Перечень практических занятий
Поможем в ✍️ написании учебной работы
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра Металлургии цветных металлов

утверждена:

на заседании кафедры

Протокол №___ от «____» ____ 2018 г.

Рабочая программа дисциплины

«Электрохимические методы исследования коррозионных систем»

 

Направление: 15.04.02 Технологические машины и оборудование

 

Программа: Пищевая инженерия

 

Квалификация: Магистр

 

Форма обучения: очная

Составитель программы:

_____________________ / _________. / “____”______ 201_ г

Зав. кафедрой:

_____________________ / _________. / “____”______ 201_ г

Год набора -

Иркутск, 2018 г.


 

1.    Перечень планируемых результатов обучения по дисциплине, соотнесённых с планируемыми результатами освоения образовательной программы


Дисциплина «Электрохимические методы исследования коррозионных систем» обеспечивает формирование следующих компетенций с учётом этапа

Код, наименование компетенции Код, этапа освоения компетенции
ПК–4 способность разрабатывать методические и нормативные материалы, а также предложения и мероприятия по осуществлению разработанных проектов и программ ПК–4.3  
ПК–20 способность разрабатывать физические и математические модели исследуемых машин, приводов, систем, процессов, явлений и объектов, относящихся к профессиональной сфере, разрабатывать методики и организовывать проведение экспериментов с анализом их результатов ПК–20.3  
ПК–21 способность подготавливать научно-технические отчеты, обзоры, публикации по результатам выполненных исследований ПК–21.3  

1.2 В результате освоения дисциплины у обучающихся должны быть сформированы

Обобщенные трудовые функции / Трудовые функции Код этапа освоения компетенции Результат обучения
1. Специалист по электрохимической защите от коррозии линейных сооружений и объектов (40.022 Электрохимическая защита от коррозии линейных сооружений и объектов)   D. Управление системой электрохимической защиты линейных сооружений и объектов / D/01.7. Управление проектно-изыскательскими работами по защите от коррозии линейных сооружений и объектов; D/02.7. Управление эксплуатацией, строительно-монтажными и пусконаладочными работами по обеспечению защиты от коррозии линейных сооружений и объектов; D/03.7. Управление проверками коррозионного состояния и защищенностью линейных сооружений и объектов.   ПК–4.3   Знать: – постановления, распоряжения, приказы и другие руководящие, методические и нормативные документы по защите от коррозии; – методы защиты оборудования от коррозии и контроля скорости коррозии; – методы проведения коррозионных испытаний; – правила эксплуатации оборудования для проведения коррозионных и электрохимических исследований; – отечественный и зарубежный опыт коррозионных исследований и защиты оборудования от коррозии; Уметь: – разрабатывать методические и нормативные материалы, а также предложения и мероприятия по осуществлению разработанных научных проектов и программ; – анализировать причины коррозионных разрушений линейных сооружений и объектов; – использовать отечественный и зарубежный опыт коррозионных исследований и защиты металлов и оборудования от коррозии; – оценивать коррозионное воздействия агрессивной среды на материалы оборудования и техники; – использовать возможности физических, физико-химических и электрохимических методов анализа; – использовать диаграмму Пурбе для анализа и расчета коррозионных процессов; Владеть: – навыками разработки методических и нормативных материалов, а также предложений и мероприятий по осуществлению разработанных научных проектов и программ в сфере своей профессиональной деятельности;  – методами защиты технологического оборудования от коррозии и контроля скорости коррозии.
    1. Специалист по научно-исследовательским и опытно-конструкторским разработкам (40.011 Проведение научно-исследовательских и опытно-конструкторских разработок)   В. Проведение научно-исследовательских и опытно-конструкторских разработок при исследовании самостоятельных тем / B/03.6. Руководство группой работников при исследовании самостоятельных тем.   С. Проведение научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по тематике организации / C/01.6. Осуществление научного руководства проведением исследований по отдельным задачам; C/02.6. Управление результатами научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ.   D. Осуществление научного руководства в соответствующей области знаний / D/01.7. Формирование новых направлений научных исследований и опытно-конструкторских разработок; D/03.7. Координация деятельности соисполнителей, участвующих в выполнении работ с другими организациями.   ПК–20.3   Знать: – методики обработки и анализа результатов экспериментальных исследований; – порядок и основные принципы организации проведение экспериментов с анализом их результатов; – основные сведения о химической и электрохимической коррозии металлов; природу химических реакций, протекающих в технологических агрегатах; – основные способы защиты металлов и технологического оборудования от коррозии; Уметь: – формулировать цели и задачи исследований, выбирать и разрабатывать методику эксперимента, обоснованно выбирать метод исследования, анализировать и делать выводы; – разрабатывать методику выполнения научных исследований в области антикоррозионной защиты металлов и промышленного оборудования; Владеть: – навыками проведения экспериментальных исследований коррозионных процессов, навыками самостоятельной работы в научно-исследовательской сфере, навыками анализа полученных результатов и способностью делать выводы.
  1. Специалист по научно-исследовательским и опытно-конструкторским разработкам (40.011 Проведение научно-исследовательских и опытно-конструкторских разработок)   В. Проведение научно-исследовательских и опытно-конструкторских разработок при исследовании самостоятельных тем / B/02.6. Проведение работ по обработке и анализу научно-технической информации и результатов исследований.   С. Проведение научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по тематике организации / C/01.6. Осуществление научного руководства проведением исследований по отдельным задачам     ПК–21.3   Знать: – основные сведения о химической и электрохимической коррозии металлов; природу химических реакций, протекающих в технологических агрегатах; – основные способы защиты технологического оборудования пищевой промышленности от коррозии; – основные способы защиты металлов от коррозии и электрохимических методов исследования коррозионных систем; Уметь: – подготавливать научно-технические отчеты, обзоры и научные публикации по результатам выполненных исследований; – использовать возможности физических, физико-химических и электрохимических методов анализа; – выполнять аналитические, имитационные и экспериментальные исследования коррозионных процессов; – использовать диаграмму Пурбе для анализа и расчета коррозионных процессов; – критически оценивать достоверность полученных расчетных и экспериментальных данных, формулировать выводы и предложения; Владеть: –  навыками подготовки научно-технических отчетов, обзоров и научных публикаций по результатам выполненных исследований; – владеть техникой подготовки и проведения экспериментальных исследований коррозионных процессов.

2.    Место дисциплины в структуре ООП

       Изучение дисциплины «Электрохимические методы исследования коррозионных систем» базируется на результатах освоения следующих дисциплин: «Теоретические основы коррозии металлов», «Экологически безопасные способы поверхностной обработки материалов / Экологически безопасные антикоррозионные покрытия».

       Дисциплина является предшествующей для дисциплины: «Практика по получению профессиональных умений и опыта профессиональной деятельности (в том числе технологическая практика)».

3.    Объем дисциплины

Объем дисциплины составляет - 4 ЗЕТ

Вид учебной работы

Трудоемкость в академических часах (Один академический час соответствует 45 минутам астрономического часа)

Всего Семестр № 3
Общая трудоемкость дисциплины 144 144
Аудиторные занятия, в том числе: 39 39
лекции    
лабораторные работы 13 13
практические/семинарские занятия 26 26
Самостоятельная работа (в т.ч. курсовое проектирование) 69 69
Трудоемкость промежуточной аттестации 36 36
Вид промежуточной аттестации (итогового контроля по дисциплине) Экзамен, Курсовая работа Экзамен, Курсовая работа

4.    Структура и содержание дисциплины

4.1  Сводные данные по содержанию дисциплины

Семестр № 3

№ п/п

Наименование раздела и темы дисциплины

Вид контактной работы

Форма текущего контроля и вид промежуточной аттестации

Лекции

ЛР

ПЗ(СЕМ)

СРС

 
Кол. час. Кол. час. Кол. час. Кол. час.  
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
1 Введение 1           2 10 Реферат
2 Раздел 1. Сведения об электродных процессах и влиянии потенциала на их скорость 2   1, 2 7 1, 2, 3, 4 12 1, 1, 5, 5, 5, 5 12 Отчет по лабораторной работе
3 Раздел 2. Приборы и методика потенциостатических измерений 3   3, 4 6 5, 6, 7, 8 12 5, 1, 1, 5, 5, 5 12 Отчет по лабораторной работе
4 Раздел 3. Потенциостатические измерения в коррозионных исследованиях 4           4 8 Устный опрос
5 Раздел 4. Потенциостатические методы в электрохимической защите 5       9 2 4, 5 9 Устный опрос
  Промежуточная аттестация             3, 6 54 Экзамен, Курсовая работа
  Всего       13   26   105  

4.2  Краткое содержание разделов и тем занятий

Семестр № 3

Тема Краткое содержание
1 Введение Коррозией металлов называют самопроизвольное разрушение металлических материалов вследствие физико-химического взаимодействия их с окружающей средой. Дисциплина “Электрохимические методы исследования коррозионных систем” изучает возможности электрохимической защиты в промышленных условиях оборудования и конструкций. Электрохимические методы весьма эффективны для оценки склонности металлов и сплавов к различным локальным формам коррозии, особенно к межкристаллитной и питтинговой коррозии, а также к коррозионному растрескиванию. Эти методы используются при поисках причин коррозионных повреждений, при разработке новых коррозионных сплавов и покрытий, а также методов испытания материала на коррозионную стойкость. Новые области применения электрохимических методов – предотвращение образования осадков на стенках ванн для химического нанесения металлов и сплавов, электросинтез органических соединений. В подготовке обучающихся изучение курса “Электрохимические методы исследования коррозионных систем” занимает важное место. Это обусловлено тем, что потребность в освоении электрохимических, и в частности потенциостатических методов очень велика. Из-за разнообразия коррозионных проблем потребность в специалистах, владеющих данными методами исследования, возникает в организациях, связанных с самыми различными отраслями промышленности, строительства и транспорта.
2 Раздел 1. Сведения об электродных процессах и влиянии потенциала на их скорость Если в электрохимической системе обратимо и изотермически протекает реакция , то при постоянном давлении изменение изобарно-изотермического потенциала G соответствует электрической энергии системы: . Одна из основных особенностей электрохимической системы заключается в пространственном разделении участников протекающей в ней реакции. Общая токообразующая реакция распадается здесь на две частные реакции, каждая из которых совершается на отдельном электроде. В соответствии с этим ЭДС электрохимической системы, как отражение изменения ее химической энергии в ходе суммарной реакции, также должна представлять собой сумму двух электродных потенциалов. Каждый из них отвечает изменению химической энергии при протекании частной электродной реакции. Таким образом, Е = φ1 + φ2, где φ1 и φ2 –                                  электродные потенциалы. Уравнение для электродного потенциала имеет тот же вид, что и общее термодинамическое уравнение для ЭДС электрохимической системы φ = φо ,                                 с той только разницей, что в него входят активности лишь тех веществ, которые участвуют в данной электродной реакции. Стандартный электродный потенциал отвечает потенциалу обратимого электрода в тех случаях, когда активность каждого из участников электродной реакции равна единице (а i = 1).
3 Раздел 2. Приборы и методика потенциостатических измерений   Два основных метода электрохимических поляризационных измерений: гальваностатический и потенциостатический. При использовании гальваностатического метода поддерживают постоянным (или изменяют по заданной программе) ток, поляризующий электрод, а, следовательно, и расчетную плотность тока i вн (при неизменной поверхности электрода). В ходе опыта потенциал является функцией плотности тока, скорости реакции, состава раствора. При анализе экспериментальных данных можно рассматривать скорость реакции как функцию потенциала, состава раствора. При потенциостатической поляризации поддерживают постоянным (или изменяют по заданной программе) потенциал электрода, определяя плотность тока и скорость реакции как функцию потенциала и других переменных. Материал для изготовления электрохимических ячеек – стекло. Его преимущества: относительно высокая химическая устойчивость, возможность изготовления самых разнообразных и сложных конструкций, прозрачность. Две типичные конструкции исследуемого электрода: лопатка и цилиндр, рабочей поверхностью которого служит срез, перпендикулярный оси. Лопатку легче изготовить, но труднее отшлифовать, чем торец цилиндра В первом случае (лопатка) с раствором контактируют и побочные поверхности (торцы), а по электроду проходит ватерлиния. Во втором случае с раствором контактирует однородная рабочая поверхность и ватерлинии нет, но имеется граница металл – изоляция.
4 Раздел 3. Потенциостатические измерения в коррозионных исследованиях Потенциостатический метод в коррозионно-электрохимических исследованиях явился основой для получения зависимостей стационарной скорости растворения металла от потенциала. Снятие таких кривых – основа потенциостатических измерений в коррозионных исследованиях. Вместе с тем оно теперь составляет лишь часть обширной области применения потенциостатических измерений. Установлено, что потенциостатическим методом можно изучать кинетику не только ионизации металлов, но и других электрохимических реакций. Определена ценность нестационарных потенциостатических измерений. Изучены зависимости не только скорости коррозионно-электрохимических процессов от потенциала, но и других функций, в частности, состояния поверхности исследуемого металла, локальной коррозии, коррозии под напряжением, селективной коррозии. Потенциостатические условия стали широко использоваться для нахождения не только зависимости того или иного параметра (Y) от потенциала (Y = f (φ)), но и зависимости Y от других переменных – концентрации добавок к раствору, температуры.
5 Раздел 4. Потенциостатические методы в электрохимической защите Если пассивирующийся металл подвергается коррозии, находясь в активном состоянии, то скорость его коррозии можно снизить за счет смещения потенциала как сторону отрицательных (катодная защита), так и в сторону положительных (анодная защита) значений. Смещение потенциала в сторону отрицательных значений сопряжено со значительным замедлением скорости анодного растворения, а, следовательно, и коррозии. Потенциал, при котором эта скорость становится допустимой в данных условиях, принято называть защитным. Скорость коррозии в условиях катодной защиты может быть выражена соотношением: i кор = i д – i в, где i в – плотность поляризующего катодного тока; i д – скорость восстановления деполяризатора. Экономическая эффективность катодной защиты находится в прямой зависимости от плотности тока, необходимой для смещения потенциала до защитного значения. Анодную защиту используют для предотвращения коррозии оборудования как с целью увеличения срока его службы, так и для сохранения чистоты агрессивной среды (химического продукта). Целесообразно различать три режима работы анодной защиты: первоначальная пассивация; эксплуатационный режим; стационарный режим.

Перечень лабораторных работ

Семестр № 3

№ п/п Наименование лабораторной работы Кол-во акад. часов
1 Электрохимическое оксидирование алюминия в водных средах  4
2 Напряжение разложения электролитов 3
3 Исследование электродов первого рода  4
4 Электродные потенциалы металлов  2
  Итого 13

Семестр № 3

№ п/п Темы практических (семинарских) занятий Кол-во акад. часов
1 Равновесные электродные потенциалы  2
2 Классификация электродов 4
3 Стандартные электродные потенциалы 2
4 Диаграммы потенциал–рН (диаграммы Пурбе) 4
5 Электрохимические методы анализа. Основы теории и применение 2
6 Приборы для потенциостатических измерений. Методика потенциостатических измерений  2
7 Выбор и конструирование электродов сравнения для расплавленных солей  4
8 Конструкция и условия работы высокотемпературных ячеек с расплавленными хлоридными и нитратными электролитами 4
9 Примеры технологических расчетов  2
  Итого 26

Самостоятельная работа

Семестр № 3

№ п/п Вид СРС Кол-во акад. часов
1 Подготовка к лабораторным работам 8
2 Написание реферата 10
3 Написание курсовой работы 18
4 Проработка отдельных разделов теоретического курса 15
5 Подготовка к практическим занятиям 18
  Итого 69
6 Подготовка к экзамену 36

В ходе проведения практических занятий и лабораторных работ по курсу “Электрохимические методы исследования коррозионных систем” используются следующие интерактивные методы обучения: разбор конкретных ситуаций; групповые дискуссии.

Практические занятия по дисциплине проводятся с использованием слайд-материалов.

5.    Перечень учебно-методического обеспечения дисциплины

5.1  Методические указания для обучающихся по освоению дисциплины:

5.1.1 Методические указания для обучающихся по практическим работам:

Электрохимические методы исследования коррозионных систем [Электронный ресурс] : метод. указания по проведению практических занятий / сост. М.Ю. Кузьмина. – Иркутск : Изд-во ИРНИТУ, 2018.

5.1.2 Методические указания для обучающихся по лабораторным работам:

Электрохимические методы исследования коррозионных систем [Электронный ресурс] : метод. указания по выполнению лабораторных работ / сост. М.Ю. Кузьмина. – Иркутск: Изд-во ИРНИТУ, 2018.

5.1.3 Методические указания для обучающихся по самостоятельной работе:

Электрохимические методы исследования коррозионных систем [Электронный ресурс] : метод. указания по самостоятельной работе обучающихся / сост. М.Ю. Кузьмина. – Иркутск : Изд-во ИРНИТУ, 2018.

5.1.4 Методические указания для обучающихся по выполнению курсовой работы:

Электрохимические методы исследования коррозионных систем [Электронный ресурс] :  метод. указания по выполнению курсовой работы / сост. : М.Ю. Кузьмина. – Иркутск : Изд-во ИРНИТУ, 2018. – 19 с.

6.    Фонд оценочных средств для контроля текущей успеваемости и проведения промежуточной аттестации по дисциплине

Реферат

Тема (раздел): 

Введение.

Описание процедуры:

Данный вид самостоятельной работы предполагает индивидуальное самостоятельное выполнение письменной работы (реферата) по предложенной тематике с использованием перечня рекомендуемой литературы и информационных ресурсов. В начале семестра обучающийся выбирает одну из предложенных тем для написания реферата (согласно порядковому номеру в списке группы). После самостоятельного изучения рекомендуемой литературы на последней неделе семестра обучающийся должен предоставить преподавателю отчетный документ по данному виду самостоятельной работы в виде реферата. Текст реферата должен быть выполнен с помощью ПК, на листах белой бумаги формата А4. Правила оформления работы стандартны и приведены в СТО.

Вопросы для контроля:

Примерная тематика рефератов:

1. Методы исследования термодинамических свойств сплавов. Метод электродвижущих сил.

2. Применение катионпроводящих мембран в электрохимических исследованиях.

3. Приборы и методика для потенциостатических измерений.

4. Электродные процессы и влияние потенциала на их скорость.

5. Понятие о потенциостатах.

6. Схемы потенциостатических и гальваностатических поляризационных измерений.

7. Принцип действия и основные параметры потенциостата.

8. Электрохимическая коррозия металлов.

9. Общие сведения о методах электрохимического анализа.

10. Ячейки и электроды для электрохимического анализа.

11. Термодинамика и кинетика электродных процессов.

12. Теоретические основы вольтамперометрии.

13. Классификация методов вольтамперометрии.

14. Практическое применение методов вольтамперометрии.

15. Потенциометрия.

16. Кинетика электродных процессов.

17. Термодинамика электрохимических систем.

18. Ток обмена и коэффициент переноса.

19. Методы исследования коррозии металлов в электролитах.

20. Методы защиты металлов от электрохимической коррозии.

21. Электродные процессы и влияние потенциала на их скорость.

22. Методы получения защитных плёнок на металлах.

Рекомендуемая литература по каждой теме реферата представлена в методических указаниях (см. п. 5.1.3). Для более глубокого изучения выбранной темы реферата, обучающимся необходимо работать с несколькими учебниками, указанными в списке рекомендуемой литературы.

 

Критерии оценки:

Полнота раскрытия темы, предлагаемой для написания реферата; перечень используемых источников и уровень компилятивности по тематике; качество оформления.

6.1.3 Устный опрос (по результатам проработки отдельных разделов (тем) теоретического курса)

Раздел 3. Потенциостатические измерения в коррозионных исследованиях;

Раздел 4. Потенциостатические методы в электрохимической защите.

Описание процедуры:

В методических указаниях (п. 5.1.3) приведены темы для самостоятельного изучения разделов курса и рекомендуемая литература. Изучать материал рекомендуется по главам учебника (учебного пособия). Преподаватель проводит устный опрос (выборочно из обучающихся).

Вопросы для контроля (на примере раздела 3. Потенциостатические измерения в коррозионных исследованиях):

1. Изменение напряжения и электродных потенциалов (потенциометрия).

2. Сущность потенциометрического метода анализа.

3. Использование потенциостатических измерений в коррозионных исследованиях.

4. Классификация методов потенциостатических измерений.

5. Индикаторные электроды, используемые в электрохимических методах анализа.

6. Стандартные электродные потенциалы.

7. Использование таблицы стандартных электродных потенциалов. 

8. Уравнение Нернста. 

9. Принцип построения диаграммы Пурбе.

10. Назначение диаграммы Пурбе.

11. Основные различия между поведением электрода в лабораторной ячейке и металла промышленной конструкции.

 

Критерии оценки:

Активное участие обучающегося в устном опросе.

 

Подготовка к практическим занятиям

 

Темы (разделы): (см. п. 4.1):

Раздел 1. Сведения об электродных процессах и влиянии потенциала на их скорость;

Раздел 2. Приборы и методика потенциостатических измерений;

Раздел 4. Потенциостатические методы в электрохимической защите.

 

Описание процедуры:

Целью практических занятий по курсу “Электрохимические методы исследования коррозионных систем” является преломление полученных общих теоретических знаний термодинамики и кинетики электродных процессов в растворах и расплавах к конкретным коррозионным процессам и способам защиты металлов и промышленного оборудования от коррозии.

Цель подготовки к практическим занятиям: ознакомление и проработка основных вопросов, которые будут рассматриваться на практических занятиях, способствующее активному участию обучающихся в проведении практических занятий.

Практические занятия направлены на закрепление знаний в области использования электрохимических методов исследования коррозионных процессов.

За время, отведенное на подготовку к практическим занятиям, обучающийся должен изучить теоретический материал (рекомендуемую литературу, приведенную в методических указаниях по проведению практических занятий, см. п. 5.1.1) по тематике практического занятия.

 

Критерии оценки:

Активная работа обучающегося на практических занятиях, участие в разборе конкретных примеров, обсуждении, выявлении положительных и отрицательных аспектов обсуждаемой проблемы, в формулировке предложений и рекомендаций по тематике практического занятия.

Описание процедуры экзамена

Экзамен проводится в виде тестирования по разделу курса и устного собеседования по вопросам экзаменационного билета.

Критерии оценивания

Отлично Хорошо Удовлетворительно Неудовлетворительно
Хорошо усвоил основные способы защиты от коррозии металлов и промышленного оборудования, грамотно излагает программный материал. Знает основные сведения о химической и электрохимической коррозии металлов; природу химических реакций, протекающих в технологических агрегатах. Умеет анализировать причины коррозионных разрушений сооружений и объектов, использовать отечественный и зарубежный опыт коррозионных исследований и защиты металлов и оборудования от коррозии. Демонстрирует знание основных способов защиты металлов от коррозии и электрохимических методов исследования коррозионных систем. Демонстрирует способность подготавливать отчеты по результатам выполненных исследований. Хорошо усвоил программный материал; последовательно, четко и логически стройно его излагает. Знает основные сведения о химической и электрохимической коррозии металлов; природу химических реакций, протекающих в технологических агрегатах. Демонстрирует не очень глубокие знания основных способов защиты металлов от коррозии и электрохимических методов исследования коррозионных систем. Умеет анализировать причины коррозионных разрушений сооружений и объектов, использовать отечественный и зарубежный опыт коррозионных исследований и защиты металлов и оборудования от коррозии, но не всегда обоснованно.     Демонстрирует слабые знания основных причин химической и электрохимической коррозии металлов и природы химических реакций, протекающих в технологических агрегатах. Демонстрирует слабые знания основных способов защиты металлов от коррозии и электрохимических методов исследования коррозионных систем. Демонстрирует низкую способность анализировать причины коррозионных разрушений сооружений и объектов; не умеет использовать отечественный и зарубежный опыт коррозионных исследований и защиты металлов и оборудования от коррозии.   Не демонстрирует знания причин химической и электрохимической коррозии металлов и природы химических реакций, протекающих в технологических агрегатах. Не демонстрирует знания способов защиты металлов от коррозии и электрохимических методов исследования коррозионных систем. Не демонстрирует способность анализировать причины коррозионных разрушений сооружений и объектов; не умеет использовать отечественный и зарубежный опыт коррозионных исследований и защиты металлов и оборудования от коррозии.  

6.2.2.2 Типовые оценочные средства для курсовой работы по дисциплине

Для оценки сформированности компетенций ПК–4; ПК–20; ПК–21 необходимо выполнить расчетную курсовую работу (по вариантам) и ответить на контрольные вопросы при ее защите.

В качестве задания на курсовую работу каждому обучающемуся предлагается построить диаграмму Пурбе для системы Металл–Н2О при наличии заданных фаз по вариантам.

Задания и пример расчета приведены в методических указаниях (см. п. 5.1.4).

Перечень вопросов к защите курсовой работы:

1. Что такое растворы?

2. Стандартные электродные потенциалы.

3. Использование таблицы стандартных электродных потенциалов. 

4. Использование стандартных потенциалов.

5. Уравнение Нернста. 

6. Принцип построения диаграммы Пурбе.

7. Назначение диаграммы Пурбе.

8. Ограничения применимости диаграммы Пурбе.

9. Определить области выделения металлов на диаграмме Пурбе и общие закономерности процессов растворения металлов.

10. На основании проведенных расчетов диаграммы Пурбе проанализировать причины коррозионных разрушений металла.

11. Предложить методику проведения эксперимента по изучению поведения металла в коррозионной среде и проанализировать полученные результаты.

12. Можно ли по диаграмме Пурбе оценить возможность коррозии?

13. Можно ли по диаграмме Пурбе оценить скорость коррозионных процессов?

14. Каким равновесиям соответствуют горизонтальные, вертикальные и наклонные линии на диаграмме Пурбе?

15. Основные причины повышения коррозионной стойкости металлов.

16. Коррозия железа, стали и чугуна.

17. Коррозионностойкие железные сплавы.

18. Коррозия цветных металлов и сплавов.

19. Рациональный выбор коррозионностойкого металла.

20. Виды электрохимической защиты.

Критерии оценивания

Отлично Хорошо Удовлетворительно Неудовлетворительно
В курсовой работе подробно описан ход выполнения расчётов диаграммы Пурбе. Тема раскрыта полностью, присутствует логика изложения. Умеет использовать справочную и методическую литературу для выполнения расчётов; владеет навыками технологических и электрохимических расчётов. Умеет определять области выделения металлов на диаграмме Пурбе и общие закономерности процессов растворения металлов. На основании проведенных расчетов способен анализировать причины коррозионных разрушений металлов и металлических конструкций. При защите курсовой работы показывает глубокие знания и свободное владение материалом.   Работа выполнена согласно заданию в полном объеме, с привлечением дополнительно подобранных справочных данных, библиографических материалов и информации с Интернет-сайтов, с подробным описанием хода работы при выполнении расчетов. Показано владение навыками технологических и электрохимических расчётов, а также продемонстрирована способность анализировать причины коррозионных разрушений металлов и металлических конструкций Содержание текста работы понятно, реакция на задаваемые вопросы– быстрая. Устное высказывание при защите курсовой работы строится логично и грамотно, но не на все вопросы обучающийся отвечает полно. Работа выполнена согласно заданию в полном объеме, однако с неоднократным исправлением ошибок, без подробного описания хода работы при выполнении расчетов. Показано слабое владение навыками технологических и электрохимических расчётов, а также недостаточная способность анализировать причины коррозионных разрушений металлов и металлических конструкций. Содержание текста работы понятно, однако реакция на вопросы по последовательности выполнения работы – слабая. Устное высказывание при защите курсовой работы нелогично, ответы на вопросы к защите курсовой работы – неполные, не на все вопросы обучающийся отвечает. Работа выполнена не в полном объеме, без описания хода работы при выполнении расчетов. Не показано владение навыками технологических и электрохимических расчётов, а также не продемонстрирована способность анализировать причины коррозионных разрушений металлов и металлических конструкций.  Содержание текста работы непонятно, практически не отвечает на вопросы по последовательности выполнения работы, что не свидетельствует о самостоятельности проведения расчетов, не выражает личное отношение к выполненной задаче. Не отвечает на вопросы, предназначенные к защите курсовой работы. 

7.    Основная учебная литература

1. Кузьмина М.Ю. Электрохимические методы исследования коррозионных систем : учеб. пособие / М. Ю. Кузьмина. – Иркутск : Изд-во ИрГТУ, 2015. – 134 с.

2. Кузьмина М.Ю. Защита металлургического оборудования от коррозии : учеб. пособие / М.Ю. Кузьмина. – Иркутск : Изд-во ИрГТУ, 2014. – 160 с.

3. Лукомский Ю.Я. Физико-химические основы электрохимии : учеб. для вузов / Ю.Я. Лукомский, Ю.Д. Гамбург. – Долгопрудный : Издательский Дом “Интеллект”, 2008. – 424 с.

8.    Дополнительная учебная и справочная литература

1. Ангал, Р. Коррозия и защита от коррозии : учеб. пособие / Р. Ангал; пер. с англ. – Долгопрудный : Интеллект, 2013. – 343 с.

2. Кузьмина М.Ю. Электрохимические методы исследования : учеб. пособие / М.Ю. Кузьмина. – Иркутск : Изд-во ИРНИТУ, 2018. – 150 с.

3. Кузьмина М.Ю. Основы научных исследований и элементы математического моделирования эксперимента : учеб. пособие / М.Ю. Кузьмина, А.В. Никаноров. – Иркутск : Изд-во ИРНИТУ, 2018. – 154 с.

4. Кузьмина М.Ю. Высокотемпературная электрохимия : учеб. пособие / М.Ю. Кузьмина, М.П. Кузьмин. – Иркутск : Изд-во ИрНИТУ, 2017. – 188 с.

5. Плэмбек Дж.А. Электрохимические методы анализа. Основы теории и применение / Дж. А. Плэмбек; пер. с англ. Б.Г. Кахана; под ред. С.Г. Майрановского. – М. : Мир, 1985.– 504 с.

6. Будников Г.К. Основы современного электрохимического анализа : учеб. пособие для вузов / Г.К. Будников, В.Н. Майстренко, М.Р. Вяселев. – М. : Мир : Бином ЛЗ, 2003. – 591 с.

7. Шлугер М.А. Коррозия и защита металлов : учеб. пособие вузов / М.А. Шлугер, Ф.Ф. Ажогин, Е.А. Ефимов. – М. : Металлургия, 1981. – 216 с.

8. Семенова И.В. Коррозия и защита от коррозии : учеб. пособие для вузов / И.В. Семенова, Г.М. Флорианович, А.В. Хорошилов. – М. : Физматлит, 2002. – 334 с.

9. Чавчанидзе А.Ш. Коррозия и защита металлов в пищевых средах : учеб. пособие / А.Ш. Чавчанидзе, Н.Б. Панова, 2004. – 242 с.

10. Лидин Р.А. Константы неорганических веществ : справочник / Р.А. Лидин, Л.А. Андреева, В.А. Молочко; под ред. Р.А. Лидина. – 2-е изд., перераб. и доп. – М. : Дрофа, 2006. – 685 с.

11. Баранов А.Н. Коррозия и защита металлов : учеб. пособие / А.Н. Баранов. – Иркутск : ИРНИТУ, 2015. – 177 с.

Ресурсы сети Интернет

1. http://library.istu.edu/

2. https://e.lanbook.com/

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра Металлургии цветных металлов

утверждена:

на заседании кафедры

Протокол №___ от «____» ____ 2018 г.

Рабочая программа дисциплины

«Электрохимические методы исследования коррозионных систем»

 

Направление: 15.04.02 Технологические машины и оборудование

 

Программа: Пищевая инженерия

 

Квалификация: Магистр

 

Форма обучения: очная

Составитель программы:

_____________________ / _________. / “____”______ 201_ г

Зав. кафедрой:

_____________________ / _________. / “____”______ 201_ г

Год набора -

Иркутск, 2018 г.


 

1.    Перечень планируемых результатов обучения по дисциплине, соотнесённых с планируемыми результатами освоения образовательной программы


Дисциплина «Электрохимические методы исследования коррозионных систем» обеспечивает формирование следующих компетенций с учётом этапа

Код, наименование компетенции Код, этапа освоения компетенции
ПК–4 способность разрабатывать методические и нормативные материалы, а также предложения и мероприятия по осуществлению разработанных проектов и программ ПК–4.3  
ПК–20 способность разрабатывать физические и математические модели исследуемых машин, приводов, систем, процессов, явлений и объектов, относящихся к профессиональной сфере, разрабатывать методики и организовывать проведение экспериментов с анализом их результатов ПК–20.3  
ПК–21 способность подготавливать научно-технические отчеты, обзоры, публикации по результатам выполненных исследований ПК–21.3  

1.2 В результате освоения дисциплины у обучающихся должны быть сформированы

Обобщенные трудовые функции / Трудовые функции Код этапа освоения компетенции Результат обучения
1. Специалист по электрохимической защите от коррозии линейных сооружений и объектов (40.022 Электрохимическая защита от коррозии линейных сооружений и объектов)   D. Управление системой электрохимической защиты линейных сооружений и объектов / D/01.7. Управление проектно-изыскательскими работами по защите от коррозии линейных сооружений и объектов; D/02.7. Управление эксплуатацией, строительно-монтажными и пусконаладочными работами по обеспечению защиты от коррозии линейных сооружений и объектов; D/03.7. Управление проверками коррозионного состояния и защищенностью линейных сооружений и объектов.   ПК–4.3   Знать: – постановления, распоряжения, приказы и другие руководящие, методические и нормативные документы по защите от коррозии; – методы защиты оборудования от коррозии и контроля скорости коррозии; – методы проведения коррозионных испытаний; – правила эксплуатации оборудования для проведения коррозионных и электрохимических исследований; – отечественный и зарубежный опыт коррозионных исследований и защиты оборудования от коррозии; Уметь: – разрабатывать методические и нормативные материалы, а также предложения и мероприятия по осуществлению разработанных научных проектов и программ; – анализировать причины коррозионных разрушений линейных сооружений и объектов; – использовать отечественный и зарубежный опыт коррозионных исследований и защиты металлов и оборудования от коррозии; – оценивать коррозионное воздействия агрессивной среды на материалы оборудования и техники; – использовать возможности физических, физико-химических и электрохимических методов анализа; – использовать диаграмму Пурбе для анализа и расчета коррозионных процессов; Владеть: – навыками разработки методических и нормативных материалов, а также предложений и мероприятий по осуществлению разработанных научных проектов и программ в сфере своей профессиональной деятельности;  – методами защиты технологического оборудования от коррозии и контроля скорости коррозии.
    1. Специалист по научно-исследовательским и опытно-конструкторским разработкам (40.011 Проведение научно-исследовательских и опытно-конструкторских разработок)   В. Проведение научно-исследовательских и опытно-конструкторских разработок при исследовании самостоятельных тем / B/03.6. Руководство группой работников при исследовании самостоятельных тем.   С. Проведение научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по тематике организации / C/01.6. Осуществление научного руководства проведением исследований по отдельным задачам; C/02.6. Управление результатами научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ.   D. Осуществление научного руководства в соответствующей области знаний / D/01.7. Формирование новых направлений научных исследований и опытно-конструкторских разработок; D/03.7. Координация деятельности соисполнителей, участвующих в выполнении работ с другими организациями.   ПК–20.3   Знать: – методики обработки и анализа результатов экспериментальных исследований; – порядок и основные принципы организации проведение экспериментов с анализом их результатов; – основные сведения о химической и электрохимической коррозии металлов; природу химических реакций, протекающих в технологических агрегатах; – основные способы защиты металлов и технологического оборудования от коррозии; Уметь: – формулировать цели и задачи исследований, выбирать и разрабатывать методику эксперимента, обоснованно выбирать метод исследования, анализировать и делать выводы; – разрабатывать методику выполнения научных исследований в области антикоррозионной защиты металлов и промышленного оборудования; Владеть: – навыками проведения экспериментальных исследований коррозионных процессов, навыками самостоятельной работы в научно-исследовательской сфере, навыками анализа полученных результатов и способностью делать выводы.
  1. Специалист по научно-исследовательским и опытно-конструкторским разработкам (40.011 Проведение научно-исследовательских и опытно-конструкторских разработок)   В. Проведение научно-исследовательских и опытно-конструкторских разработок при исследовании самостоятельных тем / B/02.6. Проведение работ по обработке и анализу научно-технической информации и результатов исследований.   С. Проведение научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по тематике организации / C/01.6. Осуществление научного руководства проведением исследований по отдельным задачам     ПК–21.3   Знать: – основные сведения о химической и электрохимической коррозии металлов; природу химических реакций, протекающих в технологических агрегатах; – основные способы защиты технологического оборудования пищевой промышленности от коррозии; – основные способы защиты металлов от коррозии и электрохимических методов исследования коррозионных систем; Уметь: – подготавливать научно-технические отчеты, обзоры и научные публикации по результатам выполненных исследований; – использовать возможности физических, физико-химических и электрохимических методов анализа; – выполнять аналитические, имитационные и экспериментальные исследования коррозионных процессов; – использовать диаграмму Пурбе для анализа и расчета коррозионных процессов; – критически оценивать достоверность полученных расчетных и экспериментальных данных, формулировать выводы и предложения; Владеть: –  навыками подготовки научно-технических отчетов, обзоров и научных публикаций по результатам выполненных исследований; – владеть техникой подготовки и проведения экспериментальных исследований коррозионных процессов.

2.    Место дисциплины в структуре ООП

       Изучение дисциплины «Электрохимические методы исследования коррозионных систем» базируется на результатах освоения следующих дисциплин: «Теоретические основы коррозии металлов», «Экологически безопасные способы поверхностной обработки материалов / Экологически безопасные антикоррозионные покрытия».

       Дисциплина является предшествующей для дисциплины: «Практика по получению профессиональных умений и опыта профессиональной деятельности (в том числе технологическая практика)».

3.    Объем дисциплины

Объем дисциплины составляет - 4 ЗЕТ

Вид учебной работы

Трудоемкость в академических часах (Один академический час соответствует 45 минутам астрономического часа)

Всего Семестр № 3
Общая трудоемкость дисциплины 144 144
Аудиторные занятия, в том числе: 39 39
лекции    
лабораторные работы 13 13
практические/семинарские занятия 26 26
Самостоятельная работа (в т.ч. курсовое проектирование) 69 69
Трудоемкость промежуточной аттестации 36 36
Вид промежуточной аттестации (итогового контроля по дисциплине) Экзамен, Курсовая работа Экзамен, Курсовая работа

4.    Структура и содержание дисциплины

4.1  Сводные данные по содержанию дисциплины

Семестр № 3

№ п/п

Наименование раздела и темы дисциплины

Вид контактной работы

Форма текущего контроля и вид промежуточной аттестации

Лекции

ЛР

ПЗ(СЕМ)

СРС

 
Кол. час. Кол. час. Кол. час. Кол. час.  
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
1 Введение 1           2 10 Реферат
2 Раздел 1. Сведения об электродных процессах и влиянии потенциала на их скорость 2   1, 2 7 1, 2, 3, 4 12 1, 1, 5, 5, 5, 5 12 Отчет по лабораторной работе
3 Раздел 2. Приборы и методика потенциостатических измерений 3   3, 4 6 5, 6, 7, 8 12 5, 1, 1, 5, 5, 5 12 Отчет по лабораторной работе
4 Раздел 3. Потенциостатические измерения в коррозионных исследованиях 4           4 8 Устный опрос
5 Раздел 4. Потенциостатические методы в электрохимической защите 5       9 2 4, 5 9 Устный опрос
  Промежуточная аттестация             3, 6 54 Экзамен, Курсовая работа
  Всего       13   26   105  

4.2  Краткое содержание разделов и тем занятий

Семестр № 3

Тема Краткое содержание
1 Введение Коррозией металлов называют самопроизвольное разрушение металлических материалов вследствие физико-химического взаимодействия их с окружающей средой. Дисциплина “Электрохимические методы исследования коррозионных систем” изучает возможности электрохимической защиты в промышленных условиях оборудования и конструкций. Электрохимические методы весьма эффективны для оценки склонности металлов и сплавов к различным локальным формам коррозии, особенно к межкристаллитной и питтинговой коррозии, а также к коррозионному растрескиванию. Эти методы используются при поисках причин коррозионных повреждений, при разработке новых коррозионных сплавов и покрытий, а также методов испытания материала на коррозионную стойкость. Новые области применения электрохимических методов – предотвращение образования осадков на стенках ванн для химического нанесения металлов и сплавов, электросинтез органических соединений. В подготовке обучающихся изучение курса “Электрохимические методы исследования коррозионных систем” занимает важное место. Это обусловлено тем, что потребность в освоении электрохимических, и в частности потенциостатических методов очень велика. Из-за разнообразия коррозионных проблем потребность в специалистах, владеющих данными методами исследования, возникает в организациях, связанных с самыми различными отраслями промышленности, строительства и транспорта.
2 Раздел 1. Сведения об электродных процессах и влиянии потенциала на их скорость Если в электрохимической системе обратимо и изотермически протекает реакция , то при постоянном давлении изменение изобарно-изотермического потенциала G соответствует электрической энергии системы: . Одна из основных особенностей электрохимической системы заключается в пространственном разделении участников протекающей в ней реакции. Общая токообразующая реакция распадается здесь на две частные реакции, каждая из которых совершается на отдельном электроде. В соответствии с этим ЭДС электрохимической системы, как отражение изменения ее химической энергии в ходе суммарной реакции, также должна представлять собой сумму двух электродных потенциалов. Каждый из них отвечает изменению химической энергии при протекании частной электродной реакции. Таким образом, Е = φ1 + φ2, где φ1 и φ2 –                                  электродные потенциалы. Уравнение для электродного потенциала имеет тот же вид, что и общее термодинамическое уравнение для ЭДС электрохимической системы φ = φо ,                                 с той только разницей, что в него входят активности лишь тех веществ, которые участвуют в данной электродной реакции. Стандартный электродный потенциал отвечает потенциалу обратимого электрода в тех случаях, когда активность каждого из участников электродной реакции равна единице (а i = 1).
3 Раздел 2. Приборы и методика потенциостатических измерений   Два основных метода электрохимических поляризационных измерений: гальваностатический и потенциостатический. При использовании гальваностатического метода поддерживают постоянным (или изменяют по заданной программе) ток, поляризующий электрод, а, следовательно, и расчетную плотность тока i вн (при неизменной поверхности электрода). В ходе опыта потенциал является функцией плотности тока, скорости реакции, состава раствора. При анализе экспериментальных данных можно рассматривать скорость реакции как функцию потенциала, состава раствора. При потенциостатической поляризации поддерживают постоянным (или изменяют по заданной программе) потенциал электрода, определяя плотность тока и скорость реакции как функцию потенциала и других переменных. Материал для изготовления электрохимических ячеек – стекло. Его преимущества: относительно высокая химическая устойчивость, возможность изготовления самых разнообразных и сложных конструкций, прозрачность. Две типичные конструкции исследуемого электрода: лопатка и цилиндр, рабочей поверхностью которого служит срез, перпендикулярный оси. Лопатку легче изготовить, но труднее отшлифовать, чем торец цилиндра В первом случае (лопатка) с раствором контактируют и побочные поверхности (торцы), а по электроду проходит ватерлиния. Во втором случае с раствором контактирует однородная рабочая поверхность и ватерлинии нет, но имеется граница металл – изоляция.
4 Раздел 3. Потенциостатические измерения в коррозионных исследованиях Потенциостатический метод в коррозионно-электрохимических исследованиях явился основой для получения зависимостей стационарной скорости растворения металла от потенциала. Снятие таких кривых – основа потенциостатических измерений в коррозионных исследованиях. Вместе с тем оно теперь составляет лишь часть обширной области применения потенциостатических измерений. Установлено, что потенциостатическим методом можно изучать кинетику не только ионизации металлов, но и других электрохимических реакций. Определена ценность нестационарных потенциостатических измерений. Изучены зависимости не только скорости коррозионно-электрохимических процессов от потенциала, но и других функций, в частности, состояния поверхности исследуемого металла, локальной коррозии, коррозии под напряжением, селективной коррозии. Потенциостатические условия стали широко использоваться для нахождения не только зависимости того или иного параметра (Y) от потенциала (Y = f (φ)), но и зависимости Y от других переменных – концентрации добавок к раствору, температуры.
5 Раздел 4. Потенциостатические методы в электрохимической защите Если пассивирующийся металл подвергается коррозии, находясь в активном состоянии, то скорость его коррозии можно снизить за счет смещения потенциала как сторону отрицательных (катодная защита), так и в сторону положительных (анодная защита) значений. Смещение потенциала в сторону отрицательных значений сопряжено со значительным замедлением скорости анодного растворения, а, следовательно, и коррозии. Потенциал, при котором эта скорость становится допустимой в данных условиях, принято называть защитным. Скорость коррозии в условиях катодной защиты может быть выражена соотношением: i кор = i д – i в, где i в – плотность поляризующего катодного тока; i д – скорость восстановления деполяризатора. Экономическая эффективность катодной защиты находится в прямой зависимости от плотности тока, необходимой для смещения потенциала до защитного значения. Анодную защиту используют для предотвращения коррозии оборудования как с целью увеличения срока его службы, так и для сохранения чистоты агрессивной среды (химического продукта). Целесообразно различать три режима работы анодной защиты: первоначальная пассивация; эксплуатационный режим; стационарный режим.

Перечень лабораторных работ

Семестр № 3

№ п/п Наименование лабораторной работы Кол-во акад. часов
1 Электрохимическое оксидирование алюминия в водных средах  4
2 Напряжение разложения электролитов 3
3 Исследование электродов первого рода  4
4 Электродные потенциалы металлов  2
  Итого 13

Перечень практических занятий

Семестр № 3

№ п/п Темы практических (семинарских) занятий Кол-во акад. часов
1 Равновесные электродные потенциалы  2
2 Классификация электродов 4
3 Стандартные электродные потенциалы 2
4 Диаграммы потенциал–рН (диаграммы Пурбе) 4
5 Электрохимические методы анализа. Основы теории и применение 2
6 Приборы для потенциостатических измерений. Методика потенциостатических измерений  2
7 Выбор и конструирование электродов сравнения для расплавленных солей  4
8 Конструкция и условия работы высокотемпературных ячеек с расплавленными хлоридными и нитратными электролитами 4
9 Примеры технологических расчетов  2
  Итого 26

Самостоятельная работа

Семестр № 3

№ п/п Вид СРС Кол-во акад. часов
1 Подготовка к лабораторным работам 8
2 Написание реферата 10
3 Написание курсовой работы 18
4 Проработка отдельных разделов теоретического курса 15
5 Подготовка к практическим занятиям 18
  Итого 69
6 Подготовка к экзамену 36

В ходе проведения практических занятий и лабораторных работ по курсу “Электрохимические методы исследования коррозионных систем” используются следующие интерактивные методы обучения: разбор конкретных ситуаций; групповые дискуссии.

Практические занятия по дисциплине проводятся с использованием слайд-материалов.

5.    Перечень учебно-методического обеспечения дисциплины

5.1  Методические указания для обучающихся по освоению дисциплины:

5.1.1 Методические указания для обучающихся по практическим работам:

Электрохимические методы исследования коррозионных систем [Электронный ресурс] : метод. указания по проведению практических занятий / сост. М.Ю. Кузьмина. – Иркутск : Изд-во ИРНИТУ, 2018.

5.1.2 Методические указания для обучающихся по лабораторным работам:

Электрохимические методы исследования коррозионных систем [Электронный ресурс] : метод. указания по выполнению лабораторных работ / сост. М.Ю. Кузьмина. – Иркутск: Изд-во ИРНИТУ, 2018.

5.1.3 Методические указания для обучающихся по самостоятельной работе:

Электрохимические методы исследования коррозионных систем [Электронный ресурс] : метод. указания по самостоятельной работе обучающихся / сост. М.Ю. Кузьмина. – Иркутск : Изд-во ИРНИТУ, 2018.

5.1.4 Методические указания для обучающихся по выполнению курсовой работы:

Электрохимические методы исследования коррозионных систем [Электронный ресурс] :  метод. указания по выполнению курсовой работы / сост. : М.Ю. Кузьмина. – Иркутск : Изд-во ИРНИТУ, 2018. – 19 с.

6.    Фонд оценочных средств для контроля текущей успеваемости и проведения промежуточной аттестации по дисциплине

Дата: 2019-03-05, просмотров: 195.