Спосіб визначення швидкості корозії металу в середовищах з малою електропровідністю

Спосіб визначення швидкості корозії металу для середовищ з малою електропровідністю в умовах дифузійного контролю і пасивацм, що полягає в поляризації з різними знаками двох ідентичних кородуючих електродів з досліджуваного металу, що складають єдиний вимірювальний ланцюг, до заданих значень різниці потенціалів AU-| і ДІІ2 = 2AU-| в межах 15120 мВ і вимірах поляризаційних струмів, за величиною яких обчислюють швидкість корозії, який відрізняється тим, що поляризацію електродів проводять в гальванодинамічному режимі і при досягненні першої заданої різниці потенціалів фіксують значення струму м, короткочасно вимикають струм поляризації і в момент вимикання фіксують коректовану першу різницю потенціалів ди^, потім продовжують гальванодинамічний режим поляризації з періодичними короткочасними вимиканнями та фіксацією струмів і коректованих значень різниці потенціалів до того моменту, поки остання коректована різниця потенціалів ВДВІЧІ не перевищить першу, та швидкість корозії за формулою AU-j визначають Де h - струм від першої коректованої різниці потенціалів AUf, b - струм від останньої коректованої різниці потенціалів за умови, що ДІІ2 = 2ДІІ1К СО Винахід відноситься до способів визначення швидкості корозії за даними поляризаційних вимірювань поблизу потенціалу корозії метала з використанням нелінійності поляризаційних кривих Запропонований спосіб призначений для визначення корозійних параметрів металів, що кородують у водних аерованих середовищах, а також при їх пасивацм Він може бути реалізований в корозійно-вимірювальній техніці для вимірювання швидкості корозії металевого обладнання і трубопроводів, наприклад, на теплоелектростанціях, в теплових мережах, системах гарячого водопостачання, зворотного водозабезпечення промислових підприємств ВІДОМІ способи визначення швидкості корозії за даними поляризаційних вимірювань, що усувають невизначеність, яка пов'язана з неповнотою інформації про значення констант Тафеля До них відносяться двохточковий та трьохточковий спо соби та їх варіанти ( див S Barnartt "Corrosion" 1971- V27, № 17- с 467-470, S Barnartt, M Donaldson "Corrosion" -1983 - V 39, № 1 - с 33-35, MJ Danielson "Corrosion"- 1982- V 38, № 1 1 c 580-586), способи Мансфельда і комп'ютерні розрахунки швидкості корозії та сталих Тафеля (див збірник "Достижения науки о коррозии и технологии защиты от нее, т 6, под ред М Фонтана, Р Стэйл, М Металлургия- 1980- с 259-265), а також способи, що використовують аналітичні рішення основного корозійного кінетичного рівняння відносно швидкості корозії (див J Jankowski, R Juchniewicz "Corrosion Sience" - 1980-V 29, №7с 841-851, ВС Белеевский, ЮМ Куделин «Защита металлов»- 1989- т 25, №1 - с 80-85) Всі ці способи базуються на основному рівнянні електрохімічної кінетики для кородуючого метала і полягають у визначенні струму корозії за величиною поляризаційних струмів при певних співвідношен о (О 60123 нях електродної поляризації В усіх наведених способах застосовується звичайна трьохелектродна схема потенціостатичних або гальваностатичних вимірювань Вона включає вимірювальний кородуючий (робочий) електрод, допоміжний та електрод порівняння Спосіб визначення швидкості корозії полягає в тому, що робочий електрод після встановлення стаціонарного потенціалу поляризують до заданого потенціалу в катодний, або в анодний бік Виміривши три, чотири ( або більше, як у комп'ютерних методах) значення струму при потенціалах різної полярності, обчислюють швидкість корозії метала Як правило, потенціал електрода зсувають від стаціонарного на кілька десятків МІЛІВОЛЬТ, щоб суттєво не впливати на природний перебіг корозійних процесів Відомий спосіб визначення швидкості корозії, запропонований Енгелем для нейтральних аерованих середовищ або пасивних металів, тобто випадків, коли електродна реакція перебігає в області дифузійних або пасиваційних обмежень ( див збірник "Достижения науки о коррозии и технологии защиты от нее, т 6, под ред М Фонтана, Р Стэйл, М Металлургия - 1980-с 253-255) Згідно цьому способу, вимірювальний кородуючий електрод поляризують до потенціала Е = Е С 0 Г +ДЕ 1 , де Есог - потенціал корозії (стаціонарний потенціал), ДЕ-| - поляризація електрода Потім електрод поляризують в протилежний бік до такого ж за величиною потенціала (ДЕ-|=-ДЕ2) і вимірюють ВІДПОВІДНО катодний і анодний струми, а швидкість корозії, виражену в одиницях струму, обчислюють за формулою (1) де h - струм анодної поляризації (ДЕ-| b - струм катодної поляризації (ДЕ2) Поляризація електрода спочатку в анодний бік, потім розрядження електрода до стаціонарного потенціалу і наступна поляризація в катодний бік є досить тривалими Це обумовлено наявністю значної поляризаційної ємності Ср, яка виникає в корозійних системах через відкладення поверхневих продуктів корозії або пасиваційних шарів Поляризаційна ємність може досягати десятків тисяч мкФ/см2, тому час, необхідний для зарядження такої ємності і встановлення струму складатиме сотні секунд За цей час може змінитися величина стаціонарного потенціалу (звичайний дрейф ± 1 - 2 мВ на хвилину), що впливатиме на точність вимірювання Крім цього, при вимірюванні цим способом в середовищах з малою електропровідністю можуть виникати значні похибки, пов'язані з включенням в електродну поляризацію омічної поляризації (IRs-падшня напруги) Незважаючи на використання трьохелектродної схеми вимірювання поляризаційних даних, конструкція промислових датчиків усуває вплив омічної поляризації лише на половину Тим самим, похибки вимірювання в цих середовищах залишаються значними В способі прототипу (Способ определения скорости коррозии в условиях диффузионного контроля и пассивации Заявка №94076425 от 28 07 94 г Промислова власність Офіційний бюлетень №1 - 1996 - с 292) використовується двохелектродна схема вимірювання поляризаційних характеристик Визначення швидкості корозії включає одночасну поляризацію з різними знаками двох ідентичних кородуючих електродів з досліджуваного метала, які складають єдиний вимірювальний ланцюг, до заданих значень різниці потенціалів Дії-] = ДЕ?-ДЕ? ( де ДЕ? - зміна потен ціалу аноднополяризаваного електрода, ДЕІ[ зміна потенціалу катоднополяризованого електрода) і вимір поляризаційного струму h Потім при подвоєній величині цієї різниці потенціалів ДІІ2 = 2ДІІ1, вимірюють поляризаційний струм Ь і розраховують швидкість корозії за формулою (2) де h — струм, що відповідає різниці потенціалів ALJ-| , b - струм при різниці потенціалів ДІІ2 = 2ДІІ1 Напругу і стум поляризації задають і контролюють за допомогою стандартних вимірювальних приладів (потенцюстата, програматора, вольтметра, амперметра) Величина Диі не повинна бути меншою за 10-15 мВ, щоб запобігти великих похибок при вимірювані, а подвоєне значення різниці потенціалів не повинно перевищувати 100 - 120 мВ, щоб суттєво не впливати на корозійний процес Недоліком прототипу є те, що в середовищах з низькою електропровідністю (наприклад, прісна вода, яка застосовується в зворотних системах охолодження та нагрівання, водопостачання в комунальному господарстві) в різницю потенціалів включається падіння напруги на опорі розчину Його доля при вимірах різниці потенціалів досягає 20 - 50%, особливо при підвищених температурах Через це зростає похибка при вимірах поляризаційного струму і, ВІДПОВІДНО, швидкості корозії В основу винаходу поставлено задачу удосконалення способу вимірювання швидкості корозії в умовах дифузійного контролю та пасивації шляхом корекції вимірювання значень міжелектродної різниці потенціалів, яка враховує падіння напруги на опорі розчину, що тим самим забезпечує підвищення точності визначення швидкості корозії Поставлена задача вирішується тим, що в способі визначення швидкості корозії металів в середовищах з малою електропровідністю, що полягає в поляризації з різними знаками двох ідентичних кородуючих електродів з досліджуваного метала, що складають єдиний вимірювальний ланцюг, до заданих значень різниці потенціалів ALJ-| і ДІІ2 = 2ДІІ1 в межах 15-120мВ і вимірах поляризаційних струмів, за величиною яких обчислюють швидкість корозії, новим є те, що поляризацію електродів проводять в гальванодинамічному режимі і при досягненні першої заданої різниці поте 60123 нціалів фіксують значення струму h, короткочасно вимикають струм поляризації і в момент вимикання фіксують коректовану першу різницю потенціалів A l l j f , потім продовжують гальванодинамічний режим поляризації з періодичними короткочасними вимиканнями та фіксацією струмів і коректованих значень різниці потенціалів до того моменту, поки остання коректована різниця потенціалів Alljf ВДВІЧІ не перевищить першу, та визначають швидкість корозії за формулою (3) 2І1-І2 де Н - струм від першої коректованої різниці потенціалів д и і ^ , b — струм від останньої коректованої різниці потенціалів за умови, що Д І І ^ = 2ДІІ 1 К Суть запропонованого способу вимірювання поляризаційних даних полягає у відліку значень поляризаційних струмів h та Ь, які відповідають мінімальній заданій різниці потенціалів (ДІІІ^ = 2030 мВ) д и ^ = 2AU1 та K подвоєній за вилученням різниці потенціалів падіння напруги на опорі розчину Rs Підвищення у запропонованому способі, що забезпечує очікуваний технічний результат, досягається завдяки використанню режиму гальванодинамічної поляризації двоелектродного датчика з періодичним и перериванням та вимірами поляризаційних струмів і міжелектродної поляризації, значення якої коректують шляхом вилучення IRsпадіння напруги Алгоритм вимірювання наступний вимірювання початкової міжелектродної різниці потенціалів Uo, накладання гальванодинамічної поляризації, при досягненні значення струму, ВІДПОВІДНОГО першому відліковому значенню поляризації (AU-| = 20 - ЗО мВ), короткочасне переривання його і фіксація величин струму h і поляризації ДІІІ^ за вилученням IRs-падіння напруги, продовження гальванодинамічної поляризації з періодичним перериванням струму та зіставленням величини наступних значень скорегованої різниці потенціалів з першим ВІДЛІКОВИМ значенням д и і ^ , при досягненні співвідношення величин кінцевої і початкової скорегованої поляризації, рівного двом ДІІ2 = 2AU1 K , фіксування кінцевого значен ня струму Ь та скорегованої поляризації, відключення гальванодинамічної поляризації, обчислення швидкості корозії за отриманими значеннями поляризаційних струмів по формулі (3) Спосіб ілюструється кресленнями На фіг 1 показано графік зміни поляризаційного струму І в залежності від часу вимірювання т , на фіг 2 - ВІДПОВІДНИЙ графік зміни міжелектродної поляризації Дії в залежності від часу вимірювання т з фіксацією IRs-падіння напруги На фіг 3 наведена блоксхема способу вимірювань швидкості корозії з урахуванням опору корозійного середовища Блок схема складається з таких структурних елементів 1 - двоелектродна комірка, 2 - програматор І, 3 підсилювач, 4 -вимірювальний перетворювач струму поляризації, 5 - реєстратор струму, 6 - підсилювач компенсації, 7 - електрометричний підсилювач, 8 - вимірювальний перетворювач поляризації Д і ї , 9 - реєстратор поляризації, 10 - програматор II, Ra - резистор узгодження Розроблений алгоритм вимірювання поляризаційних даних здійснюється таким чином на двоелектродну комірку 1 від програматора 2 через підсилювач 3 подається поляризуючий струм в гальванодинамічному режимі Значення струму фіксуються блоком вимірювального перетворювача 4 і реєстратора 5 , а значення міжелектродної поляризації — підсилювачем компенсації 6, електрометричним підсилювачем 7, вимірювальним перетворювачем поляризації 8 та реєстратором 9 Другий програматор 10 відпрацьовує програму періодичного переривання ( на кілька мкс) наростаючого струму для того, щоб в момент вимикання струму зареєструвати величину коректованої різниці потенціалів за вилученням падіння напруги на опорі розчину IRs За величинами поляризаційних струмів h та Ь проводять обчислення швидкості корозії по формулі (3) Експериментальну перевірку запропонованого способу визначення швидкості корозії проводили на двоелектродному датчику з електродами з сталі 20 у водопровідній воді м Києва На тому ж датчику в тих же умовах, з метою порівняння точності, проводили вимірювання швидкості корозії способом прототипу Отримані результати наведені в таблиці Значення швидкості корозії, отримані з урахуванням опору розчину більші, ніж обчислені способом прототипу по струмам, які відповідають не корегованим величинам Дії Процент похибок досить значний, отже для підвищення точності вимірювань на двохелектродному датчику в розбавлених розчинах необхідно використовувати запропонований спосіб Таблиця Поляризаційні дані та швидкість корозії, визначені з урахуванням та без урахування IRs-падшня напруги (спосіб прототипу) Без урахування IRs 3 урахуванням IRs Дії-], мВ її, мА І2, МА Ісог А / М 35 0,035 0,057 0,126 2 диі^, мВ 26 Похибка, % її, мА І2, мА Ісог А / М 0,038 0,068 0,191 2 34,0 60123 Комп'ютерна верстка С Волобуев Підписано до друку 06 10 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна