CC BY
19
химия
Вестник Омского университета, 2000. N.4. С.31 -33. @ Омский государственный университет. 2000
УДК 541.138.2+378.141
ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ "КОРРОЗИЯ И ЗАЩИТА МЕТАЛЛОВ" СПЕЦИАЛЬНОСТИ "ЭЛЕКТРОХИМИЯ"
В.Ф. Борбат, O.A. Голованова, О.В. Глухова
Омский государственный университет, кафедра неорганической химии 644077, Омск, пр. Мира, 55-А
Получена 26 июля 2000 г.
Very often we are needed to calculate some parametrs of corrosion. Computer program "CORROSION" allows is calculate those parameters and describe behavior propertes of inhibitors and other. These program are containes some tests for student-electrochemists. They can are used for striding and discribing of corrosion procesess.
Вопросы коррозии металлов и защиты оборудования имеют огромное значение во всех отраслях народного хозяйства, особенно в химической промышленности, где агрессивные среды и высокотемпературные процессы вызывают разрушение оборудования, арматуры и строительных конструкций. Исследования указывают на грандиозные размеры безвозвратных потерь металла. Сохранение имеющихся запасов металла от коррозионного разрушения является одной из актуальнейших проблем, для решения которой необходима прежде всего предварительная оценка специалистом любого производства последствий неправильной эксплуатации металлического оборудования, расчет средств на амортизацию и прогнозирование экологического ущерба от возможных аварий.
В большинстве литературных источников [1,2] коррозия металлов определяется как процесс (и как результат) самопроизвольного разрушения металлов при их химическом, электрохимическом или биохимическом взаимодействии с окружающей средой. Она представляет собой нежелательный и непреднамеренный процесс. Корродируют обычно металлы (черные или цветные), встречающиеся в природе не в самородном состоянии, а как соответствующие минералы и руды. На извлечение этих металлов из рул расходуется известное количество энергии. В
1 е-mail: vasilje'Qínuúl.ru 2е-mail: kiskiskistíramUev.ru
результате коррозионного разрушения они снова переходят в окислы, сульфиды, карбонаты и в другие свойственные им природные соединения.
Знания в области теории и практики химической и электрохимической коррозии, a. также защиты металлов от коррозии относятся к основным в системе подготовки как инженера-электрохимика, так и химика вообще. Для улучшения качества подготовки специалистов в этой области необходимо не только изучение ими теоретического материала, но и умение применять полученные знания на практике.Разработанная компьютерная программа CORROSION выполняет расчеты по определенному алгоритму на основе вводимых данных.
Существует много способов количественной оценки процесса коррозии металла [1]. Скорость разрушения активного слоя зависит прежде всего от времени коррозионных испытаний, и ее можно определять с помощью показателей коррозионных разрушений, а именно: массового, токового, объемного и линейного [2]. Все эти показатели легко рассчитываются с помощью данной программы.
Другим определяющим кинетическим фактором является химическая природа электролита, в котором протекает коррозионный процесс, и его концентрация. Результаты коррозионных испытаний, проведенных А.К. Камышевым и В.А. Мухиным, полученные при 25°С, показывают, что скорость растворения железа и никеля возрастает с увеличением концентрации серной и со-
В.Ф. Борбат, О.А. Голованова, О.В. Глухова
л иной кислот [3]. Такая корреляция выявляется при расчете параметров коррозионных процессов с помощью программы CORROSION.
На скорость коррозии огромное влияние оказывает также наличие в коррозионной среде ингибиторов - веществ, которые замедляют скорость коррозии металла и при этом не ухудшают его рабочих свойств (прочность, твердость, износостойкость и др.), к ним предъявляются особые требования. Прежде всего - это нетоксичность и удобство применения. Мм посвящена большая часть нашей работы. Для сравнения ингибирую-щего действия веществ применяют такие характеристики, которые напрямую связаны с ним и легко измеряются в ходе эксперимента, например поляризационное сопротивление. Выявляется необходимость оценки такой зависимости как расчетным, так и графическим способом.
Скорость коррозии, общая убыль массы металла, а также вид коррозионных разрушений зависят как от природы самого металла, так и от условий среды, поэтому при создании данного программного продукта мы стремились это учесть. Так, локальный характер коррозионных поражений, в отличие от сплошной, расслаивающей коррозии, свойственен прежде всего пассивным металлам в карбонатных расплавах, содержащих малое количество ионов-активаторов.
Е.В. Никитина, Т.И. Манухина и др. [6] исследовали кинетику питтингообразования на алюминии в расплаве, содержащем хлорид-ионы. Исследование методом анодной хроноампероме-трии позволило изучить скорость роста оксидной пленки, влияние ряда факторов на процессы образования и развития локальных коррозионных поражений, накопить достаточное для рентгенофазового анализа количество продуктов оксидирования [6]. Для исследования кинетики подобных процессов очень удобно было бы применять нашу программу.
С целью защиты металлических конструкций применяют методы анодной, катодной защиты, создают сплавы, которые содержат определенный процент химических элементов, уменьшающих скорость корродирования основного металла. В промышленности на поверхность готовых деталей наносят специальные защитные покрытия, максимальный защитный эффект которых проявляется лишь при определенной толщине последних [о]. Поэтому очень важным является предварительный расчет времени, силы тока для проведения процесса и затрат электроэнергии.
Таким образом, на основании литературных данных и экспериментальных результатов в данной области была выявлена необходимость создания компьютерной программы, которая позволит применять теоретические знания для ре-
шения конкретных задач.
Поэтому на кафедре неорганической химии совместно с кафедрой математического моделирования разработана программа, которая имеет б основных пунктов меню:
1. Расчет убыли массы металла;
2. Расчет плотности металла подвергающегося коррозионному разрушению;
3. Расчет влияния ингибиторов на ход коррозионного процесса;
4. Построение графической зависимости объема выделившегося газа от времени опыта;
5. Расчет показателей коррозионных разрушений (массовый, линейный, объемный) ;
6. Расчет параметров защитных гальванопокрытий.
Так, по измеряемым в ходе экспериментов по временам коррозионных испытаний, площадям образцов металлов и изменениям их масс можно легко определить массовый показатель коррозии; токовый показатель рассчитывается исходя из площади образца и поляризационного сопротивления, измеряемого в процессе эксперимента; удельный расход электроэнергии на покрытие -по известным параметрам: силе тока, напряжению на ванне, времени и массе покрытия.
Программа написана на языке программирования TURBO PASKAL в среде MS -DOS (Delfi 3). Размер - 350 кБ. Исходные данные вводятся в окна ввода, над которыми указана необходимая размерность вводимой величины. Производятся необходимые вычисления с помощью клавиши "расчет". Полученные результаты выводятся на экран в виде цифровой или графической информации. Возможен повторный расчет по другим данным. Для студентов специализации "Электрохимия" по предмету "Коррозия и защита металлов" разработан пакет индивидуальных заданий. Он является приложением к программе и адаптирован для работы с ней. Каждое индивидуальное задание включает в себя 7 расчетных задач (общее число вариантов порядка 15-20 соответствует числу студентов в группе), для решения которых необходимо воспользоваться программой CORROSION и сделать необходимые выводы.
Условия задач и алгоритм их решения составлены, исходя из проводимых современных исследований в области ксфозии и защиты металлов.
Пример задачи:
В итоге измерений сопротивления поляризации при коррозии стали в растворе 1и. серной кислоты и в том же растворе, но с добавлением уротропина получены следующие результаты для стального цилиндра радиусом 0.6 см и высотой 1.2 см.
Программное обеспечение дисциплины "Коррозия и защита металлов".
33
]. Установите, как влияет уротропин на ход коррозионного процесса.
2. Рассчитайте токовый, массовый, линейный показатели коррозии для средних из трех последних измерений.
Для решения данной задачи студент может воспользоваться пунктами меню программы CORROSION, что позволит произвести расчет в сжатые сроки и не тратить время на. математические вычисления, по окончании которых на экран выводятся результаты расчета и графическая зависимость (см. рис. 1), по которой можно сделать выводы о ингибирующем влиянии добавки.
400
350 i
<g 300
*5 250 ё 200
150
I, мин
0 10 20 30 40 50 60
Рис. 1. Зависимость поляризационного сопротивления от времени опыта
Дополнительно, используя другой пункт меню программы, можно оценить эффективность действия и защитный эффект ингибитора. Эти параметры являются основными при проведении любых теоретических и лабораторных исследований ингибиторов коррозии металлов. Зная их, в промышленности осуществляется выбор наиболее приемлемого ингибитора коррозии. В качестве последних широкое применение находят органические вещества, ингибирующая активность которых связана прежде всего с их. строением, в частности с природой функциональных групп и длиной основной цепи. Поэтому при сравнении действия разных ингибиторов студентом может быть проведен, как количественный (сравнение их активностей), так и качественный анализ. Таким образом, осуществляется связь с другими дисциплинами, в частности с органической химией. При проведении исследований в области коррозии для установления характеристик раствора широко используются методы ЭДС и кон-дуктометрии, т.к. оперируют величинами, которые оказывают большое влияние на протекание процесса разрушения, металла. Исходя из потенциалов системы и некоторых других данных, получаемых при анализе на коррозионную устойчивость, производится расчет электропроводности раствора, коэффициентов активностей ионов, расчет константы равновесия изучаемой
системы. Это легко осуществимо с помощью программы СОИВиКТК, позволяющей опредеде-лять параметры характеристики раствора. Таким образом, применение разработанного комплекса программ ведет к совершенствованию процесса теоретических и практических исследований и подготовки студентов-электрохимиков, поскольку обеспечивает удобство и быстроту расчетов необходимых параметров.
[1] Воробьева Г.Я. Коррозионная стойкость материалов в агрессивных средах химических производств. М.: Химия, 1967.
[2] Варыпаев В.А., Зайцева H.A. Электрохимическая коррозия и защита металлов. Л., 1989.
[3] Камышев А.К., Мухин В.А. Влияние концентрации серной и соляной кислот на скорость растворения железа, никеля и желелокикелевых сплавов// Очистка сточных вод и конструкционных материалов: Научные труды Омского ин-та инж. ж.-д. транспорта. 1971. Т. 124. С. 44-47.
[4] Moussa M. N., El- Tagoury M. M., Pad) A.A., Hassan S. M. Карбоновые кислоты в качестве инг ибиторов коррозии алюминия в кислых и щелочных средах/ // Anti-Corros. Meth. And Materi -1990. 37, №3. С. 4-8.
[5] Топчиашвили JI. 11., Фрейма» Л.И. и др. Единая система защиты от коррозии и старения металлов и сплавов. Методы определения показателей коррозии и коррозионной стойкости. ГОСТ 9.908-85 (ст СЭВ 4815-84). М.: Гос. комитет СССР по стандартам, 1985.
[6] Никитина Е.В., Маяухина Т.И. и др. Кинетика питтингообразования на алюминии в расплаве карбонатов щелочных металлов, содержащем карбонат-ионы. Электрохимия, 1997. Т. 33. №12. С. 1419-1422.
