pobieranie: 05_Trawienie elektrochemiczne stali
Pobierz dokument pdfPrzeglądaj wersję html pliku:
POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA INSTYTUT INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ ZAKŁAD METALOZNAWSTWA I ODLEWNICTWA PRZEDMIOT: KOROZJA I OCHRONA PRZED KOROZJĄ ĆWICZENIA LABORATORYJNE Temat ćwiczenia: TRAWIENIE ELEKTROCHEMICZNE STALI Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z metodami anodowego i katodowego trawienia stali węglowej, składem chemicznym stosowanych kąpieli, przebiegiem i parametrami procesu trawienia. Wstęp Odpowiednie przygotowanie powierzchni przed nałożeniem powłok ochronnych składa się zwykle z dwóch procesów. Pierwszy z nich ma za zadanie usunięcie z powierzchni metalu zanieczyszczeń pochodzenia organicznego, takich jak oleje i smary. W czasie drugiego procesu z powierzchni metalu są usuwane substancje nieorganiczne: zgorzelina, rdza i inne produkty korozji. Usuwanie rdzy i innych tlenków może być wykonane za pomocą metod mechanicznych, termicznych i chemicznych . Do tych ostatnich zaliczamy trawienie. Trawienie chemiczne polega na zanurzeniu przedmiotów w odpowiednich roztworach kwasów lub alkaliów, które reagują z tlenkami znajdującymi się na powierzchni danego metalu. W przypadku wyrobów stalowych i żeliwnych trawienie chemiczne polega na usunięciu rdzy oraz zgorzeliny za pomocą kwasów mineralnych. Do wytrawienia wyrobów stalowych najczęściej stosuje się kwas solny i kwas siarkowy. Kwas solny działa bardziej równomiernie w porównaniu z kwasem siarkowym i po wytrawieniu uzyskuje się powierzchnie stalowe o większej gładkości. Ponadto utworzony w wyniku reakcji chlorek żelaza jest dość dobrze rozpuszczalny w wodzie i łatwo można go usunąć z trawionych powierzchni. W przypadku obecności na powierzchni stali jedynie lekkich śladów korozji nalotowej, tj. rdzy, stosuje się do trawienia roztwory oparte na kwasie fosforowym, tzw. odrdzewiacze fosforowe. Specyficznym rodzajem trawienia chemicznego, a właściwie dokładniej dotrawiania, stosowanym przed nakładaniem powłoki metalowej metodą zanurzeniową ( ogniową ), jest tzw. topnikowanie. Celem tej operacji jest przede wszystkim usunięcie pozostałości po procesie trawienia i warstwy tlenowej, utworzonej w przedziale czasowym trawienia – nakładanie powłoki, jak i ułatwienie nawilżenia ciekłym metalem powierzchni metalizowanych.
TRAWIENIE ELEKTROCHEMICZNE STALI – ćwiczenia laboratoryjne 1
Trawienie elektrochemiczne zachodzi w wyniku działania prądu elektrycznego, przy czym proces może być prowadzony katodowo lub anodowo. Podczas trawienia katodowego następuje redukcja tlenków metalu za pomocą wydzielającego się wodoru. Wydzielający się wodór przejawia również działanie mechaniczne, ponieważ odrywa tlenki od powierzchni metalu, ułatwiające w ten sposób proces trawienia. Przy trawieniu anodowym na powierzchni metalu zachodzi jego elektrolityczne rozpuszczenie oraz mechaniczne odrywanie tlenków w wyniku wydzielania się tlenu. Podstawowym składnikiem elektrolitu do trawienia elektrolitycznego jest z reguły kwas siarkowy, o różnym stężeniu, niekiedy z dodatkiem 10 -15 g/dm3 NaCl w temperaturze otoczenia lub nieco powyżej. W celu zapobieżenia nierówności trawienia oraz uniknięcia tzw. kruchości wodorowej do roztworów kwasów dodaje się inhibitory, które niemal całkowicie hamują proces rozpuszczania podłoża. Przebieg ćwiczenia
Rys.1 Schemat stanowiska do trawienia elektrochemicznego.
TRAWIENIE ELEKTROCHEMICZNE STALI – ćwiczenia laboratoryjne
2
Trawienie anodowe: Próbkę ze stali węglowej umieszczamy w odpowiedniej kąpieli ( o składzie podanym w tabeli 1 ) , znajdującej się w naczyniu będącym częścią zestawu do trawienia ( rys.1 ). Jako katodę stosujemy próbkę blachy ołowianej. Próbka stali węglowej jest anodą. Dobieramy odpowiednie warunki prądowe przewidziane dla trawienia w odpowiedniej kąpieli ( tabela 1 ). Obserwujemy przebieg procesu trawienia. Mierzymy czas potrzebny do usunięcia zgorzeliny. Z kolejnymi próbkami postępujemy podobnie. Trawimy je w odpowiednich kąpielach zwracając uwagę na właściwą gęstość prądową i temperaturę w jakiej należy prowadzić proces trawienia. Trawienie katodowe: Zmieniamy bieguny elektrod zestawu do trawienia i próbki stali węglowej trawimy katodowo kolejno w odpowiednich kąpielach. Obserwujemy, że w miarę usuwania zgorzeliny próbki pokrywają się warstewką ołowiu.
składniki kąpieli [ g/dm3 ] parametry procesu H2SO4 HCl NaCl FeSO4 Na2SO4 Na3PO4 NaOH H2O [ dm3 ] temperatura [ oC ] gęstość prądowa–anodowa [ A/dm2 ] gęstość prądowa–katodowa [A/dm2 ] czas trwania [ min ] inhibitor I 150 10-15 0,84 20 22-32 + ANODOWE stale węglowe II 5-10 50-60 200-300 0,65 20-50 5-10 + III 30 85 1 50-60 5-7 8-13 stale stopowe IV 50-100 40-60 20 10-15 + KATODOWE stale węglowe V 100 10 0,89 60-70 8-10 10-15 VI 50 30 22 1 60-70 8-10 10-15 -
Tabela 1. Skład kąpieli i parametry trawienia elektrochemicznego stali [3] Wyniki zestawić w tabeli:
Rodzaj trawienia i numer kąpieli Wymiary próbki Powierzchnia próbki Gęstość prądowa anodowa Natężenie prądu Napięcie prądu potrzebne do uzyskania odpowiedniego natężenia prądu V Temperatura trawienia Czas trawienia
cm
dm2
A/dm2
A
o
C
min
TRAWIENIE ELEKTROCHEMICZNE STALI – ćwiczenia laboratoryjne
3
Sprawozdanie z ćwiczenia powinno zawierać: - opis przebiegu każdej z metod trawienia - schemat zestawu do trawienia elektrochemicznego - tabelę z wynikami - wnioski dotyczące obserwacji powierzchni próbek przed i po trawieniu Zagadnienia kontrolne 1. Sposoby przygotowania powierzchni metalu przed nakładaniem powłok ochronnych. 2. Sposoby trawienia 3. Czynniki wpływające na proces trawienia elektrochemicznego. Literatura 1. H. Uhlig: Korozja i jej zapobieganie, WNT Warszawa 1976 2. G. Wranglen: Podstawy korozji i ochrony metali, WNT Warszawa 1985 3. Praca zbiorowa: Pracownia techniki przeciwkorozyjnej, WSiP Warszawa 1986
TRAWIENIE ELEKTROCHEMICZNE STALI – ćwiczenia laboratoryjne
4
05_Trawienie elektrochemiczne stali
POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA INSTYTUT INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ ZAKŁAD METALOZNAWSTWA I ODLEWNICTWA PRZEDMIOT: KOROZJA I OCHRONA PRZED KOROZJĄ ĆWICZENIA LABORATORYJNE Temat ćwiczenia: TRAWIENIE ELEKTROCHEMICZNE STALI Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z metodami anodowego i katodowego trawienia stali węglowej, składem chemicznym stosowanych kąpieli, przebiegiem i parametrami procesu trawienia. Wstęp Odpowiednie przygotowanie powierzchni przed nałożeniem powłok ochronnych składa się zwykle z dwóch procesów. Pierwszy z nich ma za zadanie usunięcie z powierzchni metalu zanieczyszczeń pochodzenia organicznego, takich jak oleje i smary. W czasie drugiego procesu z powierzchni metalu są usuwane substancje nieorganiczne: zgorzelina, rdza i inne produkty korozji. Usuwanie rdzy i innych tlenków może być wykonane za pomocą metod mechanicznych, termicznych i chemicznych . Do tych ostatnich zaliczamy trawienie. Trawienie chemiczne polega na zanurzeniu przedmiotów w odpowiednich roztworach kwasów lub alkaliów, które reagują z tlenkami znajdującymi się na powierzchni danego metalu. W przypadku wyrobów stalowych i żeliwnych trawienie chemiczne polega na usunięciu rdzy oraz zgorzeliny za pomocą kwasów mineralnych. Do wytrawienia wyrobów stalowych najczęściej stosuje się kwas solny i kwas siarkowy. Kwas solny działa bardziej równomiernie w porównaniu z kwasem siarkowym i po wytrawieniu uzyskuje się powierzchnie stalowe o większej gładkości. Ponadto utworzony w wyniku reakcji chlorek żelaza jest dość dobrze rozpuszczalny w wodzie i łatwo można go usunąć z trawionych powierzchni. W przypadku obecności na powierzchni stali jedynie lekkich śladów korozji nalotowej, tj. rdzy, stosuje się do trawienia roztwory oparte na kwasie fosforowym, tzw. odrdzewiacze fosforowe. Specyficznym rodzajem trawienia chemicznego, a właściwie dokładniej dotrawiania, stosowanym przed nakładaniem powłoki metalowej metodą zanurzeniową ( ogniową ), jest tzw. topnikowanie. Celem tej operacji jest przede wszystkim usunięcie pozostałości po procesie trawienia i warstwy tlenowej, utworzonej w przedziale czasowym trawienia – nakładanie powłoki, jak i ułatwienie nawilżenia ciekłym metalem powierzchni metalizowanych.
TRAWIENIE ELEKTROCHEMICZNE STALI – ćwiczenia laboratoryjne 1
Trawienie elektrochemiczne zachodzi w wyniku działania prądu elektrycznego, przy czym proces może być prowadzony katodowo lub anodowo. Podczas trawienia katodowego następuje redukcja tlenków metalu za pomocą wydzielającego się wodoru. Wydzielający się wodór przejawia również działanie mechaniczne, ponieważ odrywa tlenki od powierzchni metalu, ułatwiające w ten sposób proces trawienia. Przy trawieniu anodowym na powierzchni metalu zachodzi jego elektrolityczne rozpuszczenie oraz mechaniczne odrywanie tlenków w wyniku wydzielania się tlenu. Podstawowym składnikiem elektrolitu do trawienia elektrolitycznego jest z reguły kwas siarkowy, o różnym stężeniu, niekiedy z dodatkiem 10 -15 g/dm3 NaCl w temperaturze otoczenia lub nieco powyżej. W celu zapobieżenia nierówności trawienia oraz uniknięcia tzw. kruchości wodorowej do roztworów kwasów dodaje się inhibitory, które niemal całkowicie hamują proces rozpuszczania podłoża. Przebieg ćwiczenia
Rys.1 Schemat stanowiska do trawienia elektrochemicznego.
TRAWIENIE ELEKTROCHEMICZNE STALI – ćwiczenia laboratoryjne
2
Trawienie anodowe: Próbkę ze stali węglowej umieszczamy w odpowiedniej kąpieli ( o składzie podanym w tabeli 1 ) , znajdującej się w naczyniu będącym częścią zestawu do trawienia ( rys.1 ). Jako katodę stosujemy próbkę blachy ołowianej. Próbka stali węglowej jest anodą. Dobieramy odpowiednie warunki prądowe przewidziane dla trawienia w odpowiedniej kąpieli ( tabela 1 ). Obserwujemy przebieg procesu trawienia. Mierzymy czas potrzebny do usunięcia zgorzeliny. Z kolejnymi próbkami postępujemy podobnie. Trawimy je w odpowiednich kąpielach zwracając uwagę na właściwą gęstość prądową i temperaturę w jakiej należy prowadzić proces trawienia. Trawienie katodowe: Zmieniamy bieguny elektrod zestawu do trawienia i próbki stali węglowej trawimy katodowo kolejno w odpowiednich kąpielach. Obserwujemy, że w miarę usuwania zgorzeliny próbki pokrywają się warstewką ołowiu.
składniki kąpieli [ g/dm3 ] parametry procesu H2SO4 HCl NaCl FeSO4 Na2SO4 Na3PO4 NaOH H2O [ dm3 ] temperatura [ oC ] gęstość prądowa–anodowa [ A/dm2 ] gęstość prądowa–katodowa [A/dm2 ] czas trwania [ min ] inhibitor I 150 10-15 0,84 20 22-32 + ANODOWE stale węglowe II 5-10 50-60 200-300 0,65 20-50 5-10 + III 30 85 1 50-60 5-7 8-13 stale stopowe IV 50-100 40-60 20 10-15 + KATODOWE stale węglowe V 100 10 0,89 60-70 8-10 10-15 VI 50 30 22 1 60-70 8-10 10-15 -
Tabela 1. Skład kąpieli i parametry trawienia elektrochemicznego stali [3] Wyniki zestawić w tabeli:
Rodzaj trawienia i numer kąpieli Wymiary próbki Powierzchnia próbki Gęstość prądowa anodowa Natężenie prądu Napięcie prądu potrzebne do uzyskania odpowiedniego natężenia prądu V Temperatura trawienia Czas trawienia
cm
dm2
A/dm2
A
o
C
min
TRAWIENIE ELEKTROCHEMICZNE STALI – ćwiczenia laboratoryjne
3
Sprawozdanie z ćwiczenia powinno zawierać: - opis przebiegu każdej z metod trawienia - schemat zestawu do trawienia elektrochemicznego - tabelę z wynikami - wnioski dotyczące obserwacji powierzchni próbek przed i po trawieniu Zagadnienia kontrolne 1. Sposoby przygotowania powierzchni metalu przed nakładaniem powłok ochronnych. 2. Sposoby trawienia 3. Czynniki wpływające na proces trawienia elektrochemicznego. Literatura 1. H. Uhlig: Korozja i jej zapobieganie, WNT Warszawa 1976 2. G. Wranglen: Podstawy korozji i ochrony metali, WNT Warszawa 1985 3. Praca zbiorowa: Pracownia techniki przeciwkorozyjnej, WSiP Warszawa 1986
TRAWIENIE ELEKTROCHEMICZNE STALI – ćwiczenia laboratoryjne
4
