מתכת קורוזיה ואת היעילות של מעכבי קורוזיה בתקשורת פחות מוליך
Summary
בדיקה של תהליכים הקשורים קורוזיה חומרים עלול להיות קשה במיוחד בסביבות שאינן-מימית. כאן, אנו מציגים שיטות שונות לבדיקת לטווח קצר ולטווח ארוך של קורוזיה התנהגות של סביבות מימית כגון דלק ביולוגי, במיוחד אלה המכילים bioethanol.
Abstract
קורוזיה חומרים יכול להיות גורם מגביל עבור חומרים שונים ביישומים רבים. לכן, זה הכרחי כדאי להבין תהליכי קורוזיה, למנוע מהם, למזער את הנזקים המשויכים אליהם. אחד המאפיינים החשובים ביותר של תהליכי קורוזיה הוא קצב קורוזיה. המדד של קורוזיה המחירים הוא לעתים קרובות קשה מאוד או אפילו בלתי אפשרי בפרט פחות מוליך, הלא-מימית סביבות כגון דלק ביולוגי. כאן, אנו מציגים חמש שיטות שונות עבור קביעת המחירים קורוזיה ואת היעילות של הגנה נגד קורוזיה דלק ביולוגי: (i) מבחן סטטי, (ii) מבחן דינמי, (iii) מבחן סטטי עם ריפלוקס יותר ויותר אלקטרוכימי מידות (iv) סידור 2-אלקטרודה, (v) בסידור שלוש-אלקטרודה. המבחן סטטי הוא יתרון בשל מדרישותיו נמוך על חומרים וציוד אינסטרומנטלית. הבדיקה דינאמי מאפשר בדיקה של שיעורי קורוזיה חומרים מתכתיים-מצבים חמורים יותר. הבדיקה סטטי עם ריפלוקס קריר מאפשר בדיקה בסביבות עם צמיגות גבוהה יותר (למשל, שמנים מנוע) בטמפרטורות גבוהות יותר בנוכחות חמצון או אווירה אינרטי. המדידות אלקטרוכימי מספקים תצוגה מקיפה יותר על תהליכי קורוזיה. תא הציג גיאומטריות והסדרי (שני-אלקטרודה 3-אלקטרודה ומערכות) מאפשרות לך לבצע מדידות בסביבות דלק ביולוגי ללא בסיס אלקטרוליטים זה יכולה להיות השפעה שלילית על התוצאות ולטעון אותם עם שגיאות מדידה. השיטות הציג מאפשרים ללמוד את התוקפנות קורוזיה של סביבה, את עמידות בפני קורוזיה חומרים מתכתיים את היעילות של קורוזיה מעכבי עם תוצאות נציג לשחזור. התוצאות המתקבלות בשיטות אלה יכול לסייע להבין תהליכי קורוזיה בפירוט רב יותר כדי למזער את נזקי קורוזיה.
Introduction
קורוזיה גורמת חומר נהדר ונזק כלכלי ברחבי העולם. זה גורם רב מההפסדים גשמי עקב התפוררות גשמי חלקי או מלא. החלקיקים שפורסמו ניתן להבין כמו זיהומים; הם יכולים להשפיע לרעה לשנות את ההרכב של הסביבה או את הפונקציונליות של התקנים שונים. כמו כן, קורוזיה יכול לגרום שלילי בשינויים חזותיים של חומרים. לפיכך, יש צורך להבין את תהליכי קורוזיה בפירוט רב יותר לפתח אמצעים כדי למנוע קורוזיה ולצמצם את הסיכונים הפוטנציאליים שלו1.
בהתחשב נושאים סביבתיים ונעצור מוגבל דלק מאובנים, יש עניין גדל והולך דלקים חלופיים, ביניהם דלק ביולוגי ממקורות מתחדשים לשחק תפקיד חשוב. ישנם מספר של דלק ביולוגי זמין שעשוי להיות שונה, אבל bioethanol המופק ביומסה כיום היא החלופה המתאימה ביותר עבור gasolines מחליף (או מיזוג עם). השימוש bioethanol מוסדר על ידי הוראה 2009/28/EC של האיחוד האירופי2,3.
אתנול (bioethanol) יש מאפיינים שונים באופן משמעותי בהשוואה gasolines. זה מאוד קוטבי, מוליך, miscible לגמרי עם מים, וכו ‘ תכונות אלו עושות אתנול (ו דלק תערובות המכיל אתנול גם) אגרסיבי מבחינת קורוזיה4. עבור דלקים עם תוכן אתנול נמוכים, זיהום על ידי כמויות קטנות של מים יכולה לגרום ההפרדה של שלב מים-אתנול מהשלב פחמימן וזה יכול להיות קורוזיבית מאוד. אתנול נטול מים עצמו יכול להיות אגרסיבי של כמה מתכות אצילות פחות ולגרום “יבשות קורוזיה”5. עם מכוניות קיימים, קורוזיה יכול להתרחש כמה חלקים מתכתיים (במיוחד מ נחושת, פליז, אלומיניום או פלדה פחמן) אשר באים במגע עם הדלק. יתר על כן, קוטב מזהמים (בעיקר כלורידים) עשוי לתרום קורוזיה כמקור לזיהום; חמצן מסיסות חמצון תגובות (זה יכול להתרחש במיזוגים אתנול-בנזין (EGBs) ולהיות מקור של חומרים חומציים) יכולים גם לשחק עם6,תפקיד חשוב7.
אחת האפשרויות כיצד להגן על מתכות מפני קורוזיה הוא השימוש של מעכבי קורוזיה כביכול זה מאפשרות לך להאט באופן משמעותי (לעכב) קורוזיה מעבד8. הבחירה של מעכבי קורוזיה תלוי בסוג ייחלש, הנוכחות של תכשירים קורוזיה, במיוחד על מנגנון מעכב נתון. כיום, אין שום רב תכליתי מסד נתונים או סיווג זמין שיאפשר התמצאות פשוטה במעכבי קורוזיה.
סביבות קורוזיה ניתן לחלק מימית או שאינם מימית, כמו עוצמת הטבע של תהליכי קורוזיה בסביבות אלה שונים באופן משמעותי. לסביבות שאינן-מימית, קורוזיה אלקטרוכימי קשור שונים התגובות הכימיות הוא אופייני, ואילו רק אלקטרוכימי קורוזיה (ללא תגובות כימיות אחרות) מתרחשת בסביבה מימית. יתר על כן, קורוזיה אלקטרוכימי הוא הרבה יותר אינטנסיבי מימית בסביבות9.
בסביבות אורגני-מימית, נוזלי, תהליכי קורוזיה תלויה מידת הקוטביות של תרכובות אורגניות. זה קשור ההחלפה של מימן כמה קבוצות פונקציונליות על ידי מתכות, אשר מחובר עם השינוי של מאפייני תהליכי קורוזיה מ אלקטרוכימי כימי, אשר נמוכים קורוזיה אופייניות של השוואה עם תהליכים אלקטרוכימי. סביבות Non-מימית בדרך כלל יש ערכים נמוכים של מוליכות חשמלית9. כדי להגביר את מוליכות בסביבות אורגני, אפשרי להוסיף שנקרא התומכים אלקטרוליטים כגון tetraalkylammonium tetrafluoroborates או הדאגה שלכם. למרבה הצער, חומרים אלה יכולים בעלי מאפיינים inhibitive, או להפך, להגדיל את שיעורי קורוזיה10.
ישנן מספר שיטות עבור בדיקות של קורוזיה המחירים חומרים מתכתיים או את היעילות של מעכבי קורוזיה, כלומר עם או בלי מחזור הסביבה, דהיינו, קורוזיה סטטיים ודינמיים לבדוק, בהתאמה לטווח הקצר ולטווח הארוך 11 , 12 , 13 , 14 , 15. עבור שתי שיטות, חישוב המחירים קורוזיה חומרים מתכתיים מבוסס על משקל הפסדים של החומרים שנבדקו במשך פרק זמן מסוים. לאחרונה, שיטות אלקטרוכימיות הופכים חשובים יותר במחקרים קורוזיה עקב יעילות גבוהה ושעות מדידה קצר שלהם. יתר על כן, הם יכולים לעיתים קרובות לספק מידע נוסף ונוף מקיף יותר על תהליכי קורוזיה. השיטות הנפוצות ביותר הן עכבה אלקטרוכימי ספקטרוסקופיה (EIS), קיטוב potentiodynamic והמידה של הייצוב של קורוזיה פוטנציאליים בזמן (במישורי, שני-אלקטרודה או בסידור אלקטרודה 3)16 ,17,18,19,20,21,22,23.
כאן, אנו מציגים חמש שיטות עבור לטווח קצר ולטווח ארוך בדיקה של התוקפנות קורוזיה של סביבה, את עמידות בפני קורוזיה חומרים מתכתיים, היעילות של מעכבי קורוזיה. כל אחת מהשיטות ממוטבים עבור מדידות בסביבות שאינן-מימית, מודגמות על EGBs. השיטות מאפשרים קבלת התוצאות נציג, לשחזור, אשר יכול לעזור להבין תהליכי קורוזיה בפירוט רב יותר כדי למנוע ולמזער נזקים קורוזיה.
עבור הבדיקה קורוזיה טבילה סטטית במערכות מתכת-נוזל, בדיקות סטטיות קורוזיה במערכות מתכת-נוזל ניתן לבצע גם מנגנון פשוט המורכב בקבוק 250מל מצוידים עם וו לתליית דוגמה שנותחה, ראה איור 1.
עבור הבדיקה קורוזיה דינמי עם זרימת נוזלי, מעכבי קורוזיה מתכת או את התוקפנות של נוזלים (דלקים) יכול להיבדק ב מנגנון זרימה עם מחזור הדם של המדיום הנוזלי המוצג באיור2. מנגנון זרימה מורכב חלק מחוסמת מאגר של הנוזל שנבדקו. בחלק מחוסמת, הנוזל שנבדקו נמצא בקשר עם מדגם מתכתי בנוכחות חמצן האוויר או באווירה אינרטי. אספקת גז (אוויר) מובטחת על ידי frit עם הצינור להגיע התחתון של הבקבוק. המאגר של הנוזל שנבדקו המכיל כ- 400-500 מ”ל של הנוזל שנבדקו מקושר עם ריפלוקס מגניב המאפשר החיבור של המנגנון עם האווירה. במקרר, החלק המתאיידים של הנוזל הוא קפוא ב-40 ° c משאבת סחרור מאפשר שאיבה של הנוזל בקצב מתאים של Lh–0.51 באמצעות במעגל סגור מחומרים כימית ויציב אינרטי (למשל, טפלון, Viton, Tygon) מן החלק אחסון לתוך החלק מחוסמת, מ המחזיר הנוזל דרך העודפים לתוך החלק אחסון.
עבור הבדיקה קורוזיה טבילה סטטי עם ריפלוקס קריר יותר בנוכחות גז בינונית, מעכבי קורוזיה, ההתנגדות חומרים מתכתיים או את התוקפנות של סביבת נוזלי יכול להיבדק במנגנון המוצג באיור3. המנגנון מכיל שני חלקים. החלק הראשון מורכב בקבוקון עורף שני, מחוסמת 500 מ”ל עם מד חום. הבקבוק מכיל כמות מספקת של סביבה נוזלית. החלק השני מורכב (א) ריפלוקס קריר עם זכוכית קרקע משותפת כדי להשיג חיבור הדוק עם הבקבוק, (ii) קולב להנחה הדגימות מתכתי, frit (iii) עם צינור לאספקת גז (אוויר) להגיע התחתון של הבקבוק. המנגנון מחובר את האווירה באמצעות הצידנית המונעת אידוי נוזלים.
מתקן למדידות אלקטרוכימיות בהסדר שני-אלקטרודה מוצג באיור4. האלקטרודות עשויים מתכת גליונות (3 x 4 ס מ, מ פלדה קלה), אשר מוטבעים לגמרי epoxide שרף על צד אחד כדי להגן עליהם מפני סביבתו קורוזיבית. שתי אלקטרודות נדפקנו אל המטריקס כך המרחק ביניהם הוא בערך 1 מ מ22.
המדידות אלקטרוכימי בהסדר שלוש-אלקטרודה מורכב עבודה, הפניה ואלקטרודות עזר הניח בתא מדידה כך במרחק קטן בין האלקטרודות מובטחת; ראה איור 5. הפניה אלקטרודה, calomel או אלקטרודות argent-כלורי עם גשר מלח (i) מול 3–1פתרון של חנקת אשלגן (יודע3) או (ii) 1 מול–1פתרון של ליתיום כלוריד (LiCl) הכוללת ב ניתן להשתמש אתנול. פלטינה חוטים, רשת או צלחת יכול לשמש האלקטרודה עזר. האלקטרודה עבודה מורכבת (i) חלק מדידה (נבדק חומר עם חוט בורג) ו- (ii) קובץ מצורף בורג מבודד מן הסביבה קורוזיה, ראה איור 6. האלקטרודה חייב להיות מבודדים מספיק על-ידי החותם חמיקת אנטי.
Protocol
Representative Results
Discussion
העיקרון הבסיסי של הבדיקה דינמי ובדיקות סטטי שניהם הוא הערכת משקל הפסדים של דגימות מתכתי במערכות הסביבה מתכת-קורוזיה (דלק) בהתאם זמן עד מצב יציב מושגת (קרי, ללא איבוד משקל נוספת מתרחשת). קצב הקורוזיה של המתכת בסביבה קורוזיה מחושבת אובדן משקל, זמן. היתרון של הבדיקה סטטי קורוזיה לטווח ארו?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
מחקר זה מומן מכל תמיכה מוסדית הפיתוח הרעיוני לטווח ארוך של ארגון מחקר (מספר רישום חברה CZ60461373) שמספק את משרד החינוך, נוער וספורט, הרפובליקה הצ’כית, תפעוליים תוכנית פראג – תחרותיות (CZ.2.16/3.1.00/24501) ותוכנית “לאומיות הקיימות” (NPU אני LO1613) MSMT-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).
