РОЗДІЛ 2
МЕТОДИКА ЕКСПЕРИМЕНТУ
2.1. Об’єкти дослідження. Розчини та електроди.
Об’єктом досліджень були процеси утворення пасивних плівок на мало- вуглецевих
сталях та їхні захисні властивості в кислих нітратних і нейтральних розчинах та
при атмосферній корозії.
Використовували сталі таких марок: 08КП, Ст 3, Ст 20.
Таблиця 2.1. – Хімічний склад досліджуваних сталей.
Матеріал
ГОСТ
Хімічний склад, вагові %
Mn
Cr
Si
Ni
Сu
Сталь 08КП
1050 - 74
0,08
0,27
0,09
0,025
0,023
0,06
0,019
0,11
Сталь 3
380 – 94
0,19
0,4
0,2
0,05
0,04
0,2
0,015
0,23
Сталь 20
1050 - 74
0,21
0,45
0,1
0,3
0,038
0,21
0,017
0,17
Вибір металів обумовлений їх використанням у різних галузях промисловості при
виробництві різноманітних виробів та обладнання; деталі, які не потребують
високої міцності зазвичай виготовляють з маловуглецевих сталей [138].
Попередня підготовка зразків перед дослідами полягала у наступному:
- знежирення віденським вапном;
- промивка проточною водогінною та дистильованою водою;
- травлення у розчині нітратної кислоти (1:1) протягом 10 секунд та у
20% - вому розчині сульфатної кислоти протягом 2 хвилин;
- промивка проточною водогінною та дистильованою водою;
- сушка фільтрувальним папером.
Азотна кислота як травильний розчин стальної поверхні обрана для зняття
верхнього шару сталі з метою видалення з поверхні слідів прокату або іншої
механічної обробки.
Досліджували процеси пасивації сталі в нейтральних та кислих розчинах з метою
розробки:
1 – пасивуючих інгібіторів корозії в рідкому замкненому середовищі;
2 – розчинів для формування пасивних оксидних плівок, призначених для захисту
сталі від атмосферної корозії.
В першому випадку, крім ефективних захисних властивостей інгібіторів, важливим
було підібрати і їх мінімальну концентрацію для збереження основних
властивостей розчину. В другому випадку головна увага була приділена стійкості
та захисним властивостям пасивної плівки при переносі металу у середовище, що
не містить пасиваторів.
В якості кислих використовували нітратні та сірчанокислі розчини. Кислі
нітратні розчини містили 0,5 М нітрату натрію та нітратну кислоту, яку додавали
у кількості, що забезпечувала величину рН 1 ч 2. Для дослідження процесів
відновлення оксоаніонів використовували сульфатнокислі розчини, оскільки на
фоні НNO3 цей процес маскується реакцією відновлення NO3- - іонів. Сульфатні
розчини містили 0,5 М сульфату натрію та сульфатну кислоту, яку додавали у
певних кількостях для отримання певного рН в інтервалі 0,8ч 6,5.
В якості нейтральних розчинів використовували такі середовища: 1 - дистильована
вода з рН 6,7 ч 7,1; 2 - слабо мінералізована вода складу (г/дм3): 0,319 Na2SO4
+ 0,3 NaHCO3 з рН 7,2 ч 7,8, назвемо цей розчин «фоновий»; 3 – фоновий розчин +
0,5 г/дм3 CaCl2 - такий розчин рекомендований стандартами (ГОСТ - 9.502 – 82 )
для оцінки захисної дії інгібіторів; 4 – 40% - вий розчин ацетату калію з рН
7,5ч7,6; 5 - 3,8 г/дм3 Na2B4O7 - боратний буфер (рН 9,27 при 18°С). Кислотність
розчинів контролювали за допомогою іономера марки ЕВ – 74. Робочі розчини
готували на дистильованій воді з введенням неорганічних та органічних речовин
кваліфікації ”хч” або ”чда”.
В якості добавок для пасивації та гальмування корозії сталі досліджували
молібдат натрію (Na2МоO4), полімерний молібдат амонію ((NH4)2Mo4O7, бромат
калію (КBrO3), йодат калію (КІO3), уротропін, бензотриазол (БТА), ацетат цинку
(Zn(СН3СОО)2), гіпофосфат натрію (Na2HPO4), катіони бісмуту та стануму у
вигляді солей (Bi(NO3)3 та SnSO4). Для порівняння пасивуючих властивостей
оксоаніонів в роботі використовували хромат натрію (Na2CrO4), перманганат калію
(КMnO4), вольфрамат натрію (Na2WO4) та ванадат амонію (NH4VO3).
Для вивчення процесів відновлення оксоаніонів в якості катода використовували
не лише сталь, а платину, срібло та мідь. Катоди являли собою пластини товщиною
0,1 – 0,5 мм з робочою поверхнею 1 см2.
Платиновий електрод перед дослідами готували наступним чином:
- знежирення віденським вапном;
- промивка проточною водогінною та дистильованою водою;
- травлення у розчині гарячої нітратної кислоти (с=1360 г/дм3) протягом 10
секунд ;
- тричі поперемінна потенціостатична поляризація протягом 60 секунд катодно та
анодно при потенціалах Ек = -0,8 В і Еа = 1,2В в розчині, що досліджували.
Срібний та мідний електроди перед дослідами готували наступним чином:
- попередня зачистка мідного електрода наждачним папером до блиску;
- знежирення віденським вапном;
- промивка проточною водогінною та дистильованою водою;
- травлення у розчині нітратної кислоти (с= 400 г/дм3) протягом 10 секунд;
- промивка проточною водогінною та дистильованою водою;
- сушка фільтрувальним папером.
Експерименти проводили за кімнатної температури 18±2°С.
2.2. Поляризаційні виміри
Особливістю даної роботи було те, що для електрохімічних вимірів у слабо
мінералізованій воді використовували трьохелектродну комірку: до поверхні
сталевого зразка підводили зафіксовані на різній відстані (хі) три капіляри,
кожний з яких вмикали у вимірювальний ланцюг зі своїм електродом порівняння. За
дійсне значення електродного потенціалу приймали величину, отриману
екстраполяцією кривої Еі – хі до перетину з координатою хі = 0.
При знятті катодних та анодних поляризаційних кривих застосовували
трьохелектродні електрохімічні комірки з об'ємом робочого розчину 170 мл для
нейтральних та 100 мл для кислих нітратних та сульфатних розчинів. Для дослідів
використовували потенціостат ПИ – 50 – 1.1, осцилограф із запам’ятовуванням С
8-13, самописець ПДА-1. Поляризаційні криві отримували в потенціодинамічному
режимі зі швидкістю розгортки потенціалу 2 мВ/с. Потенціали вимірювали відносно
насиче