contoh soal korosi.doc

November 27, 2017 | Author: Adi Cipto Dimas | Category: Corrosion, Electrochemistry, Iron, Building Engineering, Materials
Share Embed Donate


Short Description

Download contoh soal korosi.doc...

Description

School of Mechanical Engineering

Industrial Corrosion and Prevention 308

TUTORIAL QUESTIONS

Tutorial 1 ­ Electrochemical Fundamentals and Pourbaix diagram 1.1.

Write electrochemical equations for the oxidation and reduction processes which may occur during: (a) (b) (c) (d)

the corrosion of aluminium by air­free sulphuric acid. corrosion of iron in aerated sulphuric acid containing ferric sulphate. corrosion of copper in aerated sulphuric acid containing ferric sulphate. the uniform corrosion of zinc­tin alloy  in an oxygen saturated  solution  of cupric chloride, stannic chloride and hydrochloric acid. (e) corrosion of silver in an aerated solution of cupric chloride, stannic chloride and hydrochloric acid. (f) corrosion of nickel in sea water. (g) corrosion of iron in air­free ferric chloride solution. 1.2.

Express the standard electrode potential, Eo, of a metal in terms of the standard Gibbs free energy change Go.  Hence calculate the value of Go at standard temperature and pressure for the corrosion of iron assuming a divalent reaction.

1.3.

Iron is connected to copper and then immersed in a solution containing both Fe 2+ and Cu2+ ions (a) Which metal corrodes? (b) Write   equations   to   describe   the   reactions   that   occur   at   each   electrode, assuming each metal has a valency of 2. (c) Calculate the maximum possible potential of the resulting corrosion cell.

1.4.

Calculate the rest potential, versus the saturated calomel electrode (SCE), of a piece of copper in equilibrium with a solution containing 10­6 M copper (II) ions.

1.5.

Use the data provided to construct a composite Fe­H 2O Pourbaix diagram showing the areas of stability of solids (Fe, Fe3O4 and Fe2O3) and ionic species (Fe2+ and Fe3+) for 1 mole per litre of dissolved ions.  Also draw the areas of stability for 10 ­6 mole per litre of dissolved ions.  Briefly explain how the stability areas are designated to respective species.  The standard free energies of formation of various solids and ionic species at 298 K are as follows (value in cal/mol): Fe2+

­20300 Fe

0

H+

0

School of Mechanical Engineering

Industrial Corrosion and Prevention 308

TUTORIAL QUESTIONS Fe3+

1.6.

­2530

Fe3O4

­242400

Fe2O3

­177100

H2O

­56690

Using the attached Pourbaix diagram for the tin­water system, answer the following questions: (a) What type of equilibrium reactions is represented by the dashed lines and what are represented by the solid ones in the diagram? (b) Why do we see three types of lines, horizontal, vertical and inclined, in the diagram? (c) What is the meaning of the intercept point of lines 2', 3' and 4'?   Write the equilibrium reaction for each line.  (d) Would you expect tin to be stable in an aqueous, oxygen­free acid solution with a pH = 1.0 that contains 10­6  M of tin ion?   Explain your answers and write the half­cell reactions and overall reactions that would occur.   (e) Tin coated cans are commonly used to contain slightly acidic food products. Using   the   enclosed   Pourbaix   diagram,   schematically   sketch   the   expected corrosion rate of tin in an aqueous solution as a function of pH at a constant potential of E=0.  Write the corrosion reaction for any region of high corrosion rate. (f) Indicate in the diagram, the regions of corrosion, immunity and passivation for tin in water at 25°C.

 Figure 1.  Pourbaix diagram for the tin­water system at 25  oC

School of Mechanical Engineering

Industrial Corrosion and Prevention 308

TUTORIAL QUESTIONS

Tutorial 2 – Electrochemical Fundamentals of Corrosion 2.1.

Write electrochemical equations for the oxidation and reduction processes occurring during:

(a)

the corrosion of Al in air­free sulphuric acid

(b)

the corrosion of Fe in aerated sulphuric acid containing ferric sulphate

(c)

the corrosion of Cu in aerated sulphuric acid containing ferric sulphate

(d)

the   uniform   corrosion   of   Zn­Sn   alloy   in   an   oxygen   saturated   solution   of   cupric chloride, stannic chloride and hydrochloric acid

(e)

the corrosion of Ag in an aerated solution of cuperic chloride, stannic chloride and hydrochloric acid

(f)

the corrosion of Ni in seawater

(g)

the corrosion of Fe in air­free ferric chloride solution

2.2.

Draw a kinetic diagram (E vs log i) for metal M corroding in an acid solution under activation   control.     Label   carefully   and   indicate   the   corrosion   rate   of   this   system (icorr).  Will corrosion rate be increased or decreased by the following changes:

(a)

increasing io of the MM+ + e reaction ? 

(b)

increasing io of the 2H+ + 2e H2 reaction ?

(c) 

shifting the reversible potential to a more noble (+) value ?

(d)

increasing the value of  for the oxidation reaction ?

2.3.

A typical active­passive metal is passivated by placing it in a solution containing a large quantity of oxidising agent.  For such a system what happens to corrosion rate during

(a) 

anodic polarisation and

(b)

cathodic polarisation ?

2.4.

Determine half­cell potential of Zn electrode in a 0.01M ZnCl2 aqueous solution.  [­0.827V]

2.5.

Determine   half­cell   potential   of   H   electrode   in   aqueous   solution   of   pH=7,   under 0.5atm partial pressure and at 40C. [­0.426V]

School of Mechanical Engineering

Industrial Corrosion and Prevention 308

TUTORIAL QUESTIONS 2.6.

Given that the cell potential is +0.590V of a Zn­H cell in a 0.5M ZnCl 2  solution, determine the pH of the solution. [3.28]

2.7.

A piece of Zn is submerged in CuCl2 solution in a small container. Will corrosion occur? If so will the reaction stop eventually? If so under what condition will it stop? [[Zn2+]/[Cu2+]=1.45x1037]

Tutorial 3 - Uniform Corrosion, Galvanic Corrosion 3­1.

Although   all   forms   of   corrosion   are   undesirable,   uniform   corrosion   is   least objectionable.  Why?

3­2.

Can uniform corrosion be used to the benefit of corrosion protection? Can uniform corrosion be used to the benefit of other engineering purposes? Give some examples if you think yes to the above two questions.

3­3.

What is rust?  Does rust have any effect on corrosion?

3­4.

A   metal,   M,   of   valency   z,   atomic   mass   W   and   density   D   (kgm )   is   corroding uniformly   over   its   exposed   surface   by   an   electrochemical   process   with   a   current

­3

­2

density of icorr (Am ).  Derive an expression of corrosion rate in mmpy of the metal, assuming that the build­up of corrosion product does not stop the corrosion reaction. ­2

If   the   metal   is   Cu   and   the   corrosion   current   density   is   0.01   Am ,   calculate   the corrosion rate.      (0.0116 mmpy) 3­5.

The rate of uniform corrosion can also be experimentally determined by measuring weight loss over a period of time.   Derive an expression of the rate of corrosion in mmpy   using   data   from   such   a   measurement.   (Identify   every   variable   in   your equations).     Discuss   the   similarities   and   differences   between   this   method   and   the method dealt with in question 3.4

3­6.

It   is   important   to   recognise   galvanic   corrosion   when   it   happens.     Consider   the following cases:

(a)

It is noticed that a magnesium drain plug in the steel oil pan of an automobile is visibly corroded on the inside (oil side).  Is this an example of galvanic corrosion?

(b)

Equal areas of copper and Monel sheet bolted together (Monel nuts and bolts) are immersed in seawater for one year.  Inspection shows some general corrosion of the copper   and   no   visible   attack   of   the   Monel.     Is   this   a   classical   case   of   galvanic corrosion?

(c)

During animal testing of alloys for surgical implants, most procedures recommend that only one type of metal be tested in each animal to avoid galvanic corrosion even though the specimens are physically separated.  Is this a reasonable criterion?

(d)

A  10 m2  lead  plate  contaminated  by a small  drop (1 mm 2) tin  on its  surface  is immersed in seawater.  Will this produce galvanic corrosion?

School of Mechanical Engineering

Industrial Corrosion and Prevention 308

TUTORIAL QUESTIONS 3­7.

What are the essential conditions for galvanic corrosion?

3.8.

If one metal of a galvanic couple is to be coated, which would you choose?  Why?

3.9.

Galvanic   corrosion   is   an   electrochemical   process.     Is   it   possible   to   determine   the corrosion rate in this case by electrical measurement? If so, how?

3­10. Can a comprehensive EMF table serve the needs for predicting industrial galvanic corrosion?  Why or why not? 3­11. On one hand it is known that relative electrode potentials are transferable, on the other it is recommended that galvanic test is to be carried out for a given coupling in a given environment whenever possible.  Is the recommendation really necessary? 3.12

Estimate the critical [Sn2+]/[Fe2+] ratio at which Sn is galvanically corroded by Fe at room temperature. 

3.13

A piece of galvanised steel is submerged in a small container containing tap water at room temperature.  Will the steel corrode? If so, is it possible to identify the condition numerically?  Will the situation be different if it was a large container?

3.14

Sea coastal locations are generally more corrosive than inland areas.   Does galvanic effect contribute to corrosion in this case and why?

3.15

A Cu plate has an exposure area of 7430 cm2.  In the plate there are 5 steel rivets, each with an exposure area of 0.64 cm2. The assembly is submerged in an electrolyte in a sealed container with purging N2. If the corrosion rate of the steel in the solution is 0.156 mm/y when uncoupled:  (1) Determine the corrosion rate of the steel rivets.

[77 mm/y]

(2) If it was a steel plate with 5 Cu rivets, what would be to corrosion rate of the steel plate?

School of Mechanical Engineering

Industrial Corrosion and Prevention 308

TUTORIAL QUESTIONS

Tutorial 4 – Crevice, Corrosion, Pitting Corrosion 4­1.

Explain how crevice corrosion is accelerated by the migration of Cl­ into the crevice.

4­2.

Explain why crevice corrosion is particularly difficult to detect.

4­3.

Describe the autocatalytic nature of pitting corrosion.

4­4.

Comment on the maximum and average pit depth measurements as means to evaluate pitting corrosion.

4­5.

Aqueous   storage   containers   are   often   found   to   corrode   just   under   the   water   line (location (c)).  This form of corrosion is commonly known as water­line corrosion.

(1) Explain   the   mechanisms   of   this type of corrosion. (2) Write down the possible corrosion reactions   (assuming   galvanised steel   container)   and   point   out   the location for each reaction.

a

water line

b c d

(3) How can this form of corrosion be avoided? 4­6.

Write   the   possible   corrosion   reactions   for   situation   (a)   and   (c)   shown   below   and predict which of the three Zn samples is likely to corrode more quickly?  Explain your prediction. What would be your prediction if the samples were Al?

Zn rain water rain water (b)

Zn

4­7.

Zn rain water

air

(c)

(a)

Two plates  of mild steel are bolted together with a small gap between them by a plastic bolt.  Explain what is likely to happen if the pair is placed in 

School of Mechanical Engineering

Industrial Corrosion and Prevention 308

TUTORIAL QUESTIONS (a) neutral water (b) seawater If the plates are of an austenitic stainless steel, what is likely to happen? 4­8.

Two   type   304   stainless   steel   plates   are   bolted   together   to   form   a   crevice.     The assembly is placed in a container filled with artificial seawater.  Explain the corrosion process at location A in the following situations (ignore the oxidation of Fe2+ to Fe3+):

(1)

The assembly is immersed and then the crevice is sealed off by an imaginary gate at the opening of the crevice (a).

(2)

The gate is lifted after a prolonged period of time (b). gate lifted

gate closed

B

A (a)

B

A  (b)

School of Mechanical Engineering

Industrial Corrosion and Prevention 308

TUTORIAL QUESTIONS

Tutorial 5 ­ Intergranular Corrosion, Selective Leaching, Erosion Corrosion 5­1.

What   is   the   sensitisation   of   austenitic   stainless   steels?   Can   it   be   avoided?     Once happened, can it be eliminated?

5­2.

What is weld decay?  Can it be avoided?  Once happened, can it be eliminated?

5­3.

Would you recommend the use of type 347 welding rod to weld type 304 sheet to avoid intergranular corrosion? Why?  If it has to be an austenitic stainless steel, which steel would you recommend to avoid the problem of weld decay?

5­4.

Are type 347 and 321 stainless steels immune to sensitisation?

5­5.

Describe two examples  of metallurgical microstructure having significant effect on corrosion resistance.

5­6.

What  is  the  graphitisation  of  grey  iron?     What   an  alternative   material   would  you recommend   to   replace   a   grey   iron   underground   pipeline   to   avoid/minimise   the problem of graphitisation?

5­7.

What is the dezincification of brass?  Does every brass dezincify equally under a given condition?  If it has to be a brass, which brass would you choose to avoid the problem of dezincification?

5­8.

One argues that a dezincified brass is just a brass with less zinc and it should not behave with any difference from a low zinc brass.  How would you comment on this?

5­9.

Why is most damage suffered by the leading edge of propellers?

5­10. Discuss the effect of flow velocity on corrosion. 5­11. List three ways to prevent erosion corrosion. 5­12. Erosion   corrosion   is   due   to   the   combined   action   of   a   corrosive   environment   and mechanical abrasion.  In what way does it differ from (i) mechanical erosion, and (ii) environmental corrosion?

School of Mechanical Engineering

Industrial Corrosion and Prevention 308

TUTORIAL QUESTIONS

Tutorial 6 ­ Stress Corrosion Cracking, Corrosion Fatigue 6­1.

What effect does stress cycling frequency have on a corrosion fatigue test?

6­2.

How dose increased relative slip between two metals affect fretting corrosion?

6­3.

What is the wedging effect of corrosion products?

6­4.

Stress­corrosion   cracking   is   due   to   the   combined   action   of   a   tensile   stress   and corrosive environment.  In what way does stress­corrosion cracking differ from (i) mechanical cracking, and (ii) environmental corrosion? Tutorial 7 ­ Oxidation, Hydrogen Attack

7­1.

Comment on the use of Pilling­Bedworth ratio as a criterion for oxidation resistance. List   desirable   properties   of   a   scale   for   good   protection   against   high   temperature oxidation.

7­2.

High temperature oxidation is regarded in analogue to aqueous galvanic corrosion. Comment on the differences in measures for prevention of deterioration in these two cases.

7­3.

What are n­type oxides and what are p­type oxides?  What is doping effect?  

7­4.

Explain the following observation: (1) The oxidation rate of Ni is observed decrease  after being alloyed  with Li and increase after being alloyed with Cr.  (2) The  oxidation  rate  of Zn is observed increase after being alloyed  with Li and decrease after being alloyed with Al.

7­6.

What   are   the   differences   between   stress­corrosion   cracking   and   hydrogen embrittlement?    Are  these   differences   important  so  far  as  protection   measures  are concerned?

School of Mechanical Engineering

Industrial Corrosion and Prevention 308

TUTORIAL QUESTIONS

Tutorial 8 ­ Corrosion Monitoring and Testing 8­1.

What is the planned interval test?  What information can you get from such a test?

8­2.

Compare the suitability and limitations of the following corrosion rate monitoring   techniques: (1) coupon insertion (2) electrical resistance probe (3) linear polarisation method

8­3.

How is crevice corrosion measured and how is crevice corrosion tendency evaluated?

8­4.

What techniques can you use to monitor the wall thickness reduction due to corrosion of a slurry pipeline?

8.5.

Explain different set­ups for stress corrosion cracking testing.

8.6.

The tendency or resistance of a material toward stress corrosion cracking can be tested in a number of ways, including constant strain test, constant load test and slow strain rate   test.     List   the   parameters   that   can   be   determined   to   evaluate   stress   corrosion cracking tendency/resistance in these tests.   Comment on the merits and demerits of the methods.

8.7.

It is important to have a standard, well­planned procedure to carry out a corrosion failure analysis.   List the essential steps of the procedure for a component failed on site   for   the   following   three   stages   of   analysis:   on   site   inspection,   laboratory   test, evaluation and reporting. 

8.8.

Can hydrogen attack be detected?  If yes, how?

School of Mechanical Engineering

Industrial Corrosion and Prevention 308

TUTORIAL QUESTIONS

Tutorial 9 ­ Corrosion Control 9­1.

A steel lockgate is to be protected using aluminium sacrificial anodes.  The anodes are bars of 125 mm by 500 mm with a steel core for welding to the structure.  Determine the following parameters for the protection system and answer question (4): (1)  (2) (3) (4)

minimum number of anodes required. number of years these anodes may provide sufficient protection. minimum number of anodes required to provide sufficient protection for 10 years. Is overprotection a concern if you use the number of anodes as calculated in (3)?

Data:   dimensions of lock gate:

9­2

width: 12 m Water­line height: 8m (upper stream)     3m (lower stream) ­2

current required for protection:

130 mA m

maximum current output of aluminium anode: 

6.5 A m

volume consumption rate of aluminium anode: anodic efficiency of aluminium anode:

1180 ml A y 65 %

­2 ­1 ­1

If a metal is corroding in an acidic solution at a rate corresponding to a current density i, by the application of a cathodic current of the same density magnitude will (1) the corrosion of the metal be suppressed (2) the rate of the corrosion be reduced (3) the rate of the corrosion be increased? Explain your answer using a diagram.

9­3.

Calculate the theoretical capacity of zinc sacrificial anode material.   The measured ­1

capacity   of   a   zinc   anode   is   780   Ahkg .     Calculate   the   efficiency   of   the   metal. Calculate the consumption rate of the zinc anode.

­1

(819 Ahkg )

9­4.

Using a graph, explain schematically at what current density will an aluminium anode be consumed if it is used to protect an underground carbon steel pipeline.

3.10.

Explain why only DC is used for impressed current cathodic protection.

9­6.

You are asked to design for a cathodic protection system using sacrificial anodes for an under sea structure.  What information would you need?

9.7.

You are asked to design a cathodic protection system using impressed current for an underground pipeline.  What information would you need?

9.8.

A   steel   pipeline   submerged   in   seawater   is   to   be   protected   by   impressed   current cathodic protection.  The length of the pipeline is 500 m.   If anodes are empirically chosen to be placed at a distance 2 m from the pipeline, estimate the number of anodes required   for   the   protection   system,   given   that   the   range   of  current   density   on  the

School of Mechanical Engineering

Industrial Corrosion and Prevention 308

TUTORIAL QUESTIONS structure for proper protection is 90~160 mAm­2.  Assume the electrical resistivity of seawater is 20cm. It is desirable to have fewer anodes for easy installation and maintenance.  What can you do to reduce the number of anodes?  What are the implications and concerns of these changes? 9.9.

A current of 10A is charged into a steel water pipe and leaves it at an interval of 20m. The pipe has an exterior diameter of 50mm and a wall thickness of 1.25mm. (a) Predict the corrosion behaviour of this pipe.  (b) Assuming the electrical resistivity of the steel is 10 ­5cm and the resistivity of water is 104cm, estimate the total annual metal loss due to corrosion. (c) Estimate the total annual metal  loss due to corrosion if the media is seawater, which has a resistivity of 20cm.

School of Mechanical Engineering

Industrial Corrosion and Prevention 308

TUTORIAL QUESTIONS other questions 7­5.

Ni produces a p­type oxide.   Li has virtually no resistance to oxidation.   Cr is an element   invariably   used   in   oxidation­resistant   alloys.     What   oxidation   behaviour would you expect when Ni is alloyed with a small amount of (1) Li and (2) Cr?

9­1.

It is planned to place an uncoated steel drilling platform in the sea.   The immersed parts   of   the   structure   will   be   protected   with   an   aluminium   alloy   (Galvalum   I) sacrificial anode for cathodic protection for a lifetime of 10 years.  The anodes are to be semi­cylindrical with a diameter of 100 mm, a length of 400 mm and a steel core for welding the plane side to the structure.   Calculate the following parameters (in your calculation the ends, the back and the steel core may be ignored): (1)  minimum number of anodes required. (2) number of years these anodes may provide sufficient protection. (3)  minimum   number   of   anodes   required   to   provide   sufficient   protection throughout  the designed life time of 10 years. 2

Data:   wetted surface area of legs: 2000 m

wetted surface area of cross members: current required for protection:

2

500 m ­2

110 mA m

maximum current output of Galvalum I: 

­2

6.5 A m

­1 ­1

volume consumption rate of Galvalum I: 1180 ml A y anodic efficiency of Galvalum I: 60 % 9­6.

An off­shore oil and gas company has a section of a carbon steel pipeline located in seawater.   The section is to be protected using semi­cylindrical Mg anodes.   Try to sketch a design of the protection system and estimate the number of anodes necessary to provide adequate protection for a period of 5 years.  The protection specifications are   as   following   (assuming   pure   Mg   anodes   and   ignoring   the   ends   and   back   of anodes): length of pipeline to be protected: outside diameter of pipe: current required for protection: dimensions of Mg anode: anode maximum current output:

1.5 km 600 mm 100 mA/m2 20x45 mm 4.1 A/m2

If the pipeline was buried underground how would you modify your design (sketch only)?

View more...

Comments

Copyright ©2017 KUPDF Inc.
SUPPORT KUPDF