РАЗДЕЛ 2
1.2 МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
2.1. Методика исследования кинетики растворения алюминия и его сплавов в водных
и водно-спиртовых щелочных растворах
Методами регистрации поляризационных кривых, вращающегося электрода,
спектрофотометрии, электротермографии и др. изучена кинетика растворения
алюминия и его сплавов в водных и водно-спиртовых растворах NaOH, LiOH.
Кинетические закономерности химической реакции растворения Al в щелочных
растворах исследовались с помощью вращающегося цилиндрического электрода,
боковая поверхность которого являлась рабочей (S = 7ё9 см2). Одно из оснований
цилиндра изолировалось эпоксидной смолой. Противоположное основание цилиндра с
помощью резьбы ввинчивалось в изолированную от раствора ось вращателя. Частота
вращения электрода (w) варьировалась от 0 до 2000 об/мин. Цилиндрические
электроды изготавливались из алюминия марки АО 99.99% и из сплавов Д-16 и В-95.
Состав сплавов (%): Д-16 : Al - 91,4ё93,5; Сu - 3,8ё4,9; Mg - 1,2ё1,6; Mn
-0,3ё0,9; Zn - 0,1; Ti -0,1; Fe - до 0,5; Si - до 0,5;
B-95 : Al - 88,3ё89,4; Сu - 1,7ё1,9; Mg - 2,3ё2,5; Mn -0,4ё0,9; Cr - 0,2ё0,4;
Zn - 6,0.
Подготовка поверхности электродов перед каждым опытом включала в себя
механическое полирование, травление в 5моль/л растворе NaOH, обработку в
разбавленном растворе HNO3 с многократным промыванием дистиллированной водой
после каждой операции.
В качестве величины, характеризующей скорость реакции, использовался массовый
показатель (Кm), который равен массе растворившегося металла с единицы площади
поверхности в единицу времени (кг/м2Чс). Количество перешедшего в раствор
алюминия определялось спектрофотометрически по методике с алюминоном [70].
Контроль величины рН растворов при спектрофотометрическом определении алюминия
осуществлялся с помощью рН-метра 673М. Рассчитанное
среднеквадратичное отклонение результатов измерения (S) при
спектрофотометрическом определении скорости реакции составило 1,2Ч10-6,
величина дисперсии (D) -
1,5Ч10-12, при доверительной вероятности (Р) = 0,95.
В некоторых случаях, например, при построении диаграмм Эванса, кинетика
химического растворения алюминия исследовалась волюмометрически. Для этого
рабочий электрод помещался под стеклянный колокол, соединённый с бюреткой для
измерения выделившегося в результате реакции газа (рис.2.1). Измеренный объём
приводился к н.у. по формуле :
V0 =
(p - pпарц.)Ч VЧT0
, (2.1)
TЧp0
где V0 - объём газа при н.у.;
V - измеренный объём газа;
Т - температура в градусах Кельвина,
Т0 = 273оК;
р - атмосферное давление;
р0 - стандартное атмосферное давление
рпарц. - парциальное давление паров воды;
Для определения количества электричества, пропущенного через систему,
использовался медный кулонометр [41]. При статистической обработке полученных
волюмометрически результатов определения Кm величина S составила 1,7Ч10-6,
D - 2,9Ч10-12.
Поляризационные исследования проводили с помощью “игольчатого” электрода длиной
1 см, площадь поверхности которого составляла 0,48 см2. В качестве
вспомогательного электрода использовался плоский медный электрод, расположенный
коаксиально рабочему электроду. Площадь поверхности вспомогательного электрода
во много раз превышала площадь поверхности рабочего электрода.
Рис.2.1. Установка для измерения скорости химического растворения алюминия
волюмометрическим методом: рабочий электрод (1); гебер (2); стеклянный
колокол (3); измерительная бюретка (4); электрод сравнения (5); вспомогательный
электрод (6).
В качестве регистрирующего прибора для автоматической записи i,e - и e,t -
кривых, как в случае химического растворения алюминия и его сплавов, так и при
анодной их поляризации в различных режимах работы потенциостата ПИ-50-1 с
программатором ПР-8, служил самопишущий 2-х координатный потенциометр ПДА-1. В
качестве электрода сравнения использовался оксидно-ртутный, заполненный
соответствующим водным раствором NaOH (или LiOH).
Измерение локальных температурных эффектов (DТ) проводилось на
электротермографической установке (рис.2.2), детальное описание которой
приведено в [71]. Рабочим электродом служила обкладка керамического
конденсатора, ёмкостью 560 пФ, выполненная из тонкой металлической фольги
(алюминиевой или из сплавов Д-16, В-95) площадью 1 см2. Опорным датчиком
являлся керамический конденсатор с теми же характеристиками. Вспомогательным
электродом служил плоский медный электрод. Датчики температуры были подключены
к двухкоординатному самопишущему потенциометру ПДП 4. В качестве источника
поляризующего тока служил потенциостат П5827М. Эксперименты проводились в
ячейке, термостатированной с помощью ультратермостата УТ-15. Объём раствора
составлял 100 см3. Рассчитанное значение S измерения локальных температурных
эффектов при температуре в объёме раствора 25оС составило 1,9Ч10-2, величина
дисперсии - 3,7Ч10-4, при Р= 0,95.
Используемые в экспериментах спирты подвергались очистке. Контроль чистоты
производился по значению плотности [72].
Влияние нитрата натрия на скорость химического растворения сплава Д-16
исследовалось с помощью плоских прямоугольных электродов площадью 5 см2,
подготовка электродов перед каждым опытом описана выше. Объём раствора
составлял 100 см3, температура - 80оС, время травления - 20 мин. Концентрация
алюминатных растворов определялась титриметрическим методом [73].
Рис. 2.2. Устройство для определения температурных эффектов на границе
электрод-раствор: электролитическая ячейка (1); рабоч