Анотація до роботи:

Білоусова Н.А. Поляризаційні методи визначення швидкості корозії металів та їх метрологічна оцінка. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.14 – Хімічний опір матеріалів та захист від корозії. - Національний технічний університет України „Київський політехнічний інститут”, Київ, 2005.

Дисертація присвячена удосконаленню електрохімічного метода поляризаційного опору в частині встановлення закономірностей впливу складу середовища та умов перебігу корозійного процесу на коефіцієнт пропорційності К між поляризаційним опором та швидкістю корозії, розробці нового метода нелінійної подвійної поляризації (НПП) для безпосереднього визначення швидкості корозії і коефіцієнтів Тафеля, а також проведенню метрологічної оцінки цих методів.

Викладено теоретичне обґрунтування нового метода НПП в умовах дифузійного та пасиваційного контролю, який усуває недосконалість методу лінійної поляризації, пов’язану з емпіричними коефіцієнтами, для двохелектродної схеми поляризаційних вимірювань та проведена його експериментальна перевірка на різних об’єктах. Запропоновано спосіб урахування падіння напруги на опорі розчину, який суттєво підвищує точність вимірювання в малопровідних середовищах. Показано, що методом НПП можна отримувати достовірні результати і оцінювати ефективність інгібіторів корозії та пасиваторів у нейтральному середовищі.

Проведено метрологічну оцінку вимірювання поляризаційного опору та швидкості корозії методом поляризаційного опору, запропоновано проект стандартного зразка корозивності середовищ.

1. Встановлені і обґрунтовані закономірності впливу складу середовища та умов перебігу корозійного процесу на емпіричні коефіцієнти взаємозв’язку К між поляризаційним опором та швидкістю корозії в методі лінійної поляризації. Для окремих інгібіторів кислотного травлення ( КПІ-3, КПІ-9, Катапін К, ХОСП-10) ця закономірність для маловуглецевої сталі має лінійний характер в залежності від концентрації інгібітору та концентрації кислоти, що пояснюється зміною -потенціалу. Залежність коефіцієнта К від температури в інтервалі 25 ⁰С – 100 ⁰С для маловуглецевої сталі в сірчаній кислоті в області концентрацій 0,01н - 2,0н має мінімум при t 50 ⁰С, що, можливо, пов’язане з екстремальною температурною точкою ізоморфного перетворення заліза. У нейтральних середовищах з низькою та середньою мінералізацією коефіцієнт К мало залежить від температури. Для забезпечення належної точності визначення швидкості корозії методом лінійної поляризації необхідно використовувати знайдені закономірності коефіцієнта К для досліджених систем.

2. Вперше створено метод нелінійної подвійної поляризації (НПП) для визначення кінетичних параметрів корозії металів з дифузійним або пасиваційним контролем. Теоретичне обґрунтування метода проведено на основі поляризаційних вимірів за двохелектродною схемою в області нелінійності поляризаційної кривої поблизу потенціалу корозії. Виведені аналітичні формули розрахунку струму корозії та коефіцієнтів Тафеля по двох значеннях поляризаційних струмів І₁ та І₂, які відповідають поляризації DU та 2DU, а також формули відносної методичної похибки визначення струму корозії залежно від точності вимірювання поляризаційних струмів.

3. Розроблено алгоритм, блок-схему, лабораторну установку та методику вимірів поляризаційних даних методом НПП з урахуванням опору корозійного середовища, які підвищують точність вимірів. Застосовано режим гальванодинамічної поляризації з періодичним короткочасним перериванням струму і фіксацією падіння напруги на опорі розчину. В залежності від електропровідності розчину точність визначення КПК з урахуванням опору розчину підвищується на 10 – 120 %. Значення коефіцієнтів Тафеля більш чутливі до впливу опору розчину і у розчинах з низькою провідністю зменшуються у 2 – 2,5 рази порівняно з визначеними екстраполяцією поляризаційних кривих.

4. Експериментальна перевірка та дослідження впливу методичних факторів отримання поляризаційних даних (швидкості накладання потенціодинамічної та гальванодинамічної поляризації, стану поверхні) виявили, що виміряні величини струму корозії в умовах дифузійного контролю на свіжозачищеній поверхні металу мають достовірні значення і практично не залежать від швидкості накладання поляризації. В процесі зростання первинних пасивних плівок на сталі в умовах активного розчинення та в умовах пасивації вони знижуються зі зниженням швидкості поляризації. Оптимальною для отримання достовірних значень є швидкість накладання поляризації, що не перевищує 0,1 мВ/с. Показано, що метод НПП дозволяє кількісно оцінювати ефективність пасивуючої дії оксоаніонів і ПАР на маловуглецеву сталь при їх концентрації вище критичної. Встановлено, що йодат калію в діапазоні концентрацій 0,5 – 2,0 г/л в суміші з уротропіном виявляє пасивуючу дію на маловуглецеву сталь в нейтральному середовищі.

5. Проведено оцінку достовірності метода НПП шляхом порівняння результатів визначення швидкості корозії сталі 20 в 0,1 М NaCl з результатами гравіметричного та фотоколориметричного методів, а також з аналогічними нелінійними методами. Розходження результатів менше 15 %, що знаходиться на досягнутому рівні точності з іншими електрохімічними методами. Метод НПП на основі двохелектродної схеми вимірювань на реальних об’єктах має перевагу в простоті - не потребує електрода порівняння, не дає суперечливих результатів, на відміну від аналогічних методів, і має достатню точність вимірювання.

6. Розроблено проект стандартного зразка корозивності середовища, що відтворює корозію сталі в електропровідному розчині при постійній температурі та швидкості потоку, який призначений для метрологічної повірки вимірювачів швидкості корозії. Визначені метрологічні характеристики вимірювання швидкості корозії сталей 20 та 12Х18Н10Т в 0,01н Na₂SO₄, 1н і 10н H₂SO₄ методом поляризаційного опору на установці УК-2. Відносна похибка вимірювання Rp не перевищує 10%.

7. Розроблено таблиці рекомендованих довідкових даних корозивності середовищ для сталі 20 в 0,3% сульфаті натрію та 1,0н сірчаній кислоті, сталі 12Х18Н10Т в 1н і 10н сірчаній кислоті, які підготовані до реєстрації у Держстандарті України в якості рекомендованих довідкових даних (РДД) корозивності середовищ.

Публікації автора:

1. Герасименко Ю.С., Нечай М.В., Белоусова Н.А., Шлокова Е.А. Определение скорости коррозии малоуглеродистой и хромо-никелевой сталей с применением спектрофотометрического анализа // Заводская лаборатория. – 1994. – Т. 60, № 7. – С. 11 - 14.

2. Герасименко Ю.С., Белоусова Н.А., Нечай М.В., Шлокова Е.А. Оценка точности измерения скорости коррозии методом поляризационного сопротивления // Фізико-хімічна механіка матеріалів. – 1995. – Т.31, № 3. - С.22 – 27.

3. Герасименко Ю.С., Нечай М.В., Белоусова Н.А., Шлокова Е.А. Определение стойкости стали 12Х18Н10Т в растворах серной кислоты методом поляризационного сопротивления // Фізико-хімічна механіка матеріалів. – 1995. – Т.31, № 2.- С. 81 – 86.

4. Герасименко Ю.С., Нечай М.В., Белоусова Н.А. Коррозионно-защитные свойства цинковых покрытий // Фізико-хімічна механіка матеріалів. - 1999. - Т.35, № 2.- С.107 - 110.

5. Герасименко Ю.С., Нечай М.В., Белоусова Н.А.. Неразрушающий контроль качества цинковых покрытий при помощи прибора Р5126 // Защита металлов.- 1999.- Т.35, № 2.- С.178 – 180.

6. Герасименко Ю.С., Білоусова Н.А. Метод подвійної поляризації для визначення швидкості корозії в умовах дифузійного контролю // Фізико-хімічна механіка матеріалів. – 2001.- Т.37, № 4.- С.92 – 96.

7. Герасименко Ю.С., Білоусова Н.А. Метод подвійної поляризації для визначення швидкості корозії в умовах пасивації і дифузійного контролю // Фізико-хімічна механіка матеріалів. Електрохімічний захист і корозійний контроль. Спец. випуск №2. – 2001.- С.22 – 26.

8. М.І. Донченко, Ю.С. Герасименко, О.Г. Срібна, Н.А. Білоусова, Р.М. Редько, Т.В. Базась. Пасивування сталі в нейтральних середовищах під дією оксоаніонів та оцінка швидкості корозії електрохімічним методом // Фізико-хімічна механіка матеріалів. „Проблеми корозії та протикороз. захисту матеріалів”. Спец. випуск №3. - 2002.- Т.2.- С. 679 – 684.

9. Білоусова Н.А., Герасименко Ю.С. Метод визначення швидкості корозії в малопровідних середовищах // Фізико-хімічна механіка матеріалів. „Проблеми корозії та протикороз. захисту матеріалів”. Спец. випуск № 4. – 2004. –Т.1. - С. 289 – 295.

10. Патент України UA 60123А, МКИ G01N27/26. Спосіб визначення швидкості корозії металу в середовищах з малою електропровідністю / Герасименко Ю.С., Білоусова Н.А; Опубл. 15.09.2003 р. Бюл. № 9. – 2003 р.

11. Герасименко Ю.С., Білоусова Н.А., Нечай М.В., Шлокова О.О. Методика перевірки корозійно-вимірювальних приладів на основі поляризаційного опору // Матер. Міжнар. конф. „Проблеми корозії та проти корозійного захисту конструкційних матеріалів. Корозія – 94” Львів. 3 - 7 жовтня. - 1994. – С.252.