Közlekedésmérnöki Kar Műszaki kémia labor. 3. Korrózió. FÉMEK KORRÓZIÓJA Dr.Bajnóczy Gábor

Hasonló dokumentumok
FÉMEK KORRÓZIÓJA Dr.Bajnóczy Gábor

Kémiai energia - elektromos energia

13 Elektrokémia. Elektrokémia Dia 1 /52

ELEKTROKÉMIA. BME Közlekedésmérnöki Kar Műszaki kémia labor 2. mérés. (Kémiai áramforrások, Elektrolízis, Korrózió)

ELEKTROKÉMIA. - elektrolitokban: ionok irányított mozgása. Elektrolízis: elektromos áram által előidézett kémiai átalakulás

Anyagvizsgálati módszerek Elektroanalitika. Anyagvizsgálati módszerek

ELEKTROKÉMIA. - elektrolitokban: ionok irányított mozgása. Elektrolízis: elektromos áram által előidézett kémiai átalakulás

Általános Kémia, 2008 tavasz

7 Elektrokémia. 7-1 Elektródpotenciálok mérése

Redox reakciók. azok a reakciók, melyekben valamely atom oxidációs száma megváltozik.

1. feladat Összesen: 8 pont. 2. feladat Összesen: 11 pont. 3. feladat Összesen: 7 pont. 4. feladat Összesen: 14 pont

Kontakt korrózió vizsgálata

Korrózió kommunikációs dosszié KORRÓZIÓ. ANYAGMÉRNÖK LEVELEZŐ BSc KÉPZÉS TANTÁRGYI KOMMUNIKÁCIÓS DOSSZIÉ

KORRÓZIÓS ÁRAM MÉRÉSE FÉM KORRÓZIÓSEBESSÉGÉNEK MEGHATÁROZÁSA KORRÓZIÓS ÁRAM MÉRÉSE ALAPJÁN

Adatgyűjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb műszerei

Vízkezelés és korrózióvédelem az épületgépészetben. Vízellátás, csatornázás, gázellátás II március 12.

Kémiai alapismeretek hét

Orvosi Fizika 13. Bari Ferenc egyetemi tanár SZTE ÁOK-TTIK Orvosi Fizikai és Orvosi Informatikai Intézet

Kémia fogorvostan hallgatóknak Munkafüzet 10. hét

A kémiai és az elektrokémiai potenciál

6 Ionszelektív elektródok. elektródokat kiterjedten alkalmazzák a klinikai gyakorlatban: az automata analizátorokban

Elektro-analitikai számítási feladatok 1. Potenciometria

1. feladat Összesen: 18 pont. 2. feladat Összesen: 9 pont

Termokémia. Hess, Germain Henri ( ) A bemutatót összeállította: Fogarasi József, Petrik Lajos SZKI, 2011

Vízminőségi követelmények

Építményeink védelme március 27. Acélfelületek korrózió elleni védelme fémbevonatokkal

5. Laboratóriumi gyakorlat

Az elektromos kettősréteg. Az elektromos potenciálkülönbség eredete, értéke és az azt befolyásoló tényezők. Kolloidok stabilitása.

Elektrokémia kommunikációs dosszié ELEKTROKÉMIA. ANYAGMÉRNÖK NAPPALI MSc KÉPZÉS, SZABADON VÁLASZTHATÓ TÁRGY TANTÁRGYI KOMMUNIKÁCIÓS DOSSZIÉ

Kémiai kötések és kristályrácsok ISMÉTLÉS, GYAKORLÁS

A feladatok megoldásához csak a kiadott periódusos rendszer és számológép használható!

4. változat. 2. Jelöld meg azt a részecskét, amely megőrzi az anyag összes kémiai tulajdonságait! A molekula; Б atom; В gyök; Г ion.

VÍZKEZELÉS Kazántápvíz előkészítés ioncserés sómentesítéssel

T I T - M T T. Hevesy György Kémiaverseny. A megyei forduló feladatlapja. 8. osztály. A versenyző jeligéje:... Megye:...

KÉMIA FELVÉTELI DOLGOZAT

1. változat. 4. Jelöld meg azt az oxidot, melynek megfelelője a vas(iii)-hidroxid! A FeO; Б Fe 2 O 3 ; В OF 2 ; Г Fe 3 O 4.

Folyadékok és szilárd anyagok sűrűségének meghatározása különböző módszerekkel

Elektrokémia. Elektrokémia. A bemutatót összeállította: Fogarasi József, Petrik Lajos SZKI, 2011

EA. Elektrokémia alap mérés: elektromotoros erő és kapocsfeszültség mérése a Daniell cellában, az EMF koncentráció függése

Gázelosztó rendszerek üzemeltetése III. rész Gázelosztó vezetékek korrózióvédelme

Áramforrások. Másodlagos cella: Használat előtt fel kell tölteni. Használat előtt van a rendszer egyensúlyban. Újratölthető.

Kémiai metallurgia-ii (Fémelőállítási folyamatok elméleti alapjai)

Minta feladatsor. Az ion képlete. Az ion neve O 4. Foszfátion. Szulfátion CO 3. Karbonátion. Hidrogénkarbonátion O 3. Alumíniumion. Al 3+ + Szulfidion

Kiss László Láng Győző ELEKTROKÉMIA

Minta feladatsor. Az ion neve. Az ion képlete O 4. Szulfátion O 3. Alumíniumion S 2 CHH 3 COO. Króm(III)ion

9. évfolyam II. félév 2. dolgozat B csoport. a. Arrheneus szerint bázisok azok a vegyületek, amelyek... b. Arrheneus szerint a sók...

Elektrokémiai preparátum

Hevesy György Kémiaverseny. 8. osztály. megyei döntő 2003.

6. változat. 3. Jelöld meg a nem molekuláris szerkezetű anyagot! A SO 2 ; Б C 6 H 12 O 6 ; В NaBr; Г CO 2.

Általános Kémia GY, 2. tantermi gyakorlat

Labor elızetes feladatok

ph-számítás A víz gyenge elektrolit. Kismértékben disszociál hidrogénionokra (helyesebben hidroxónium-ionokra) és hidroxid-ionokra :

KÉMIA I. RÉSZLETES ÉRETTSÉGI VIZSGAKÖVETELMÉNY A) KOMPETENCIÁK

BME Közlekedésmérnöki Kar. Műszaki kémia jegyzet

Elektrokémia Kiegészítés a praktikumhoz Elektrokémiai cella, Kapocsfeszültség, Elektródpotenciál, Elektromotoros erı.

7. Kémia egyenletek rendezése, sztöchiometria

T I T - M T T. Hevesy György Kémiaverseny. A megyei forduló feladatlapja. 7. osztály. A versenyző jeligéje:... Megye:...

Általános kémia képletgyűjtemény. Atomszerkezet Tömegszám (A) A = Z + N Rendszám (Z) Neutronok száma (N) Mólok száma (n)

Ni 2+ Reakciósebesség mol. A mérés sorszáma

Alk.elkém. 3 ea vázlata

FELADATLISTA TÉMAKÖRÖK, ILLETVE KÉPESSÉGEK SZERINT

2011/2012 tavaszi félév 3. óra

AZ ALUMINUM KORRÓZIÓJÁNAK VIZSGÁLATA LÚGOS KÖZEGBEN

Elektromos áram. Vezetési jelenségek

Szent-Györgyi Albert kémiavetélkedő

Sók oldáshőjének és jég olvadáshőjének meghatározása anizotermés hővezetéses kaloriméterrel

O k t a t á si Hivatal

Korrózióvédelem kommunikációs dosszié KORRÓZIÓVÉDELEM KÖRNYEZETMÉRNÖK NAPPALI KREDITES KÉPZÉS TANTÁRGYI KOMMUNIKÁCIÓS DOSSZIÉ

Dr. JUVANCZ ZOLTÁN Óbudai Egyetem Dr. FENYVESI ÉVA CycloLab Kft

Membránpotenciál, akciós potenciál

KÉMIA Kiss Árpád Országos Közoktatási Szolgáltató Intézmény Vizsgafejlesztő Központ 2003

Kémiai kötések. Kémiai kötések kj / mol 0,8 40 kj / mol

Az egyensúly. Általános Kémia: Az egyensúly Slide 1 of 27

Spontaneitás, entrópia

Sók oldékonysági szorzatának és oldáshőjének meghatározása vezetés méréssel

AZ EGYENÁRAM HATÁSAI


Elektrokémia. A nemesfém elemek és egymással képzett vegyületeik

Elektronátadás és elektronátvétel

Dr. JUVANCZ ZOLTÁN Óbudai Egyetem Dr. FENYVESI ÉVA CycloLab Kft

Ellenállásmérés Ohm törvénye alapján

Korrózió kommunikációs dosszié KORRÓZIÓ. ANYAGMÉRNÖK NAPPALI BSc KÉPZÉS, SZABADON VÁLASZTHATÓ TÁRGY TANTÁRGYI KOMMUNIKÁCIÓS DOSSZIÉ

HOMOGÉN EGYENSÚLYI ELEKTROKÉMIA: ELEKTROLITOK TERMODINAMIKÁJA

1. feladat Maximális pontszám: feladat Maximális pontszám: feladat Maximális pontszám: feladat Maximális pontszám: 9

Elektromosság, áram, feszültség

Adatgyőjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb mőszerei

Kémiai alapismeretek 6. hét

1. feladat Összesen 10 pont. 2. feladat Összesen 10 pont

Energiaminimum- elve

KÉMIA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

Osztályozó vizsgatételek. Kémia - 9. évfolyam - I. félév

Elektrokémiai gyakorlatok

7. osztály Hevesy verseny, megyei forduló, 2003.

1. feladat Összesen: 7 pont. 2. feladat Összesen: 16 pont

1. feladat Összesen: 10 pont. 2. feladat Összesen: 14 pont

Természetvédő 1., 3. csoport tervezett időbeosztás

ph-számítás A víz gyenge elektrolit. Kismértékben disszociál hidrogénionokra (helyesebben hidroxónium-ionokra) és hidroxid-ionokra :

Az elektrokémia áttekintése

Sav bázis egyensúlyok vizes oldatban

KÉMIA. Kiss Árpád Országos Közoktatási Szolgáltató Intézmény Vizsgafejlesztő Központ 2003

Átírás:

Közlekedésmérnöki Kar Műszaki kémia labor 3. Korrózió FÉMEK KORRÓZIÓJA Dr.Bajnóczy Gábor A természetben a legtöbb fém valamely vegyületeként fordul elő. Ezek oxidok, szulfidok, karbonátok vagy más komplex vegyületek. Az, hogy a fémek legtöbbje csak vegyületek formájában található meg a természetben, valamilyen természeti törvényszerűséget fejez ki. A tiszta fém előállításához jelentős mennyiségű energiát kell befektetnünk és sajnálattal tapasztaljuk, hogy a fém előbb vagy utóbb spontán végbemenő folyamat során újra valamilyen vegyületté alakul. A korrózió tulajdonképpen a termodinamika által megfogalmazott energiaminimumra való törekvés. A termodinamika szóhasználatában az önként végbemenő folyamatokat az jellemzi, hogy a szabadentalpia-változás ( G) előjele negatív, azaz a végállapot szabadentalpiája kisebb, mint a kiindulási állapoté. A szabadentalpia-változás előjele, azonban csak a folyamat termodinamikai lehetőségét adja meg, a folyamat sebességéről semmit nem árul el. A korrózióvédelmi technikák során számos esetben a sebességi folyamat korlátozásával igyekszünk minél hosszabb, de nagyon is véges idejű védelmet biztosítani. A fémes szerkezeti anyagokat érintő korróziót az alábbi kategóriákba lehet sorolni. - Kémiai korrózió. A fém felületén olyan tisztán kémiai átalakulások mennek végbe, amelyek jelentős tömegvesztességgel járnak. Gépészmérnöki gyakorlatban ilyen típusú korrózió játszódik le pl, vanádium tartalmú fűtőolajok égetésekor, amikor is a forrcsövek felületén kialakuló védőoxidréteget a felületen kondenzálódó vanádiumvegyület folyamatosan feloldja. Hasonló jelenséget okoz a biomassza tüzelésekor a tüztérben elpárolgó, majd a hidegebb helyeken kicsapódó kálium-klorid. - Feszültség korrózió. Más néven anyagfáradás, amely a fémkristályok közötti összetartó erők gyengülésének eredménye. Ez a korrózió típus nem kémiai jellegű, részletes tárgyalására más tárgyak keretében kerül sor. - Elektrokémia korrózió. A leggyakoribb korrózió fajta, amellyel az alábbiakban részletesebben foglalkozunk. ELEKTROKÉMIAI KORRÓZIÓ Elektrokémiai potenciálkülönbség kiegyenlítődése során bekövetkező korróziós folyamat, amelyek részfolyamatai térben elkülöníthetően (ez lehet nanométeres és méteres nagyságrendű) játszódnak le. Az elektrokémia potenciálkülönbség kialakulásához vezető körülményekről a Nernst egyenlet értelmezése adhat segítséget amely szerint a fém és saját ionjait tartalmazó oldata közötti elektrokémiai potenciálkülönbség az alábbi összefüggés szerint számítható ki: E ion/fém : Elektródpotenciál E 0 ion/fém : Standard elektródpotenciál R : Univerzális gázállandó T: hőmérséklet F: Faraday állandó c ion : fémion koncentráció n: elektronszám változás a fématom fémion átalakuláskor Az egyenlet alapján elektrokémiai potenciálkülönbséget okozhat; - két különböző fém vagy azonos, de eltérő kristályszerkezetű fém, 1

- hőmérséklet eltérés azonos fémen, - koncentráció eltérés azonos fémen. A korróziós folyamatot elindító potenciálkülönbség csak bizonyos feltételek egyidejű teljesülésekor valósul meg, így az elektrokémia korrózió egyidejűleg szükséges és elégséges feltételei az alábbiakban fogalmazható meg. 1. Legyen két különböző elektródpotenciálú hely egymással fémes összeköttetésben. 2. Ezt a két elektródpotenciálú helyet kösse össze mozgásképes ionokat tartalmazó elektrolit. 3. Depolarizátor jelenléte. Az első feltétel megvalósulását a Nernst egyenlet alapján értelmeztük, azaz két különböző fém vagy ötvözet érintkezésekor potenciálkülönbség alakulhat ki. Potenciálkülönbséget okozhat az oldott oxigénkoncentráció különbség (koncentrációs elem) vagy egy hajlítás is, amellyel fémrács torzulást okozunk. A második feltétel általában olyan vizes oldatok jelenlétét igényli, amelyek viszonylag könnyen mozgó ionokra disszociáló sókat tartalmaznak (NaCl, Na 2 SO 4, stb.). A harmadik pont egy kicsit részletesebb magyarázatra szorul. A korrózió tulajdonképpen egy fém pl. a vas oldatba menetelét jelenti. Fe = Fe 2+ + 2 e - A folyamat elektron leadással jár, tehát oxidáció. Az oxidációs folyamatokat az elektrokémiában anódos folyamatoknak nevezzük. Oxidáció azonban önmagában nem valósulhat meg, kell egy folyamatnak lenni, amely a képződő elektronokat felhasználja. Ez a folyamat elektron felvétel, tehát redukció. A redukciós folyamatok neve az elektrokémiában katódos folyamat. Minden olyan anyagot, amely a korrózió anódos folyamatát elősegíti azáltal, hogy a képződött elektronokat felveszi azaz redukálódni tud az adott körülmények között depolarizátoroknak nevezzük. A gépészmérnöki gyakorlatban az elektrokémiai korróziós esetek túlnyomó többsége négy depolarizátor jelenlétére vezethetők vissza (hidrogénion, oldott oxigén, oldott széndioxidból képződött hidrokarbonátion, és oldott elemi klór), amelyek az alábbi redukciós folyamattal biztosítják az anódos oldódás lehetőségét azaz a korróziót. Depolarizátorok 2 H + + 2 e - = H 2 O 2 + 4H + + 4 e - = 4 OH - 2 HCO 3 - + 2 e - = H 2 + 2 CO 3 2 Cl 2 + 2 e - = 2 Cl A felsorolt három feltétel közül bármelyik hiányzik a korrózió nem valósul meg. Központi fűtési rendszerek közel zárt rendszerek, így az oldott oxigén elfogyása után megáll a korrózió annak ellenére, hogy a fűtővíz elektrolit tartalmú és rézcsövek érintkeznek alumínium vagy vaslemez radiátorokkal. Korróziós károsodás két fém érintkezésekor. Melyik fém milyen közeget visel el? 2

Tiszta fémek esetében közelítésként a fémek standard elektródpotenciál táblázatát alkalmazhatjuk. Két fém érintkezésekor, ha a korábban említett feltételek fennállnak mindig a negatívabb potenciálú fém fog korrodálódni. Ha a fém önállóan merül valamilyen oldatba, csak akkor fog korrodálódni, ha elektródpotenciálja negatívabb, mint az oldatban megvalósuló redukciós folyamaté. A következő rajzon néhány fém és depolarizátor elektródpotenciáljainak sorrendjét tüntettük fel. A feltüntetett potenciálviszonyok alapján megállapítható, hogy levegővel érintkező vizes közegben az oldott oxigén minden nálánál negatívabb potenciálú fém korrózióját idézheti elő. Sok esetben nem tudjuk elkerülni különböző fémek összeszerelését, ilyenkor mindig célszerű szem előtt tartani, hogy az összeépítendő fémek között minél kisebb legyen a potenciálkülönbség és az anyagválasztást úgy végezzük el, hogy lehetőleg mindig a nagyobb felületű szerkezeti anyag legyen a negatívabb potenciálú azaz az anód. Az nagy felületen történő korrózió sokkal kisebb mm/év-ben kifejezett korróziósebességet fog előidézni, mint egy kis felületen. Ötvözetek korróziója A fémek standard elektródpotenciál táblázatából csak a tiszta fémek korróziós hajlamára vonhatunk le következtetéseket. A gépészmérnöki gyakorlatban azonban általában ötvözeteket használunk, amelyek nem biztos, hogy saját ionjaikat tartalmazó oldatba merülnek, amint az a standard elektród potenciálok esetén előírás. 3

A tanultak azonban ugyanúgy alkalmazhatók, azaz mindig a negatívabb potenciálú fog anódként viselkedni azaz korrodálódni. Az ötvözetek nagy száma és a velük érintkező vizes elektrolit oldatok szinte végtelen változatossága miatt táblázatos adatok csak ritkán állnak rendelkezésünkre. Ilyenkor nincs más lehetőség, mint meg kell mérnünk a potenciálkülönbséget. Ha csak két fémről, ötvözetről van szó, akkor a két fémes anyagból készült, megfelelő nagyságú mintát egymástól elkülönítve olyan oldatba merítjük, amellyel várhatóan érintkezni fog. A voltmérővel megmért potenciálkülönbség nagysága a korróziós hajtóerővel lesz arányos, a mért potenciálkülönbség előjele alapján pedig meghatározható, hogy várhatóan a kettő közül melyik szerkezeti anyag fog korrodálódni. Ha nagyszámú ötvözetpárt akarunk megvizsgálni egy adott oldatban, akkor célszerű mindegyik fémes anyag potenciálját egy referenciaként választott konstans potenciálú elektródhoz képest (pl. kalomel) megmérni. (A kalomel elektród tulajdonképpen ugyanazt a célt szolgálja, mint a standard elektródpotenciál mérésnél a standard hidrogén elektród, csak jóval egyszerűbb mérni vele). Az eredményeket táblázatba foglalva tetszőleges ötvözet összeépítés esetén megbecsülhetjük a korróziós tulajdonságokat. Korróziósebesség meghatározása mm/év ben. Két tetszőleges folyadékba mártott fémes mintadarab korróziósebességét is megbecsülhetjük, ha a két fém között az egyensúlyi folyamatok beállta után meghatározzuk a mérhető áramot és az anódfolyamatban résztvevő felületet. Az egymáshoz képest negatívabb potenciálú fém lesz anód (anódfolyamat: Fém = Fém n+ +ne - ), míg a katódfolyamat savas oldatok esetén a H + ionok, semleges oldatok esetén az oldott oxigén redukciója. 4

MÉRÉSI FELADAT Korróziós potenciálsor meghatározása Mérje meg különböző fémek és fémötvözetek elektródpotenciáját kalomel elektródhoz képest az előkészített elektrolitban. - Írja fel az elektrolit fajtáját, mérje meg a hőmérsékletét. - Helyezze az elektrolitba a mérendő fémet és a referencia elektródot (kalomel). - Mérje meg a kettő közötti elektródpotenciált a megfelelő állásba kapcsolt multiméterrel, a leolvasást a mérőkör összekapcsolása után egy perccel végezze el. - Olvassa le az előjeles mért értéket és jegyezze fel mértékegységgel együtt. - Vegye ki a fémet, mossa le és törölje szárazra. - Új fémmintával folytassa a méréseket. A mérési eredményeket diagram papíron oszlopdiagramban sorba rendezve ábrázolja. Ne feledjen el a diagrammnak címet adni, feltüntetni a mérési eredményt befolyásoló, de a mérés során nem változó paramétereket, mértékegységet rendelni az egyes tengelyeken feltüntetett értékekhez. Korróziósebesség meghatározása Mérje meg két különböző fém érintkezésekor várható korróziósebességet egy adott elektrolitban. - Válasszon ki két fémmintát és merítse mindkettőt az előkészített elektrolitba. - A kettő között mérje meg a korróziós folyamatot kísérő áramot a multiméter megfelelő kapcsolásával. ( A mért áram a mérés kezdete után folyamatosan csökken, majd stabilizálódik.) Körülbelül egy két perc után jegyezze fel a mérhető áramot mértékegységgel. - Az előző mérés során kapott potenciál adatokból határozza meg, hogy a két szerkezeti fém összeépítésekor várhatóan melyik fog korróziót szenvedni. Az eredményt ellenőrizze le a multiméterrel. (Mindig a negatívabb potenciálú fém korrodálódik.) - A mérje le annak a fémnek az elektrolitba merült felületét, amely várhatóan korróziót szenved. - Számítsa ki a korróziósebességet [g/m 2 év ] és [mm/év] mértékegységben. Jegyzőkönyv tartalma; - a mérés leírása oly módon, hogy abból bárki meg tudja ismételni az Ön által végzett mérést, - táblázatosan foglalja össze a mért eredményeket, (A táblázatra vonatkozólag ugyanazon szabályok érvényesek, mint a diagramra.) - a diagram papírra elkészített potenciálsort ragassza be a jegyzőkönyvbe, - a jegyzőkönyvében jól követhetően írja le a korróziósebesség számítás menetét a részeredményekkel együtt, - töltse ki a mérés során kapott adatlapot és ragassza be a jegyzőkönyvébe. 5