Потенциал поверхности

где Л - постоянная распределения токов и потенциалов по длине трубопровода;

EfCfn" естественный потенциал трубопровода до включения защиты; ?0 - потенциал протектора после подключения его к трубопроводу; .- минимальней защитный потенциал. Потенциал в точке подсоединения протектора

где с/» - потенциал протектора до подключения его к трубопроводу; Я/пр - сопротивление растеканию тока защищаемого участка трубопровода ; Й„ - сопротивление растеканию тока протекторной установки.

Во всех этих случаях на электроде совмещаются две различные реакции и поэтому его потенциал (потенциал корродирующего металла) не может совпадать с равновесным потенциалом ни одной из них. При достижении стационарного состояния потенциал корродирующего металла — коррозионный или компромиссный потен*

быть хорошо показаны с помощью потен-циостатич. диаграмм скорости коррозии— потенциал или плотность анодного тока — потенциал, при этом имеется в виду ток эквивалентный скорости коррозии без учета тока, расходуемого на выделение водорода в области сильно отрицат. потенциалов или выделение кислорода в области сильно положительных потенциалов. Схематический вид потен циостат и ч е с-кой диаграммы нержавеющей стали представлен на рис. 6.

Рис. 6. Потен -циостатич. диаграмма нержавеющей стали, характеризующая активное и пассивное состояние, состояние перепассивации и неустойчивое состояние: Ер — защитный или равновесный потенциал; Е"КН — начальный

критич. анодный потенциал пассивации; Е — критич. анодный потенциал полной пассивации; Е — второй критич. потенциал — потенциал перепассивации; iatiwL— анодный критич. ток пассивации; inacc— остаточный ток в пассивном состоянии.

В активной области и области перепассивации скорость коррозии нержавеющих сталей возрастает с увеличением потенциала в соответствии с законом электрохимич. кинетики. В неустойчивой области, наоборот, скорость коррозии нержавеющих сталей уменьшается с увеличением потенциала, что связано с постепенной пассивацией поверхности нержавеющих сталей. При достижении полной пассивации скорость коррозии нержавеющих сталей практически не зависит от потенциала.

Коррозионная стойкость нержавеющих сталей определяется величиной стационарного потенциала и его расположением по отношению к значениям критич. потенциалов (.Ер, ЕКП, ЕК, Ек). Значение стационарного потенциала соответствует точке пресечения катодной кривой с кривой анодной поляризации. С помощью поляризац. диаграммы (схематически показано на рис. 7) могут быть показаны все три осн. состояния (активное, пассивное, состояние перепассивации), определяющие электрохимич. и коррозионное поведение нержавеющей стали. На рис. 7 точками ЕЗК1, ?па(.с, Еаер отмечены значения стационарного потенциала нержавеющей стали соответственно в активном, пассивном состоянии и состоянии перепассивадии. Из этой диаграммы следует, чтагв*зависимости от величины окислителыш-вву\ановит. потенциала и скорости ^катрдао^ реакции нержавею-ходиться в активном ?ебя, как обычная уг-

потенциал перепассивации; или защитный потенциал,

тич. анодный потенциал полной пассивации; EV—

Известно, что металл с кристаллической структурой представляет собой систему положительных ионов (ядра, окруженные электронами внутренних орбиталей), погруженную в отрицательный электронный газ обобществленных внешних электронов. Электроны, обладающие достаточным запасом кинетической энергии, вырываются из металла и образуют над его поверхностью отрицательно заряженное облако. Электроны, находящиеся внутри металла и вблизи его поверхности, отталкиваются от этого облака, смещаясь внутрь металла. В результате уменьшается поверхностная плотность электронов и индуцируется положительный заряд, равный по абсолютной величине отрицательному заряду электронного облака. Сила взаимодействия между зарядами- сила электрического изображения- имеет значительную дальность действия, до 10 мкм от поверхности. Следовательно, энергетический потенциал поверхности характеризуется потенциалом внешнего пространства на расстоянии примерно 10 мкм от поверхности. Облако электронов совместно с наружным слоем положительных ионов образует двойной электрической слой. Таким образом, наличие электрического потенциала поверхности твердого тела и полярных молекул поверхностно-активных веществ предопределяет уровень их энергетического взаимодействия при адсорбции и строение адсорбированной пленки.

Потенциал поверхности алюминиевого вакуумного покрытия через сутки испытаний близок к потенциалу стали. Характерная особенность поведения пористого вакуумного покрытия — локализация коррозионного процесса в порах с образованием труднорастворимых продуктов коррозии байерита и бемита, которые экранируют пору. Вследствие уменьшения рН раствора на дне поры создаются условия для анодного растворения железа, и на поверхности алюминия появляются точки ржавчины. Для алюминиевых беспористых покрытий защитная способность более значительна.

Покрытия, полученные методом диффузионного насыщения, неоднозначно влияют на скорость коррозии сталей. Диффузионные слои, образующиеся при хромировании, карбохромировании и хромосили-цировании, смещают потенциал поверхности к более положительным значениям по сравнению с незащищенной сталью; увеличивают стойкость стали в хлорсодержащей среде. На образцах с хромированными карбохромированными, хромсилицированными покрытиями в 3 %-ном растворе Nad за 75 сут испытания следов коррозионных разрушений не обнаружено, в то время как скорость коррозии стали без покрытия составляет 0,056 г/ (м2 • ч). В среде 3 %-ного раствора Nad поверхность диффузионно-хромированной стали находится в термодинамически

Потенциал незащищенной стали в сероводородсодержащей среде (H2S — 1200 мг/л) составляет -650 мВ. При нанесении алюминиевого, кадмиевого, никелевого покрытия происходит облагораживание потенциала во времени вследствие образования поверхностных пленок, формирующихся в присутствии сероводорода, при этом потенциал поверхности покрытия составляет, мВ: алюминиевого —570, никелевого +280, кадмиевого —410 и цинкового —750. Ход поляризационных кривых для стали с покрытиями свидетельствует о значительном торможении катодного и анодного процессов с преимущественным анодным контролем.

В практике известны двухслойные и многослойные никелевые покрытия с дифференцированными электрохимическими характеристиками в различных слоях, что позволяет повысить коррозионную стойкость системы по сравнению с однослойными при одинаковой толщине слоя. Наиболее высокими защитными свойствами обладают двухслойные покрытия при соотношении толщин слоев 90 : 10 %. На практике используются покрытия с соотношениями; слоев 70 : 30 и 60 : 40 %. Слой покрытия, примыкающий непосредственно к основному металлу, должен отличаться высокой плотностью, низким уровнем внутренних напряжений и иметь потенциал поверхности более положительный, чем последующие слои.

Пироэлектрические мишени являются хорошими изоляторами. Считывание электронным пучком распределения положительного потенциала, возникающего при нагревании мишени, приводит к накоплению отрицательного заряда на коммутируемой поверхности. Отрицательный относительно катода потенциал мишени выбывает закрывание прибора — пучок не коммутирует мишень и выходной сигнал отсутствует. Для устранения этого отрицательного эффекта на катод подается импульсное отрицательное напряжение во время обратного хода луча; при этом электронный пучок бомбардирует мишень с энергией, достаточной, для "возникновения вторичной электронной эмиссии с коэффициентом, большим единицы. Потеря отрицательно заряженных электронов повышает положительный потенциал поверхности и делает мишень готовой к дальнейшей работе.

Поверхности металлов, окислов и силикатов состоят из гидра-тированных гидроксильных групп, находящихся в равновесии с атмосферной влагой. Во влажной среде на поверхности этих веществ возникает электрокинетический поверхностный потенциал (дзета-потенциал), величина которого определяется концентрацией жонов Н+ и ОН". Значение рН, при котором дзета-потенциал поверхности равен нулю, называют изоэлектрической точкой поверхности (ИЭТП). Если рН поверхности в водной среде выше, чем МЭТП, она заряжена отрицательно, если ниже—-положительно. В табл. 2 приведены ИЭТП гидратов окислов некоторых металлов 127,28].

На величину сопротивления влияет не только толщина слоя покрытия, но и род грунтовки. В отдельных случаях могут быть нанесены также и промежуточные слои из цинка, например методом горячего цинкования или металлизации, поскольку потенциал поверхности с покрытием при этом принимает достаточно высокое отрицательное значение [10,11].

Скорость поверхностной рекомбинации весьма чувствительна к состоянию поверхности. Адсорбция 'на этой поверхности посторонних молекул может резко изменить потенциал поверхности Ф8 и тем самым скорость поверхностной рекомбинации. Механическая обработка поверхности (шлифовка, полировка и др.), нарушая кристаллическую структуру поверхностного слоя, приводит к возникновению большого числа поверхностных рекомбинационных центров, способных резко увеличить скорость поверхностной рекомбинации. При травлении такой поверхности нарушенный слой удаляется и скорость поверхностной рекомбинации, как правило, падает.

1. Все значения электродных потенциалов поверхности региона Sp более положительны, чем потенциал поверхности &.т. е. поверхность 5р заведомо катодна1 по отношению к 5ф.

1) все значения локальных электродных потенциалов поверхности региона Sp 'более положительны, чем потенциал поверхности 5Д, т. е. поверхность Sp катодна по отношению к 5Д;