تآكل المعادن وكفاءة مثبطات التآكل في وسائل الإعلام أقل موصلة
Summary
اختبار العمليات المرتبطة بتآكل المواد غالباً ما يكون من الصعب خاصة في البيئات غير المائية. نقدم هنا، أساليب مختلفة لاختبار قصيرة الأجل وطويلة الأجل لسلوك التآكل لبيئات غير المائية مثل الوقود الأحيائي، ولا سيما تلك التي تحتوي على الإيثانول.
Abstract
يمكن أن يكون تآكل المواد عاملاً مقيداً لمواد مختلفة في العديد من التطبيقات. وبالتالي، من الضروري أن أفضل فهم عمليات التآكل والوقاية منها وتقليل الأضرار المرتبطة بها. واحدة من الخصائص الأكثر أهمية لعمليات التآكل هو معدل التآكل. قياس معدلات التآكل غالباً صعبة جداً أو حتى من المستحيل خاصة في بيئات أقل موصلة غير المائية مثل الوقود الأحيائي. نقدم هنا، خمسة أساليب مختلفة لتحديد معدلات التآكل وكفاءة الحماية مكافحة التآكل في أنواع الوقود الأحيائي: (ط) اختبار ثابت، (ثانيا) اختبار ديناميكي، (ثالثا) اختبار ثابت مع قياسات الكهروكيميائية وبرودة ارتداد (الرابع) في ترتيب القطب اثنين و (v) في ترتيب ثلاث قطب كهربائي. الاختبار الثابت مفيد بسبب مطالبها منخفضة على المواد والمعدات مفيدة. يسمح اختبار ديناميكي للاختبار لمعدلات التآكل للمواد المعدنية في ظروف أشد قسوة. اختبار ثابت مع ارتداد برودة يسمح للتجارب التي أجريت في بيئات مع اللزوجة أعلى (مثلاً، زيوت محركات) عند درجات الحرارة الأعلى حضور الأكسدة أو جو خامل. القياسات الكهروكيميائية تقديم نظرة أكثر شمولاً على عمليات التآكل. الهندسات عرض الخلية والترتيبات (نظم قطب كهربائي اثنين وثلاثة قطب كهربائي) تجعل من الممكن إجراء القياسات في بيئات الوقود الحيوي دون الشوارد الأساسية التي يمكن أن تحدث أثرا سلبيا على النتائج وتحميلها مع أخطاء القياس. طرق عرض تجعل من الممكن لدراسة العدوانية التآكل من بيئة والمقاومة للتآكل للمواد المعدنية، وكفاءة مثبطات التآكل مع الممثل واستنساخه بالنتائج. يمكن أن تساعد النتائج التي تم الحصول عليها باستخدام هذه الأساليب لفهم عمليات التآكل بمزيد من التفصيل إلى أدنى حد من الأضرار الناجمة عن التآكل.
Introduction
أسباب التآكل مادية وأضرار اقتصادية العالم. يتسبب في خسائر مادية كبيرة بسبب تفكك المواد كاملة أو جزئية. يمكن أن يفهم الجسيمات المفرج عنهم كشوائب؛ فيمكنهم تغيير سلبا على تكوين البيئة المحيطة أو الأداء الوظيفي لمختلف الأجهزة. أيضا، يمكن أن يسبب التآكل التغييرات البصرية السلبية للمواد. وبالتالي، هناك حاجة إلى فهم عمليات التآكل بمزيد من التفصيل على وضع تدابير لمنع التآكل وتقليل المخاطر المحتملة1.
وبالنظر إلى القضايا البيئية واحتياطيات الوقود الأحفوري محدودة، هناك اهتمام متزايد في أنواع الوقود البديلة، من بينها الوقود الحيوي من مصادر الطاقة المتجددة دوراً هاما. وهناك عدد من مختلف أنواع الوقود الأحيائي يحتمل أن تكون متاحة، ولكن الإيثانول المنتجة من الكتلة الحيوية حاليا هو البديل الأكثر ملاءمة للبنزين استبدال (أو المزج مع). استخدام الإيثانول ينظمها التوجيه 2009/28/المفوضية الأوروبية في الاتحاد الأوروبي2،3.
الإيثانول (الإيثانول) له خصائص مختلفة إلى حد كبير بالمقارنة مع البنزين. أنها شديدة القطبية، وموصلة والامتزاج تماما بالمياه، و ما إلى ذلك هذه الخصائص تجعل الإيثانول (ويمزج وقود الإيثانول الذي يتضمن أيضا) العدوانية من ناحية التآكل4. لأنواع الوقود ذات محتوى منخفض من الإيثانول، التلوث بكميات صغيرة من المياه يمكن أن يسبب انفصال المرحلة المائية-الإيثانول من مرحلة الهيدروكربونية ويمكن أن يكون هذا التآكل عالية. الإيثانول اللامائى نفسها يمكن أن تكون العدوانية لبعض المعادن النبيلة أقل وتسبب “الجاف للتآكل”5. مع السيارات الموجودة، ويمكن أن يحدث تآكل في بعض أجزاء معدنية (لا سيما من النحاس والنحاس والألومنيوم أو الصلب الكربوني) التي تتلامس مع الوقود. وعلاوة على ذلك، الملوثات القطبية (لا سيما كلوريدات) قد تسهم في تآكل كمصدر للتلوث؛ يمكن أيضا أن تلعب التفاعلات الذوبان وأكسدة الأكسجين (التي يمكن أن تحدث في مزيج البنزين والإيثانول (اجبس) وأن تكون مصدرا للمواد الحمضية)6،دوراً هاما7.
أحد الاحتمالات على كيفية حماية المعادن من التآكل هو استعمال مثبطات التآكل ما يسمى التي تجعل من الممكن درجة كبيرة تبطئ (تمنع) عمليات التآكل8. ويتوقف اختيار مثبطات التآكل على نوع البيئة المسببة للتآكل، ووجود المنبهات التآكل، ولا سيما بشأن إليه مثبط معينة. حاليا، لا يوجد قاعدة بيانات متعددة أو التصنيف المتاحة التي ستمكن التوجه بسيطة في مثبطات التآكل.
يمكن تقسيم البيئات التآكل إلى مائي أو غير مائي، كما الكثافة وطبيعة عمليات التآكل في هذه البيئات تختلف اختلافاً كبيرا. لبيئات غير المائية، التآكل الكهروكيميائية المرتبطة بالتفاعلات الكيميائية المختلفة نموذجي، بينما يحدث فقط من التآكل الكهروكيميائية (دون غيرها من التفاعلات الكيميائية) في البيئات المائية. وعلاوة على ذلك، التآكل الكهروكيميائية مكثفة أكثر في البيئات المائية9.
في بيئات غير المائية السائلة العضوية، تعتمد عمليات التآكل على درجة الاستقطاب للمركبات العضوية. ويرتبط هذا مع استبدال الهيدروجين في بعض المجموعات الوظيفية بالمعادن، الذي يرتبط بتغيير خصائص عمليات التآكل من الكهروكيميائية للمواد الكيميائية، التي أدنى معدلات التآكل نموذجية في مقارنة مع العمليات الكهروكيميائية. عادة ما يكون البيئات المائية عدم انخفاض قيم الموصلية الكهربائية9. زيادة الموصلية في البيئات العضوية، من الممكن إضافة ما يسمى الشوارد الداعمة مثل تيترافلوروبوراتيس تيترالكيلامونيوم أو كلورات. لسوء الحظ، هذه المواد يمكن لها خصائص مثبطة، أو، على العكس من ذلك، زيادة معدلات التآكل10.
هناك عدة طرق للأجلين القصير والطويل اختبار التآكل أسعار المواد المعدنية أو كفاءة مثبطات التآكل، أي مع أو بدون تعميم البيئة، أي، والتآكل والدينامية اختبار، على التوالي 11 , 12 , 13 , 14 , 15-لكلا الأسلوبين، يستند في حساب معدلات التآكل للمواد المعدنية الخسائر الوزن للمواد التي تم اختبارها على مدى فترة زمنية معينة. في الآونة الأخيرة، أصبحت أكثر أهمية في دراسات التآكل نظراً للكفاءة العالية وأوقات قصيرة قياس الطرق الكهروكيميائية. وعلاوة على ذلك، أنها غالباً ما توفر المزيد من المعلومات وطريقة عرض أكثر شمولاً في عمليات التآكل. الأساليب الأكثر استخداماً هي المعاوقة الكهروكيميائية التحليل الطيفي (EIS)، والاستقطاب بوتينتيوديناميك والقياس لتحقيق الاستقرار في التآكل المحتملة في الوقت المناسب (في مستو، اثنين قطب كهربائي أو في إطار ترتيب قطب ثلاثة)16 17، ،،من1820،19،21،،من2223.
نقدم هنا، خمس طرق للقصير الأجل والطويل الأجل اختبار لعدوانية التآكل من بيئة والمقاومة للتآكل للمواد المعدنية وكفاءة مثبطات التآكل. كل الأساليب هي الأمثل للقياسات في بيئات غير المائية وهي برهنت في اجبس. الأساليب التي تسمح بالحصول على نتائج الممثل واستنساخه، والتي يمكن أن تساعد على فهم عمليات التآكل بمزيد من التفصيل لمنع وتقليل الأضرار التآكل.
لاختبار التآكل الغمر ثابتة في نظم المعدن السائل، اختبارات التآكل ثابتة في نظم المعدن السائل يمكن أن يؤديها في جهاز بسيط يتكون من زجاجة 250 مل مزودة بخُطاف لمعلقة عينة تم تحليلها، انظر الشكل 1.
لاختبار التآكل الحيوي مع دوران السائل، يمكن اختبار مثبطات تآكل المعادن أو العدوانية من السوائل (الوقود) في جهاز تدفق مع تداول السائلة المتوسطة المعروضة في الشكل 2. جهاز تدفق، يتكون من جزء خفف وخزان السائل باختبارها. في الجزء خفف، اختبار السائل على اتصال بعينه معدنية حضور أكسجين الهواء، أو في جو خامل. وتكفل أطل الإمداد بالغاز (الهواء) مع أنبوب التوصل إلى أسفل قارورة. خزان السائل تم اختبارها تحتوي على حوالي 400-500 مل سائل تم اختبارها متصل مع برودة الجزر التي يسمح للاتصال على الجهاز مع الغلاف الجوي. في برودة، يتم تجميد الجزء تبخر السائل في-40 درجة مئوية. مضخة تمعجية يسمح لضخ السائل بمعدل مناسب حول 0.5 Lh–1 عبر دائرة مغلقة من كيميائيا مستقرة وخاملة المواد (مثلاً، تفلون، Viton، تيجون) من الجزء التخزين في الجزء خفف، من ويعود السائل عبر تجاوز السعة في الجزء التخزين.
لاختبار التآكل الغمر ثابتة مع الجزر برودة حضور الغازية المتوسطة، مثبطات التآكل، يمكن اختبار مقاومة المواد المعدنية أو العدوانية من البيئة السائلة في الجهاز الذي قدم في الشكل 3. يحتوي الجهاز على جزأين. الجزء الأول يتكون من قارورة 500 مل العنق اثنين، وخفف حرارة. قارورة تحتوي على كمية كافية من البيئة السائلة. الجزء الثاني يتكون من (ط) ارتداد برودة مع زجاج أرضية مشتركة لتحقيق اتصال ضيق مع قارورة، (ثانيا) شماعات لوضع العينات المعدنية وأطل (ثالثا) مع أنبوب للإمداد بالغاز (الهواء) التوصل إلى أسفل قارورة. الجهاز متصل بالغلاف الجوي عن طريق برودة أن يتجنب تبخر السائل.
ويرد في الشكل 4الأجهزة للقياسات الكهروكيميائية في الترتيب الثاني-القطب. أقطاب كهربائية مصنوعة من صفائح معدنية (3 × 4 سم، من الفولاذ الطري)، الذي متأصلة تماما في الراتنج إيبوكسيد على جانب واحد لحمايتهم من تآكل البيئة المحيطة. كلا أقطاب أبله إلى مصفوفة حيث تكون المسافة بينهما حوالي 1 ملم22.
القياسات الكهروكيميائية في ترتيب ثلاث قطب كهربائي يتكون من العامل ومرجع ومساعد كهربائي وضع في الخلية قياس بحيث يكفل مسافة صغيرة بين الأقطاب؛ انظر الشكل 5. كقطب مرجعي أو كالومل أو أقطاب ارجنت-كلوريد مع جسر ملح الذي يحتوي على (ط) حل13 مول–من نترات البوتاسيوم (كنو3) أو (الثاني) حل11 مول–من كلوريد الليثيوم (ليكل) في يمكن استخدام الإيثانول. يمكن استخدام سلك البلاتين، وشبكة أو لوحة كمسري الإضافية. الكهربائي العامل يتكون من (ط) جزء قياس (اختبار المواد مع مؤشر ترابط المسمار) ومرفق المسمار (ثانيا) معزولة عن البيئة التآكل، انظر الشكل 6. يجب أن تكون معزولة القطب بما فيه الكفاية بختم المضادة تجاوز الحد الأدنى.
Protocol
Representative Results
Discussion
المبدأ الأساسي لاختبار ديناميكي وكلا الاختبارين ثابت هو تقييم الخسائر الوزن من عينات معدنية في نظم البيئة تآكل المعادن (الوقود) تبعاً للوقت حتى يتم تحقيق حالة ثابتة (أيحدوث لا زيادة الوزن). ويحسب معدل تآكل المعادن في بيئة التآكل من فقدان الوزن والوقت. ميزة اختبار التآكل ثابتة طويلة ال…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وتم تمويل هذا البحث من الدعم المؤسسي لتطوير مفاهيم طويل الأجل لمنظمة البحوث (رقم تسجيل الشركة CZ60461373) المقدمة من وزارة التربية والتعليم والشباب والرياضة، الجمهورية التشيكية، العمليات برنامج براغ-القدرة التنافسية (CZ.2.16/3.1.00/24501) و “البرنامج الوطني للاستدامة” (نبو أنا LO1613) مسمت-43760/2015).
Materials
| sulfuric acid | Penta s.r.o., Czech Republic | 20450-11000 | p.a. 96 % CAS: 7664-93-9 http://www.pentachemicals.eu/ |
| acetic acid | Penta s.r.o., Czech Republic | 20000-11000 | p.a. 99 % CAS: 64-19-7 http://www.pentachemicals.eu/ |
| sodium sulphate anhydrous | Penta s.r.o., Czech Republic | 25770-31000 | p.a. 99,9 % CAS: 7757-82-6 http://www.pentachemicals.eu/ |
| sodium chlorate | Penta s.r.o., Czech Republic | p.a. 99,9 % CAS: 7681-52-9 http://www.pentachemicals.eu/ |
|
| demineralized water | – | ||
| ethanol | Penta s.r.o., Czech Republic | 71250-11000 | p.a. 99 % CAS: 64-17-5 http://www.pentachemicals.eu/ |
| gasoline fractions | Ceská rafinerská a.s., Kralupy nad Vltavou, Czech Republic | in compliance with EN 228 (57.4 vol. % of saturated hydrocarbons, 13.9 vol. % of olefins, 28.7 vol. % of aromatic hydrocarbons, and 1 mg/kg of sulfur) | |
| Aceton | Penta s.r.o., Czech Republic | pure 99 % | |
| Toluen | Penta s.r.o., Czech Republic | pure 99 % | |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Potenciostat/Galvanostat/ZRA | |||
| Reference 600 | Gamry Instruments, USA | https://www.gamry.com/ | |
| 1250 Frequency Response Analyser | Solarthrone | ||
| SI 1287 Elecrtochemical Interference | Solarthrone | ||
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Software | |||
| Framework 5.68 | Gamry Instruments, USA | https://www.gamry.com/ | |
| Echem Analyst 5.68 | Gamry Instruments, USA | https://www.gamry.com/ | |
| Corrware 2.5b | Scribner | http://www.scribner.com/ | |
| CView 2.5b | Scribner | http://www.scribner.com/ | |
| Zview 3.2c | Scribner | http://www.scribner.com/ | |
| MS Excel 365 | Microsoft | ||
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Grinder | |||
| Kompak 1031 | MTH (Materials Testing Hrazdil) |
References
- Revie, R. W., Uhlig, H. H. . Corrosion and corrosion control: An Introduction to corrosion science and engineering, 4th edition. , (2008).
- Edwards, R., Mahieu, V., Griesemann, J. -. C., Larivé, J. -. F., Rickeard, D. J. Well-to-wheels analysis of future automotive fuels and powertrains in the European context. Report No. 0148-7191. SAE Technical Paper. , (2004).
- . Directive 2009/28/ES. On the promotion of the use of energy from renewable rources and amending and subsequently repealing Directives 2001/77/EC and 2003/77/EC Available from: https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/ALL/?uri=celex%3A32009L0028 (2009)
- Tshiteya, R. . Properties of alcohol transportation fuels. , (1991).
- Battino, R., Rettich, T. R., Tominaga, T. The solubility of oxygen and ozone in liquids. Journal of Physical and Chemical Reference Data. 12 (2), 163-178 (1983).
- Hsieh, W. -. D., Chen, R. -. H., Wu, T. -. L., Lin, T. -. H. Engine performance and pollutant emission of an SI engine using ethanol-gasoline blended fuels. Atmospheric Environment. 36 (3), 403-410 (2002).
- Pereira, R. C., Pasa, V. M. Effect of mono-olefins and diolefins on the stability of automotive gasoline. Fuel. 85 (12), 1860-1865 (2006).
- Schweitzer, P. A. . Fundamentals of corrosion: mechanisms, causes, and preventative methods. , (2009).
- Migahed, M., Al-Sabagh, A. Beneficial role of surfactants as corrosion inhibitors in petroleum industry: a review article. Chemical Engineering Communications. 196 (9), 1054-1075 (2009).
- Macák, J., #268;ernoušek, T., Jiříček, I., Baroš, P., Tomášek, J., Pospíšil, M. Elektrochemické korozní testy v kapalných biopalivech (Electrochemical Corrosion Tests in Liquid Biofuels) (in Czech). Paliva. 1 (1), 1-4 (2009).
- Nesic, S., Schubert, A., Brown, B. Thin channel corrosion flow cell. International patent. , (2009).
- Blum, S. C., Sartori, G., Robbins, W. K., Monette, L. M. -. A., Vogel, A., Yeganeh, M. S. Process for assessing inhibition of petroleum corrosion. International Patent. , (2003).
- . . Ochrana proti korozi. Inhibitory koroze kovů a slitin v neutrálních vodních prostředích. Laboratorní metody stanovení ochranné účinnosti (in Czech). , (1990).
- Matějovský, L., Baroš, P., Pospíšil, M., Macák, J., Straka, P., Maxa, D. Testování korozních vlastností lihobenzínových směsí na oceli, hliníku mědi a mosazi (Testing of Corrosion Properties of Ethanol-Gasoline Blends on Steel, Aluminum, Copper and Brass) (in Czech). Paliva. 5 (2), 54-62 (2013).
- Cempirkova, D., Hadas, R., Matějovský, L., Sauerstein, R., Ruh, M. Impact of E100 Fuel on Bearing Materials Selection and Lubricating Oil Properties. SAE Technical Paper. , (2016).
- Yoo, Y., Park, I., Kim, J., Kwak, D., Ji, W. Corrosion characteristics of aluminum alloy in bio-ethanol blended gasoline fuel: Part 1. The corrosion properties of aluminum alloy in high temperature fuels. Fuel. 90 (3), 1208-1214 (2011).
- Bhola, S. M., Bhola, R., Jain, L., Mishra, B., Olson, D. L. Corrosion behavior of mild carbon steel in ethanolic solutions. Journal of Materials Engineering and Performance. 20 (3), 409-416 (2011).
- Jafari, H., Idris, M. H., Ourdjini, A., Rahimi, H., Ghobadian, B. EIS study of corrosion behavior of metallic materials in ethanol blended gasoline containing water as a contaminant. Fuel. 90 (3), 1181-1187 (2011).
- Traldi, S., Costa, I., Rossi, J. Corrosion of spray formed Al-Si-Cu alloys in ethanol automobile fuel. Key Engineering Materials. , 352-357 (2001).
- Nie, X., Li, X., Northwood, D. O. Corrosion Behavior of metallic materials in ethanol-gasoline alternative fuels. Material Science Forum. 546, 1093-1100 (2007).
- Sridhar, N., Price, K., Buckingham, J., Dante, J. Stress corrosion cracking of carbon steel in ethanol. Corrosion. 62 (8), 687-702 (2006).
- Matějovský, L., Macák, J., Pospíšil, M., Baroš, P., Staš, M., Krausová, A. Study of Corrosion of Metallic Materials in Ethanol-Gasoline Blends: Application of Electrochemical Methods. Energy & Fuels. 31 (10), 10880-10889 (2017).
- Matějovský, L., Macák, J., Pospíšil, M., Staš, M., Baroš, P., Krausová, A. Study of Corrosion Effects of Oxidized Ethanol-Gasoline Blends on Metallic Materials. Energy Fuels. 32 (4), 5145-5156 (2018).
