалов и может быть использовано при разработке мероприятий по антикоррозионной защите оборудования в нефтяной, газовой, нефтехимической и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к системе контроля эффективности электрохимической защиты подземных трубопроводов, находящихся под катодной поляризацией. .

Изобретение относится к системе контроля эффективности электрохимической защиты заглубленных, полузаглубленных (емкости) в грунт, под слоем бетона, а также морских стальных сооружений, находящихся под катодной защитой.

Изобретение относится к области защиты от коррозии и может быть использовано для контроля процесса коррозионной защиты и автоматической коррекции величины защитного потенциала по длине трубопровода для его эффективной защиты.

Изобретение относится к способам бесконтактного определения мест дефектов гидроизоляционного покрытия и коррозионных повреждений наружных поверхностей подземных и подводных катодно-защищенных трубопроводов с пленочной гидроизоляцией с помощью электрохимического анализа и может быть использовано в подземном трубопроводном транспорте.

Изобретение относится к области защиты подземных сооружений от коррозии и может быть использовано при выборе времени плановых отключений станций катодной защиты (СКЗ) трубопроводов и подземных металлических сооружений различного назначения.

Изобретение относится к области оценки коррозионной поврежденности подземных сооружений и может применяться в нефтяной и газовой промышленности в составе систем дистанционной оценки скорости коррозии и определения вида коррозии (поверхностной равномерной, неравномерной, язв и питтингов) подземных трубопроводов. Размещают устройство для оценки скорости коррозии, состоящее из образца-свидетеля и двух пьезоэлектрических преобразователей раздельно-совмещенного и совмещенного типа в коррозионной среде, последовательно преобразователем каждого типа определяют текущую толщину образца по времени прихода донных эхо-сигналов. Затем рассчитывают скорость и определяют вид коррозии по изменению значений текущей толщины образца-свидетеля относительно начальной. Техническим результатом является упрощение способа оценки скорости коррозии для применения его в составе систем коррозионного мониторинга магистральных трубопроводов и создание устройства, реализующего способ с применением стандартных средств ультразвукового контроля. 2 н.п. ф-лы.

Изобретение относится к канализационной системе и может быть использовано для диагностики технического состояния бетонного трубопровода. Мобильный комплекс включает транспортное средство, в котором размещены портативный компьютер, связанный с ним блок обработки и управления, датчики технического состояния, в качестве которых применены газоанализаторы. Портативный компьютер связан с удаленной базой данных беспроводной дистанционной связью и оснащен программами, позволяющими производить считывание информации из энергонезависимой памяти блока обработки и управления, сохранение ее на жесткий диск портативного компьютера, конвертирование в формат, пригодный для последующей обработки стандартными программами, и просмотр получаемых результатов в графической форме в функции времени на экране портативного компьютера. Датчики технического состояния выполнены с возможностью их выемки из транспортного средства и установки в зоне контролируемого участка канализационного трубопровода. Технический результат: оперативность диагностирования технического состояния подсводной части внутренней поверхности бетонного канализационного трубопровода. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано для опережающего мониторинга состояния резервуаров, подверженных воздействию питтинговой коррозии. Способ диагностирования аварийного состояния резервуара в коррозионной среде включает размещение в ней электродной системы, содержащей исследуемый рабочий электрод, вспомогательный электрод и электрод сравнения, последовательное определение потенциала исследуемого рабочего электрода в разомкнутой цепи, потенциала питтингообразования, запаса питтингостойкости по потенциалу как разности между потенциалом питтингообразования и потенциалом разомкнутой цепи. В электродную систему дополнительно вводят контрольный рабочий электрод и определяют его потенциал в разомкнутой цепи. Затем выбирают пороговое значение потенциала исследуемого рабочего электрода. Контрольный рабочий электрод подсоединяют к потенциостату в качестве электрода сравнения. Исследуемый рабочий электрод периодически поляризуют при нулевом значении и при выбранном пороговом значении потенциала, изменяя продолжительность периода поляризации, и регистрируют силу тока и количество электричества, прошедшее через электродную систему. Об аварийном состоянии резервуара судят по наличию питтинговой коррозии на исследуемом рабочем электроде в период поляризации, а именно по появлению флуктуации тока с определенной амплитудой в период поляризации, которую количественно оценивают по значению количества электричества, прошедшего через электродную систему. Техническим результатом является повышение точности диагностирования аварийного состояния резервуара за счет определения количественной оценки питтинговой коррозии в условиях, близких к реальным. 1 табл.

Изобретение может быть использовано для испытаний нержавеющих сталей и сплавов на устойчивость к межкристаллитной коррозии (МКК) с целью прогнозирования их поведения в агрессивных средах, оказывающих коррозионное воздействие на металлы. Способ включает изготовление и подготовку образцов и приготовление растворов. Также способ включает проведение провоцирующего нагрева образцов, выдержку последних в рабочем растворе при заданных температуре и продолжительности и оценку коррозионной стойкости методом изгиба образцов. Провоцирующий нагрев проводят только на части образцов, а образцы без провоцирующего нагрева испытывают в состоянии поставки. Затем оценивают стойкость против МКК всех испытанных образцов гравиметрическим методом, рассчитывают скорость проникновения коррозии и сравнивают скорости проникновения коррозии образцов с провоцирующим нагревом и в состоянии поставки. Кроме того, оценку коррозионной стойкости проводят дополнительно металлографическим методом. Оценка результатов испытаний образцов на стойкость против МКК выполняется методом изгиба образцов на 90° с целью определения трещин и металлографическим методом. Дополнительно проводится оценка стойкости образцов, подвергнутых провоцирующему нагреву, и образцов в состоянии поставки гравиметрическим методом и исследование микроструктуры образцов после испытаний. Техническим результатом является повышение достоверности определения процессов межкристаллитной коррозии. 1 табл., 1 з.п. ф-лы.
Изобретение относится к металлургии, конкретно к области оценки стойкости трубных марок стали и труб против коррозионного разрушения. Способ контроля качества стальных изделий путем определения их коррозионной стойкости, заключающийся в том, что от изделий отбирают пробы. Затем изготавливают образцы с полированной поверхностью, которую обрабатывают электрохимическим методом реактивом, содержащим ионы хлора. После чего судят о коррозионной стойкости стали. Причем поверхность образца обрабатывают электрохимическим методом в потенциостатическом режиме, при потенциале -400÷-150 мВ (х.с.э.) в течение 35÷120 мин в растворе, содержащем 0,1-25 г/л ионов хлора и дополнительно 0,1-4 г/л ионов магния, а о коррозионной стойкости стали судят по значению плотности тока насыщения. Техническим результатом является повышение информативности и достоверности способа оценки коррозионной стойкости трубных марок стали и труб, эксплуатируемых в условиях высокоминерализованных агрессивных сред. 3 табл.
Наверх