Особенности катодных и анодных реакций на углеродистой стали в зависимости от глубины погружения в нейтральный раствор

Abstract

Моделювання атмосферної коррозії (вологої та мокрої) проводили зануренням зразків сталі Ст3 розміром (50×10×2) мм у нейтральний розчин 3 % NaCl на різну глибину. Підведенням нижньої границі робочої поверхні зразка до рівня розчину (близько 0 мм) моделювали вологу корозію, зануренням на глибину 2 мм (до верхньої границі) – мокру корозію, на 10 мм від верхньої границі – об’єм електроліту. Розроблений метод дозволив проводити електрохімічні дослідження методом поляризаційних кривих. Поляризаційні криві знімали в потенціодинамічному режимі зі швидкістю розгортки потенціалу 5 10-4 В/с. Робочим електродом служив зразок зі сталі Ст3 розміром (10×50×2) мм. На зразку виділяли робочу поверхню (10×2) мм, іншу частину поверхні ізолювали неелектропровідним лаком. Представлені результати дослідження впливу глибини занурення зразків у розчин електроліту на швидкість корозії стали Ст3. Занурення зразків в 3 % розчин хлориду натрію на глибину від 0 до 10 мм дозволило змоделювати умови вологої та мокрої атмосферної корозії металу. На основі визначення швидкості часткових електродних реакцій які перебігають на електроді встановлено, що швидкість корозії стали Ст3 визначається величиною граничного дифузійного струму. Показано, що величина граничного струму зі зменшенням глибини занурення збільшується приблизно в чотири рази. Встановлено, що швидкість катодного реакції залежить як від градієнта концентрації кисню в шарах розчину, що знаходяться на різній відстані від границі розчин/повітря, так і від швидкості його дифузії до поверхні металу. Оскільки метод поляризаційного опору дозволяє вимірювати струми, менші ніж струми відновлення кисню в тонких плівках розчину, то він може бути використаний для оцінки швидкості атмосферної корозії сталі. На основі моделювання вологої та мокрої корозії встановлено вплив зміни глибини занурення зразків на швидкість катодної реакції на стали Ст3 в 3 % розчині хлориду натрію. При зменшенні глибини занурення від 10 до 0 мм густина катодного (граничного дифузійного) струму збільшується від 0,51 до 2 А/м2. Запропонований метод моделювання атмосферної корозії можна використовувати для електрохімічних досліджень в тонких плівках вологи різної товщини, що утворюються на поверхні зразків металів і електродів давачів. Показана можливість застосування методу поляризаційного опору в атмосферних умовах.

Моделирование атмосферной коррозии (влажной и мокрой) проводили погружением образца стали Ст3 размером (50×10×2) мм в нейтральный раствор 3 % NaCl на разную глубину. Подведением нижней границы рабочей поверхности образца до уровня раствора (около 0 мм) моделировали влажную коррозию, погружением на глубину 2 мм (до верхней границы) – мокрую коррозию, на 10 мм от верхней границы – объем электролита. Разработанный метод позволил проводить электрохимические исследования методом поляризационных кривых. Поляризационные кривые снимали в потенциодинамическом режиме со скоростью развертки потенциала 5∙10-4 В/с. Рабочим электродом служил образец из стали Ст3 размером (10×50×2) мм. На образце выделяли рабочую поверхность (10×2) мм, остальную часть поверхности изолировали неэлектропроводным лаком. Представлены результаты исследования влияния глубины погружения образцов в раствор электролита на скорость коррозии стали Ст3. Погружение образцов в 3 % раствор хлорида натрия на глубину от 0 до 10 мм позволило смоделировать условия влажной и мокрой атмосферной коррозии металла. На основе определения скорости частных электродных реакций, протекающих на электроде, было установлено, что скорость коррозии стали Ст3 определяется величиной предельного диффузионного тока. Показано, что с уменьшением глубины погружения величина предельного тока увеличивается примерно в четыре раза. Установлено, что скорость катодной реакции зависит, как от градиента концентрации кислорода в слоях раствора, находящихся на разном расстоянии от границы раствор/воздух, так и от скорости его диффузии к поверхности металла. Поскольку метод поляризационного сопротивления позволяет измерять токи, более низкие, чем токи восстановления кислорода в тонких пленках раствора, его можно использовать для оценки скорости атмосферной коррозии стали. На основе моделирования влажной и мокрой коррозии установлено влияние изменения глубины погружения образцов на скорость катодной реакции на стали Ст3 в 3 % растворе хлорида натрия. При уменьшении глубины погружения от 10 до 0 мм плотность катодного (предельного диффузионного) тока увеличивается от 0,51 до 2 А/м2. Предложенный метод моделирования атмосферной коррозии можно использовать для электрохимических исследований в тонких пленках влаги разной толщины, образующихся на поверхности образцов металлов и электродов датчиков. Показана возможность применения метода поляризационного сопротивления в атмосферных условиях.

Simulation of atmospheric corrosion (humid and wet) was performed by immersing of a steel sample by the size of (50×10×2) mm in a neutral solution of 3% NaCl at different depths. By leading the lower boundary of the working surface of the sample to the level of the solution (about 0 mm), humid corrosion was simulated, submerged to a depth of 2 mm (up to the upper boundary), wet corrosion, and 10 mm from the upper boundary - the electrolyte volume. The developed method allowed to carry out electrochemical researches by the method of polarization curves. The polarization curves were measured in the potentiodynamic mode with the potential scanning rate of 5·10-4 V/s .The working electrode was a sample of steel St3 by the size (10×50×2) mm. A work surface (10×2) mm was separated on the sample, the rest of the surface was isolated with a non-conductive varnish. The results of the investigation of the effect of depth immersion of samples into electrolyte solution on corrosion rate of St3 steel are presented. The conditions of “humid” and “wet” atmospheric corrosion of the metal were simulated by the immersion of samples on a depth from 0 to 10 mm into 3% sodium chloride solution. It was found, that on the base on determination of the rate of particular electrode reactions occurring on the electrode at various depths of its immersion into the solution, the corrosion rate of steel St3 was determined by the value of the limiting diffusion current. It was shown that the value of limiting current increases from 0.51 to 2 A/m2 with decreasing of the film thickness. It has been established that the cathodic process rate depends both on the concentration of oxygen in the layers of the solution, which are at different distances from the solution/air boundary, and on the speed of its diffusion to the metal surface. Because the method of polarization resistance allows to measure the currents smaller than the currents of oxygen reduction in thin films of the solution, it can be used to estimate the rate of atmospheric corrosion of steel. Based on simulation of humid and wet atmospheric corrosion the effect of immersion depth of the specimens on the cathodic reaction rate of steel St3 in 3 % NaCl solution was established. The cathodic current density (limit diffusion current) is raised from 0,51 to 2 A/m2 under decreasing of immersion depth. The suggested method of simulation of atmospheric corrosion may be used for electrochemical investigations in thin films of moisture of different thickness which are form on the metals and sensors surfaces. The possibility of application of polarization resistance method for atmospheric conditions was presented.