Способ определения скорости коррозии металла

(51) 01 17/00 (2010.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ отложения, взвешивают образцы и определяют скорость коррозии по формуле, где К- скорость коррозии, г/(м 2 ч) 1 - масса образца с коррозионными отложениями до испытания, г 2 - масса образца без коррозионных отложений после испытания, г Мр - средняя масса коррозионных отложений образца, г- площадь поверхности образца с коррозионными отложениями, м 2- время испытания, ч, согласно изобретению,образцы очищают для удаления верхних слабосвязанных слоев продуктов коррозии,внешнюю и боковые поверхности образцов шлифуют и полируют, промывают водой,обезжиривают, выдерживают в эксикаторе с хлористым кальцием не менее 24 часов, сушат и взвешивают, затем подвергают химическому травлению в ингибированном тиомочевинной растворе серной кислоты в течение 30 минут с трехкратной механической очисткой или химическому травлению в ингибированном тиомочевинной растворе соляной кислоты в течение 10 минут с двукратной механической очисткой, по разнице масс до и после химической обработки определяют массу коррозионных отложений, а в качестве показателя площади поверхности образца с коррозионными отложениями дополнительно используют истинную удельную площадь.(72) Алдыяров Тимур Кубаисович Байбатыров Едиге Нургалиевич Бут Анатолий Алексеевич Нефедов Александр Николаевич Махмотов Ербол Омирбеков Султан Нуржакипович(56) Предварительный патент РК 15757, кл. 01 17/00, 16.05.200.5(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ КОРРОЗИИ МЕТАЛЛА(57) Изобретение относится к коррозионным испытаниям и может быть использовано для определения скорости коррозии металлического оборудования. Технический результат - повышение точности измерений и расширение технологических возможностей за счет сравнения экспериментальных данных по скорости коррозии между собой после их нормализации по отношению к истинной поверхности - достигается тем, что в способе определения скорости коррозии металла,включающем изготовление образцов из заготовки,имеющей коррозионные отложения на одной из сторон, затем с одних образцов удаляют коррозионные отложения, взвешивают после очистки и определяют среднюю массу коррозионных отложений, а другие образцы с коррозионными отложениями помещают в коррозионную среду и выдерживают в ней, после чего с поверхности образцов удаляют коррозионные Изобретение относится к коррозионным испытаниям и может быть использовано для определения скорости коррозии металлического оборудования. Известен способ коррозионных испытаний металлов, при котором скорость коррозии определяют по потерям массы образца по формуле где К - скорость коррозии, о - первоначальная масса образца,1 - масса образца после коррозии,- поверхность образца и- время. При определении этого показателя удаляют продукты коррозии простым механическим воздействием(щетками или деревянными шпателями). Если продукты коррозии механически удаляются плохо, то используют специальные электролиты, растворяющие продукты коррозии, но не реагирующие с металлом (Розенфельд И.Л.,Жигалова К.А. Ускоренные методы коррозионных испытаний металлов (теория и практика), - М. Металлургия, 1966, с. 91). Указанный способ предусматривает определение скорости коррозии только очищенного образца и не позволяет определить скорость коррозии образца с имеющимися коррозионными отложениями. Известен способ определения скорости кислородной и углекислотной коррозии гравиметрическим методом, заключающийся в том,что образцы, имеющие форму дисков, шлифуют наждачной бумагой и промывают раствором щелочи, спирта и эфира. Перед установкой в коррозионную среду высушенные и выдержанные в течение суток в эксикаторе (лучше вакуумном) пластинки взвешивают на аналитических весах. Срок коррозионных испытаний обычно составляет 5-12 мес. После окончания испытаний пластинки извлекают из коррозионной среды. Слои продуктов коррозии с их поверхности удаляют струей воды и мягкой резинкой. Если отложения удаляются не полностью, то пластинки погружаются на 10-20 мин в 5-ный раствор ингибированной соляной кислоты при комнатной температуре, а затем вновь промывают сильной струей воды. При необходимости процедуру повторяют до полного удаления отложений. Очищенные от продуктов коррозии пластинки промывают спиртом или эфиром, сушат и вновь взвешивают. Среднее значение скорости коррозии металла вычисляется по формуле( 12 )10 4 /,где СК - скорость коррозии, г/(м 2 ч)1 - масса пластинки до удаления оксидов, г 2 - масса пластинки после удаления оксидов, г- общая площадь поверхности пластинки, м 2- длительность испытания, ч (Акользин А.П. Контроль коррозии металла котлов - М. Энергоатомиздат, 1994, с. 4). Данный способ позволяет определить скорость коррозии только очищенного и отшлифованного образца, но не обеспечивает определение скорости коррозии образцов, имеющих коррозионные отложения. Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ определения скорости коррозии металла,включающий изготовление образцов из металла,очистку, взвешивание, помещение в коррозионную среду с последующим удалением продуктов коррозии и взвешиванием образцов. Из одной заготовки,имеющей коррозионные отложения на одной из сторон,изготавливают образцы, внешнюю поверхность которых, без коррозионных отложений, и боковые поверхности покрывают защитным лаком и взвешивают,затем с одних образцов очищают коррозионные отложения, взвешивают после очистки и определяют среднюю массу коррозионных отложений, а другие образцы с коррозионными отложениями помещают в коррозионную среду и выдерживают в коррозионной среде не менее 10 суток, после чего с поверхности образцов, не покрытой лаком, удаляют коррозионные отложения, взвешивают образцы и определяют скорость коррозии по формуле, где- скорость коррозии, г/(м 2 ч)- масса образца с коррозионными отложениями до испытания, г- масса образца без коррозионных отложений после испытания, г Мср - средняя масса коррозионных отложений образца, г- площадь поверхности образца с коррозионными отложениями, м 2- время испытания, ч (предварительный патент РК 15757, кл.01 17/00, 2005). Указанный способ позволяет определять скорость коррозии на геометрическую площадь поверхности образцов. Площадь поверхности образцов свидетелей и темплетов (образец темплет- это образец металла,покрытый коррозионными отложениями),определяемая обычным измерительным инструментом или прибором для измерения линейных размеров, - это видимая геометрическая площадь поверхности геом. Однако истинная площадь поверхности твердых металлов всегда больше, чем геометрическая площадь, особенно образцов-темплетов. Поэтому чтобы получить возможность сравнивать экспериментальные данные между собой их следует нормализовать по отношению к истинной поверхности. На поверхности прокорродированных образцов(темплетов) имеются раковины, каверны, язвы и питтинги, вследствие этого происходит увеличение истинной площади поверхности темплетов. Поэтому для расчета скорости коррозии гравиметрическим методом на прокорродированных образцах необходимо определить истинную площадь поверхности темплетов. Задачей изобретения является разработка способа определения скорости коррозии металлов действующего оборудования,поврежденного коррозией с учетом истинной площади поверхности образца. Технический результат - повышение точности измерений скорости коррозии прокорродированной поверхности металла и возможность сравнения экспериментальных данных по скорости коррозии между собой после их нормализации по отношению к истинной поверхности. Указанный результат достигается тем, что в способе определения скорости коррозии металла,включающем изготовление образцов из заготовки,имеющей коррозионные отложения на одной из сторон, затем с одних образцов очищают коррозионные отложения, взвешивают после очистки и определяют среднюю массу коррозионных отложений, а другие образцы с коррозионными отложениями помещают в коррозионную среду и выдерживают в ней, после чего с поверхности образцов удаляют коррозионные отложения, взвешивают образцы и определяют скорость коррозии по формуле, где К- скорость коррозии, г/(м 2 ч) 1 - масса образца с коррозионными отложениями до испытания, г 2 - масса образца без коррозионных отложений после испытания, г Мр - средняя масса коррозионных отложений образца, г- площадь поверхности образца с коррозионными отложениями, м 2- время испытания, ч. Согласно изобретению, образцы очищают для удаления верхних слабосвязанных слоев продуктов коррозии, внешнюю и боковые поверхности образцов шлифуют и полируют, промывают водой, обезжиривают,выдерживают в эксикаторе с хлористым кальцием не менее 24 часов, сушат и взвешивают, затем подвергают химическому травлению в ингибированном тиомочевинной растворе серной кислоты в течение 30 минут с трехкратной механической очисткой или химическому травлению в ингибированном тиомочевинной растворе соляной кислоты в течение 10 минут с двукратной механической очисткой, по разнице масс до и после химической обработки определяют массу коррозионных отложений, а в качестве показателя площади поверхности образца с коррозионными отложениями используют истинную удельную площадь. Из одной заготовки, имеющей коррозионные отложения на одной из сторон, изготавливают образцы,внешнюю поверхность которых без коррозионных отложений и боковые поверхности покрывают защитным лаком или водостойкой краской фирмы ТИККУРИЛА и взвешивают, затем, по меньшей мере 5 образцов очищают от коррозионных отложений, взвешивают после очистки и определяют среднюю массу коррозионных отложений, а оставшиеся образцы с коррозионными отложениями после измерения истинной удельной площади помещают в коррозионную среду и выдерживают в коррозионной среде не менее 30 суток, после чего с поверхности образцов, не покрытой защитным лаком или краской, удаляют коррозионные отложения, взвешивают образцы и определяют скорость коррозии. Химическое травление в растворе серной кислоты проводят при температуре не выше 22 С,при этом используют ингибированный тиомочевинной (5 г/л) раствор серной кислоты концентрацией 100 мл/л, а механическую очистку ведут в течение 2 минут через каждые 10 минут травления. Химическое травление в растворе соляной кислоты проводят при температуре 22-25 С, при этом используют ингибированный тиомочевинной(10 г/л) раствор соляной кислоты концентрацией 500 мл/л, а механическую очистку ведут в течение 2 минут через каждые 5 минут травления. Измерение удельной площади осуществляют по низкотемпературной адсорбции азота методом БЭТ(Брунауэр, Эммет и Теллер). Способ осуществляют следующим образом. Образцы - темплеты изготавливают в виде пластин размерами 50204(мм). После изготовления образцы - темплеты промывают струей проточной воды и очищают щетинной щеткой для удаления верхних слабосвязанных слоев продуктов коррозии. Внешние и боковые поверхности образцов шлифуют и полируют до зеркального блеска на водостойких шлифовальных шкурках зернистостью от 150 до 2000. После полирования образцы промывают струей дистиллированной воды, обезжиривают органическими растворителями (этиловым эфиром, ацетоном). Качество обезжиривания проверяют путем полного смачивания поверхности образцов водой. После обезжиривания все операции с образцами проводят взятием образцов за торцы руками в хлопчатобумажных перчатках или пластмассовым пинцетом. Подготовленные образцы выдерживают в эксикаторе с хлористым кальцием не менее 24 часов или сушат при температуре 1002 С, охлаждают и взвешивают с точностью 0,0001 г. После взвешивания образцы-темплеты для удаления коррозионных отложений при температуре не выше 22 С подвергают химическому травлению в ингибированном тиомочевиннои (5 г/л) растворе серной кислоты (100 мл концентрированной на 1 л раствора) в течение 30 минут с трехкратной механической очисткой в течение 2 мин. через каждые 10 минут травления. При температуре 2225 С следует использовать травление в ингибированном тиомочевинной (10 г/л) растворе соляной кислоты (500 мл/л) продуктов коррозии в течение 10 минут с двукратной механической очисткой поверхности в течение 2 мин. через каждые 5 минут травления. Очищенные образцы - темплеты после химической обработки тщательно промывают проточной и дистиллированной водой, обезжиривают органическими растворителями (этиловым эфиром,ацетоном). Подготовленные образцы выдерживают в эксикаторе с хлористым кальцием не менее 24 часов или сушат при температуре 1002 С до постоянной массы, охлаждают и взвешивают с точностью до 0,0001 г. По разнице масс до и после химической обработки определяют массу коррозионных отложений. Количество образцов должно быть не менее пяти. Среднюю массу коррозионных отложений,имеющихся на темплетах, вычисляют по формуле, где Мр - средняя масса коррозионных отложений на образцах - темплетах, г 1 - масса образца - темплета с коррозионными отложениями, г 2 - масса образца - темплета без коррозионных отложений, г- число образцов. Статистическая обработка полученных результатов проводится по Приложению 4 ГОСТ 9. 502 - 82. Средняя масса коррозионных отложений на исходных образцах-темплетах, определенная по известному способу, составляет 0,1096 г, по предлагаемому способу 0,2566 г. Для определения потерь металла проводят контрольное травление на образцах-свидетелях(не менее пяти),не подвергавшихся коррозионным испытаниям. Контрольные образцы предварительно шлифуют и полируют до зеркального блеска пастой ГОИ на полировочном круге с не ворсистой тканью (сукно, замша), вращающегося со скоростью 700-800 об/мин. После полирования образцы промывают струей дистиллированной воды,обезжиривают органическими растворителями (этиловым эфиром,ацетоном). Качество обезжиривания проверяют путем полного смачивания поверхности образцов водой. После обезжиривания все операции с образцами проводят взятием образцов за торцы руками в хлопчатобумажных перчатках или пластмассовым пинцетом. Подготовленные образцы-свидетели выдерживают в эксикаторе с хлористым кальцием не менее 24 часов или сушат при температуре 1002 С до постоянной массы,охлаждают и взвешивают с погрешностью до 0,0001 г. Затем при температуре не выше 22 С подвергают химическому травлению в ингибированном тиомочевинной (5 г/л) растворе серной кислоты (100 мл концентрированной на 1 л раствора) в течение 30 минут с трехкратной механической очисткой в течение 2 мин. через каждые 10 минут травления. При температуре 22-25 С следует использовать травление в ингибированном тиомочевинной (10 г/л) растворе соляной кислоты (500 мл/л) продуктов коррозии в течение 10 минут с двукратной механической очисткой поверхности в течение 2 мин. через каждые 5 минут травления. После травления определяют величину потери массы металла каждого образца и вычисляют среднее арифметическое значение потери массы образца. Выбранный раствор и режим травления приемлемы для используемого металла, если среднее арифметическое значение потери массы образца в соответствии с ГОСТ 9.907-83 не превышает 0,005 массы нетравленого образца. Среднее арифметическое значение потери массы образца составило 0,0045 от средней массы нетравленого образца, что меньше 0,005 массы нетравленого образца. Следовательно, выбранный раствор и режим травления в соответствии с ГОСТ 9.907-83 приемлемы для используемого металла. В таблице 1 представлены данные по определению потерь металла на образцах-свидетелях при контрольном травлении в ингибированном тиомочевинной растворе серной кислоты. Коррозионные отложения, образовавшиеся на поверхности образцов- темплетов и свидетелей после испытаний в коррозионной среде, удаляют тем же способом, что и при определении средней массы коррозионных отложений на поверхности исходных образцов-темплетов. Расчет скорости коррозии после коррозионных испытаний для образцов- свидетелей проводится по формуле, где 1 - масса образца до испытаний, г 2 - масса образца после испытаний и удаления продуктов коррозии, г- геометрическая или истинная площадь поверхности образца, м 2.- продолжительность испытания, час. Скорость коррозии образца-темплета определяется по формуле, где 1 масса образца-темплета с коррозионными отложениями до испытания, г 2 - масса образца-темплета без коррозионных отложений после испытания, г М - средняя масса коррозионных отложений на образце темплете, г- геометрическая или истинная площадь поверхности образца темплета с коррозионными отложениями, м 2- время испытания, час. Измерение истинной площади образцовсвидетелей и темплетов до и после коррозионных испытаний проводят на Анализаторе поверхности и объемных пор (модель 2100, серии ,) методом БЭТ по низкотемпературной адсорбции азота. Нижний предел измерения удельной поверхности данным прибором составляет 0.001 м 2 /г, верхний не ограничен. В таблице 2 представлены результаты измерений истинной удельной площади образцов-свидетелей методом БЭТ после коррозионных испытаний и растворения продуктов коррозии. В таблице 3 представлены результаты измерений истинной удельной площади образцов-темплетов методом БЭТ после коррозионных испытаний и растворения продуктов коррозии. Образцы-темплеты после испытаний в коррозионной среде не менее 30 суток в соответствии с режимом установки-снятия образцов вынимали из кассет, промывали струей проточной воды и очищали щетинной щеткой для удаления верхних слабосвязанных слоев продуктов коррозии. Затем образцы подвергали химическому травлению в ингибированном тиомочевинной растворах серной или соляной кислот до полного удаления продуктов коррозии. Значения скоростей коррозии образцовсвидетелей и темплетов на геометрическую и истинную площадь после коррозионных испытаний в течение 720 часов по предлагаемому способу приведены в таблице 4 (в числителе приведены значения скорости коррозии, рассчитанные по прототипу, в знаменателе - по предлагаемому способу). Из данных таблицы видно, что в пересчете на истинную площадь образцов скорость коррозии имеет различные значения. Это обусловлено разной величиной истинной площади образцов после коррозионных испытаний вследствие протекания локальной коррозии (питтинговой, язвенной). Поэтому сравнение экспериментальных данных по скорости коррозии прокорродированной поверхности металла между собой возможно только после их нормализации по отношению к истинной поверхности. Средняя скорость коррозии образцов-темплетов(образцов с коррозионными отложениями) в пересчете на геометрическую и истинную площадь,определенная по предлагаемому способу (в знаменателе),больше скорости коррозии,определенной по известному способу (в числителе). Следовательно, предлагаемый способ приводит к повышению точности в определении скорости коррозии. Таблица 1 Потеря после травления образцов, г 31.1520 31.0969 31.0454 31.0133 30.9092 Среднее значение массы Потеря массы образцов в от массы нетравленого образца 0.0032 0.0051 0.0039 0.0055 0.0045 0.0045 Таблица 2 Геометрическая площадь,геом 10-4, м 2 21.5 21.5 21.5 21.5 21.5 21.5 21.5 21.5 21.5 21.5 Таблица 4 образцов Скорость коррозии Средняя скорость Скорость коррозии Средняя скорость образцов на геом. коррозии на геом. образцов на истин, коррозии на истин,поверх., К, г/м 2 ч поверх., К, г/м 2 ч поверх., К 10-3, г/м 12 ч поверх., К 10-3 ,г/м 2 ч свид ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ определения скорости коррозии металла, включающий изготовление образцов из заготовки, имеющей коррозионные отложения на одной из сторон, затем с одних образцов очищают коррозионные отложения, взвешивают после очистки и определяют среднюю массу коррозионных отложений, а другие образцы с коррозионными отложениями помещают в коррозионную среду и выдерживают в ней, после чего с поверхности образцов удаляют коррозионные отложения, взвешивают образцы и определяют скорость коррозии по формуле, где К- скорость коррозии, г/(м 2 ч) 1 - масса образца с коррозионными отложениями до испытания, г 2 - масса образца без коррозионных отложений после испытания, г Мср - средняя масса коррозионных отложений образца, г- площадь поверхности образца с коррозионными отложениями, м 2- время испытания, ч, отличающийся тем, что образцы очищают для удаления верхних слабосвязанных слоев продуктов коррозии, внешнюю и боковые поверхности образцов шлифуют и полируют, промывают водой,обезжиривают, выдерживают в эксикаторе с хлористым кальцием не менее 24 часов, сушат и взвешивают, затем подвергают химическому травлению в ингибированном тиомочевинной растворе серной кислоты в течение 30 минут с трехкратной механической очисткой или химическому травлению в ингибированном тиомочевинной растворе соляной кислоты в течение 10 минут с двукратной механической очисткой, по разнице масс до и после химической обработки определяют массу коррозионных отложений, а в качестве показателя площади поверхности образца с коррозионными отложениями дополнительно используют истинную удельную площадь. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что химическое травление в растворе серной кислоты проводят при температуре не выше 22 С, при этом используют ингибированный тиомочевинной (5 г/л) раствор серной кислоты концентрацией 100 мл/л, а механическую очистку ведут в течение 2 минут через каждые 10 минут травления. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что химическое травление в растворе соляной кислоты проводят при температуре 22-25 С, при этом используют ингибированный тиомочевинной (10 г/л) раствор соляной кислоты концентрацией 500 мл/л, а механическую очистку ведут в течение 2 минут через каждые 5 минут травления. 4. Способ по п.п. 1-3, отличающийся тем, что измерение истинной удельной площади осуществляют по низкотемпературной адсорбции азота методом БЭТ.