Коррозия металла и эффективность ингибиторов коррозии в менее проводящих СМИ
Summary
Тестирование процессов, связанных с коррозией материалов часто может быть трудно, особенно в неводных средах. Здесь мы представляем различные методы для краткосрочного и долгосрочного тестирования поведения коррозии неводных средах, таких как биотопливо, особенно те, которые содержат биоэтанола.
Abstract
Материал от коррозии может быть ограничивающим фактором для различных материалов во многих приложениях. Таким образом необходимо лучше понять процессы коррозии, их предотвращения и сведения к минимуму убытков, связанных с ними. Одним из наиболее важных характеристик процессов коррозии является скорость коррозии. Измерение скорости коррозии часто очень трудно или даже невозможно, особенно в менее проводящего, неводных средах, таких как биотопливо. Здесь мы представляем пять различных методов для определения скорости коррозии и эффективности защиты от коррозии в биотопливо: (i) статическое испытание, (ii) динамического испытания, (iii) статическое испытание с рефлюкс кулер и электрохимических измерений (iv) в Организация двух электрод и (v) в 3 электрод договоренности. Статическое испытание выгодно из-за его низкого спроса на материал и инструментальной оснастки. Динамическое испытание позволяет для тестирования скорости коррозии металлических материалов в более тяжелых условиях. Статическое испытание с рефлюксом кулер позволяет для тестирования в средах с высокой вязкостью (например, масла) при высоких температурах в присутствии окисления или инертной атмосфере. Электрохимические измерения дают более полное представление о процессах коррозии. Представленные клеток геометрии и договоренностей (двух электрода и тремя электродами системы) позволяют выполнять измерения в средах биотоплива без базового электролитов, которые могли бы оказать негативное воздействие на результаты и загрузить их с погрешности измерения. Представленные методы делают возможным изучение коррозионной агрессивности среды, коррозии металлических материалов и эффективности ингибиторов коррозии с представительным и воспроизводимые результаты. Результаты, полученные с помощью этих методов может помочь понять процессы коррозии более подробно, чтобы свести к минимуму ущерб, причиненный коррозии.
Introduction
Коррозия вызывает большой материальный и экономический ущерб во всем мире. Это вызывает значительные материальные потери вследствие частичного или полного разрушения материала. Выпущенные частиц может быть понято как примеси; они могут негативно изменить состав окружающей среды или функциональных возможностей различных устройств. Кроме того коррозии может вызвать отрицательные визуальные изменения материалов. Таким образом существует необходимость понять процессы коррозии более подробно разработать меры для предотвращения коррозии и свести к минимуму ее потенциальных рисков1.
Принимая во внимание экологические проблемы и запасы ограничены ископаемого топлива существует растущий интерес к альтернативных видов топлива, биотоплива из возобновляемых источников, среди которых играют важную роль. Существует ряд различных потенциально доступных биотоплива, но Биоэтанол производится из биомассы в настоящее время является наиболее подходящей альтернативой для замены (или смешивания с) бензинов. Использование биоэтанола регулируется директива 2009/28/EC Европейского союза2,3.
Этанол (биоэтанол) имеет существенно различные свойства по сравнению с бензинов. Это весьма полярные, проводящие, полностью смешивается с водой и т.д. эти свойства делают этанола (и топлива смесей, содержащих этанол также) агрессивным с точки зрения коррозии4. Для топлива с содержанием этанола низким загрязнение небольшое количество воды может вызвать разделение этапа воды этанола от этапа углеводородов, и это может быть весьма агрессивных. Безводный этанола, сама может быть агрессивным для некоторых менее благородных металлов и вызвать «сухой коррозии»5. С существующие автомобили коррозии может произойти в некоторых металлических деталей (особенно из меди, латуни, алюминия или углеродистая сталь), которые вступают в контакт с топливом. Кроме того Полярный загрязнители (особенно хлориды) может способствовать коррозии как источник загрязнения; растворимость и окисления реакции кислорода (которые могут произойти в смеси этанола бензин (EGBs) и стать источником кислотных веществ) также могут играть важную роль в6,7.
Одна из возможностей как для защиты металлов от коррозии является использование так называемых коррозии ингибиторов, которые позволяют существенно замедлить (подавляют) коррозии обрабатывает8. Выбор ингибиторов коррозии зависит от типа агрессивной среды, присутствие стимуляторы коррозии и особенно механизм данного ингибитор. В настоящее время нет универсальной базы данных или классификации, которая позволила бы простой ориентации в ингибиторов коррозии.
Коррозионной среды можно разделить водных и неводных, как интенсивность и характер процессов коррозии в этих средах значительно отличаются. В неводных средах электрохимической коррозии, связанные с различных химических реакций является типичным, тогда как только электрохимической коррозии (без других химических реакций) происходит в водной среде. Кроме того гораздо более интенсивной в водной среде9электрохимической коррозии.
В неводных, жидких органических средах процессы коррозии зависят от степени полярности органических соединений. Это связано с замещение водорода в некоторых функциональных групп металлов, который связан с изменением характеристик процессов коррозии от электрохимических химического вещества, для которого типичны темпов коррозии в Сравнение с электрохимических процессов. Неводные средах, как правило, имеют низкие значения электропроводности9. Чтобы увеличить проводимости в органических средах, можно добавить, так называемые вспомогательные электролитов, таких как tetraalkylammonium tetrafluoroborates или перхлораты. К сожалению эти вещества может иметь тормозящее свойства, или, напротив, увеличить темпы коррозии10.
Существует несколько методов для краткосрочного и долгосрочного тестирования коррозии, ставки металлических материалов или эффективность ингибиторов коррозии, а именно с или без циркуляции среды, т.е., коррозии статические и динамические испытания, соответственно 11 , 12 , 13 , 14 , 15. для обоих методов расчета темпов коррозии металлических материалов основана на потери веса проверенных материалов за определенный период времени. Недавно электрохимические методы становятся все более важным в исследованиях коррозии вследствие их высокой эффективности и короткие измерения времени. Кроме того они часто могут предоставить более подробную информацию и более полное представление о процессах коррозии. Наиболее часто используемые методы являются электрохимических импедансной спектроскопии (EIS), потенциодинамической поляризации и измерение стабилизации потенциал в время коррозии (в плоский, два электрода или в механизме три электрода)16 ,,1718,19,20,21,22,23.
Здесь мы представляем пять методов для краткосрочного и долгосрочного тестирования коррозионной агрессивности среды, коррозии металлических материалов и эффективности ингибиторов коррозии. Все методы оптимизированы для измерений в неводных средах и демонстрируются на EGBs. Методы позволяют для получения представительной и воспроизводимые результаты, которые могут помочь понять процессы коррозии более подробно для предотвращения и минимизации коррозионных повреждений.
Для статических погружения коррозия металла жидких систем тесты статические коррозии в системах метал жидкость может быть выполнена в простой аппарат, состоящий из 250 мл бутылки, оснащен крючком для подвешивания анализируемого образца, см. Рисунок 1.
Для испытания динамической коррозии с циркуляции жидкости ингибиторы коррозии металлов или агрессивности жидкостей (топлива) может испытываться в поток аппарат с циркуляцией жидкой среды, представлен на рисунке 2. Аппарат поток состоит из закаленного части и водохранилище тестируемой жидкости. В части закаленное протестированных жидкость находится в контакте с металлических образцов в присутствии кислорода воздуха или в инертной атмосфере. Поставки газа (воздуха) обеспечивается фритта с трубки, достигнув в нижней части колбы. Водохранилище протестированных жидкость, содержащая около 400-500 мл жидкости, протестированных связана с рефлюкс кулер, который позволяет для подключения аппарата с атмосферой. В кулер выварочная часть жидкости замораживается при-40 ° C. Перистальтический насос позволяет для перекачки жидкости со скоростью подходит около 0,5 Lh–1 через замкнутой от химически стабильной и инертных материалов (например, тефлон, Витон, Tygon) из части хранения в закаленного часть, от возвращающий жидкости через переполнение в части хранения.
Для испытания коррозии Статическое погружение с рефлюксом, кулер присутствии газообразные среды, ингибиторы коррозии сопротивление материалов, металлических или агрессивность жидкой среде может испытываться в аппарат, представлен на рисунке 3. Аппарат состоит из двух частей. Первая часть состоит из двух шеей, закаленное 500 мл флакон с помощью термометра. Флакон содержит достаточное количество жидкой среде. Вторая часть состоит из (i рефлюкс кулер с матового стекла, совместные добиться плотного соединения с колбой, (ii) вешалка для размещения металлических образцов и (iii фритта с трубки подачи газа (воздуха), достигнув нижней части колбы. Аппарат подключен в атмосферу через кулер, что позволяет избежать испарения жидкости.
Приборы для электрохимических измерений в механизме двухэлектродное представлена на рисунке 4. Электроды выполнены из металлических листов (3 x 4 см, из мягкой стали), которые полностью встроены в эпоксидной смолы на одной стороне, чтобы защитить их от окружающих коррозионной среде. Обоих электродов привинчены к матрице, таким образом, что расстояние между ними составляет около 1 мм22.
Электрохимические измерения в механизме тремя электродами состоят из рабочих, справочные и вспомогательные электродов, расположенных в измерительной ячейке, так что обеспечивается малое расстояние между электродами; Смотрите Рисунок 5. Электрод сравнения, каломель или Серебряного хлорид электроды с мостом соли, содержащие либо (i) 3 Молл–1раствор нитрата калия (KNO3) или (ii) 1 Молл–1раствор хлорида лития (LiCl) в этанол может быть использован. Платиновой проволоки, сетки или плита может использоваться как вспомогательный электрод. Рабочие электрод состоит из (i) измерения часть (проверенный материал с резьбой) и (ii винт крепления изолированы от коррозионной среды, см. Рисунок 6. Электрода должен быть достаточно изолированно анти underflow печать.
Protocol
Representative Results
Discussion
Основной принцип динамического испытания и оба статических испытаний является оценка потери веса металлических образцов в метал коррозийной среде (топливо) систем в зависимости от времени, пока не будет достигнуто устойчивое состояние (т.е., без дальнейшей потеря веса происходит)…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Это исследование финансировалось из институциональной поддержки для долгосрочного концептуального развития научно-исследовательской организации (регистрационный номер компании CZ60461373), представленной министерством образования, молодежи и спорта, Чешская Республика, рабочие Программа Прага – конкурентоспособности (CZ.2.16/3.1.00/24501) и «Национальная программа устойчивого развития» (НПУ я 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).
