Испытания посредством метода поляризационного сопротивления
Обработка результатов экспериментов
С целью подбора ингибитора коррозии для пресных вод, характеризующихся высоким содержанием кислорода (6,0 - 7,0 мг/л), в лабораторных условиях определяли скорость коррозии металла образцов из углеродистой Стали 20 в неингибированной и ингибированной реагентами Аквакор 7202 и Аквакор 7203 воде. Лабораторные испытания выполняли гравиметрическим методом в U-образной ячейке (рис. 1) согласно ГОСТ 9.506-87 и ГОСТ 9.502-82 и методом поляризационного сопротивления по РД 39-3-611-81.
1 – U-образная ячейка; 2 – мешалка; 3 – герметичный привод; 4 – электродвигатель; 5 – образцы; 6 – испытуемая среда; 7 – штатив.
Рисунок 1 – Аппарат для испытаний при атмосферном давлении
Сущность гравиметрического метода заключается в определении потери массы металлических образцов за время их пребывания в испытуемой среде. При гравиметрическом методе скорость коррозии характеризуется массовым показателем Km (г/м2⋅час)
где m1 – масса образца до испытания, г; m2 – масса образца после испытания, г; S – площадь поверхности образца, м2; τ – время экспозиции, час.
где a – длина образца, м; b – ширина образца, м; h – толщина образца, м; d – диаметр отверстия, м (рис. 2).
Рисунок 2 – Испытуемый образец
Если изменение массы образца прямо пропорционально глубине проникновения коррозии в условиях общей коррозии, то массовый показатель часто пересчитывают в глубинный, который характеризует утонение образца в единицу времени.
где ПFe – глубинный показатель скорости коррозии, мм/год; 8760 – количество часов в году; 7,87 – плотность железа, г/см3.
где Z – степень защиты металла от коррозии, %; Km0 – скорость коррозии в неингибированной среде, г/м2⋅час; Km – скорость коррозии в ингибированной среде, г/м2⋅час.
Исследования выполняются в соответствии с ГОСТ 9.514-99 Ингибиторы коррозии металлов для водных систем. Электрохимический метод определения защитной способности.
Данный метод основан на принципе Штерна-Гири, полученном теоретически, путем дифференцирования уравнения поляризационной кривой вблизи стационарного потенциала коррозии (Δ ≤ 10 - 20 мВ). В общем случае этот принцип читается так: плотность тока коррозии обратно пропорциональна поляризационному сопротивлению поверхности электрода, измеренному вблизи стационарного потенциала коррозии.
Плотность тока коррозии вычисляется по формуле:
где ik - плотность тока коррозии, мА/см2;
Δi - возникающая анодная или катодная плотность тока при смещении потенциала (ΔE) на 10 - 20 мВ, мА/см2;
ba - постоянная, показывающая наклон тафелевого участка анодной поляризационной кривой, мВ;
bk - постоянная, показывающая наклон тафелевого участка катодной поляризационной кривой, мВ;
- коэффициент Sterna-Giri.
Данный метод реализован в коррозиметре «Моникор-2М» посредством которого и проводились коррозионные испытания.
Статистическую обработку результатов испытаний проводят по ГОСТ 9.502-82 в следующем порядке:
1. Определяют среднее арифметическое значение
где n – количество измерений.
2. Определяют стандартное среднеквадратичное отклонение отдельного измерения Sn, которое является мерой разброса опытных данных и характеризует случайную ошибку метода испытания, по формуле
3. Определяют среднеквадратичное отклонение среднего арифметического значения , которое характеризует точность метода измерения
Показатель точности исследования ( Е, % ) определяют по формуле
Результаты коррозионных испытаний считаются удовлетворительными, если Е ≤ 10%.
4. Исключают грубые погрешности измерения по максимальному относительному отклонению τ1-p, определяемому по таблице.
Если в силе неравенство
где x – выделяющееся значение;
р – уровень значимости, вычисляемый как разность между 1 и принятой доверительной вероятностью,
то данное измерение необходимо исключить.
5. Определяют двухсторонние доверительные границы случайного отклонения результата наблюдения Δx:
где + Δx – верхняя граница;
- Δx – нижняя граница;
t1 - p/2 – квантиль распределения Стьюдента;
f = n - 1 – число степеней свободы.
6. Определяют защитное действие ингибитора по максимальному, среднему и минимальному значениям скорости коррозии, если скорость коррозии без ингибитора имеет, например, следующий доверительный интервал
Для определения защитного действия ингибитора (Z, %), используют формулу
Окончательное защитное действие ингибитора записывают в виде доверительного интервала
где - защитное действие, определяемое по среднему значению скорости коррозии;
ΔZ - точность определения защитного действия, вычисляемая как
7. Проводят сравнения средних, используя квантили распределения Стьюдента (tрасч и tp, f). Разница между двумя сериями измерений (n1 и n2) является статистически значимой, если tрасч >t p, f.