Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.

Artykuł metodologiczny

Korozja metali i skuteczność inhibitorów korozji w mediach o mniejszym przewodzeniu

17.7K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/57757

⸱

3 listopada 2018

 ,  ,  , 
1Department of Petroleum Technology and Alternative Fuels, University of Chemistry and Technology Prague, 2Department of Power Engineering, University of Chemistry and Technology Prague

W tym artykule

Podsumowanie

Testowanie procesów związanych z korozją materiałów często może być trudne, zwłaszcza w środowiskach niewodnych. W tym miejscu przedstawiamy różne metody krótko- i długoterminowego badania zachowania korozyjnego środowisk niewodnych, takich jak biopaliwa, zwłaszcza te zawierające bioetanol.

Streszczenie

Korozja materiału może być czynnikiem ograniczającym dla różnych materiałów w wielu zastosowaniach. Dlatego konieczne jest lepsze zrozumienie procesów korozji, zapobieganie im i minimalizowanie szkód z nimi związanych. Jedną z najważniejszych cech procesów korozyjnych jest szybkość korozji. Pomiar szybkości korozji jest często bardzo trudny lub nawet niemożliwy, zwłaszcza w mniej przewodzących, niewodnych środowiskach, takich jak biopaliwa. Poniżej przedstawiamy pięć różnych metod wyznaczania szybkości korozji i skuteczności ochrony antykorozyjnej w biopaliwach: (i) próba statyczna, (ii) próba dynamiczna, (iii) próba statyczna z chłodnicą zwrotną i pomiarami elektrochemicznymi (iv) w układzie dwuelektrodowym oraz (v) w układzie trzyelektrodowym. Test statyczny jest korzystny ze względu na niskie wymagania dotyczące materiału i wyposażenia instrumentalnego. Test dynamiczny pozwala na badanie szybkości korozji materiałów metalowych w trudniejszych warunkach. Test statyczny z chłodnicą zwrotną pozwala na testowanie w środowiskach o wyższej lepkości (np. oleje silnikowe) w wyższych temperaturach w obecności utleniania lub atmosfery obojętnej. Pomiary elektrochemiczne zapewniają bardziej kompleksowe spojrzenie na procesy korozyjne. Przedstawione geometrie i układy ogniw (układ dwu- i trzyelektrodowy) umożliwiają wykonywanie pomiarów w środowisku biopaliwowym bez elektrolitów bazowych, które mogłyby mieć negatywny wpływ na wyniki i obciążać je błędami pomiarowymi. Przedstawione metody pozwalają na badanie agresywności korozyjnej środowiska, odporności korozyjnej materiałów metalowych oraz skuteczności inhibitorów korozji z reprezentatywnymi i powtarzalnymi wynikami. Wyniki uzyskane przy użyciu tych metod mogą pomóc w bardziej szczegółowym zrozumieniu procesów korozyjnych w celu zminimalizowania uszkodzeń spowodowanych korozją.

Wprowadzenie

Korozja powoduje ogromne szkody materialne i ekonomiczne na całym świecie. Powoduje znaczne straty materiałowe z powodu częściowego lub całkowitego rozpadu materiału. Uwolnione cząstki mogą być rozumiane jako zanieczyszczenia; Mogą negatywnie wpływać na skład otaczającego środowiska lub funkcjonalność różnych urządzeń. Korozja może również powodować negatywne zmiany wizualne materiałów. W związku z tym istnieje potrzeba bardziej szczegółowego zrozumienia procesów korozji, aby opracować środki zapobiegające korozji i minimalizujące jej potencjalne ryzyko1.

Biorąc pod uwagę kwestie środowiskowe i ograniczone rezerwy paliw kopalnych, rośnie zainteresowanie paliwami alternatywnymi, wśród których ważną rolę odgrywają biopaliwa ze źródeł odnawialnych. Istnieje wiele różnych potencjalnie dostępnych biopaliw, ale bioetanol produkowany z biomasy jest obecnie najodpowiedniejszą alternatywą dla zastąpienia (lub mieszania) benzyny. Stosowanie bioetanolu jest regulowane przez Dyrektywę 2009/28/WE w Unii Europejskiej2,3.

Etanol (bioetanol) ma zasadniczo inne właściwości w porównaniu do benzyn. Jest wysoce polarny, przewodzący, całkowicie mieszalny z wodą itp. Te właściwości sprawiają, że etanol (a także mieszanki paliwowe zawierające etanol) jest agresywny pod względem korozji4. W przypadku paliw o niskiej zawartości etanolu zanieczyszczenie niewielkimi ilościami wody może powodować oddzielenie fazy woda-etanol od fazy węglowodorowej, co może być silnie korozyjne. Bezwodny etanol sam w sobie może być agresywny dla niektórych mniej szlachetnych metali i powodować "suchą korozję"5. W istniejących samochodach korozja może wystąpić w niektórych częściach metalowych (zwłaszcza z miedzi, mosiądzu, aluminium lub stali węglowej), które mają kontakt z paliwem. Ponadto zanieczyszczenia polarne (zwłaszcza chlorki) mogą przyczyniać się do korozji jako źródło zanieczyszczenia; Rozpuszczalność tlenu i reakcje utleniania (które mogą zachodzić w mieszaninach etanolu i benzyny (EGB) i być źródłem substancji kwaśnych) mogą również odgrywać ważną rolę6,7.

Jedną z możliwości ochrony metali przed korozją jest zastosowanie tzw. inhibitorów korozji, które umożliwiają znaczne spowolnienie (zahamowanie) procesów korozji8. Dobór inhibitorów korozji zależy od rodzaju środowiska korozyjnego, obecności stymulatorów korozji, a w szczególności od mechanizmu działania danego inhibitora. Obecnie nie ma uniwersalnej bazy danych ani klasyfikacji, która umożliwiałaby prostą orientację w inhibitorach korozji.

Środowiska korozyjne można podzielić na wodne i niewodne, ponieważ intensywność i charakter procesów korozyjnych w tych środowiskach znacznie się różnią. W środowiskach niewodnych typowa jest korozja elektrochemiczna związana z różnymi reakcjami chemicznymi, podczas gdy w środowisku wodnym występuje tylko korozja elektrochemiczna (bez innych reakcji chemicznych). Co więcej, korozja elektrochemiczna jest znacznie bardziej intensywna w środowisku wodnym9.

W niewodnych, płynnych środowiskach organicznych, procesy korozji zależą od stopnia polaryzacji związków organicznych. Wiąże się to z podstawianiem wodoru w niektórych grupach funkcyjnych przez metale, co wiąże się ze zmianą charakterystyki procesów korozyjnych z elektrochemicznych na chemiczne, dla których typowe są niższe szybkości korozji w porównaniu z procesami elektrochemicznymi. Środowiska niewodne zazwyczaj mają niskie wartości przewodności elektrycznej9. Aby zwiększyć przewodność w środowisku organicznym, możliwe jest dodanie tzw. elektrolitów wspomagających, takich jak tetrafluoroborany tetraalkiloamonu lub nadchlorany. Niestety, substancje te mogą mieć właściwości hamujące lub wręcz przeciwnie, zwiększać szybkość korozji10.

Istnieje kilka metod krótko- i długoterminowego testowania szybkości korozji materiałów metalowych lub skuteczności inhibitorów korozji, a mianowicie z lub bez cyrkulacji środowiska, tj. odpowiednio statyczny i dynamiczny test korozyjny11,12,13,14,15. W przypadku obu metod obliczanie szybkości korozji materiałów metalowych opiera się na ubytkach masy badanych materiałów w określonym czasie. W ostatnim czasie metody elektrochemiczne zyskują coraz większe znaczenie w badaniach korozyjnych ze względu na ich wysoką wydajność i krótkie czasy pomiarów. Co więcej, często mogą dostarczyć więcej informacji i uzyskać bardziej kompleksowy obraz procesów korozji. Najczęściej stosowanymi metodami są elektrochemiczna spektroskopia impedancyjna (EIS), polaryzacja potencjodynamiczna oraz pomiar stabilizacji potencjału korozyjnego w czasie (w układzie płaskim, dwuelektrodowym lub trzyelektrodowym)16,17,18,19,20,21,22,23.

Tutaj prezentujemy pięć metod krótko- i długoterminowego testowania agresywności korozji środowiska, odporności na korozję materiałów metalowych oraz skuteczności inhibitorów korozji. Wszystkie metody są zoptymalizowane pod kątem pomiarów w środowiskach niewodnych i są demonstrowane na EGB. Metody te pozwalają na uzyskanie reprezentatywnych i powtarzalnych wyników, które mogą pomóc w bardziej szczegółowym zrozumieniu procesów korozyjnych w celu zapobiegania i minimalizowania uszkodzeń korozyjnych.

Dla statycznego testu korozji zanurzeniowej w układach metal-ciecz, statyczne testy korozyjne w układach metal-ciecz można przeprowadzić w prostym aparacie składającym się z butelki o pojemności 250 ml wyposażonej w haczyk do zawieszenia analizowanej próbki, zobacz Rysunek 1.

Dla dynamicznego testu korozji z cyrkulacją cieczy, inhibitory korozji metali lub agresywność cieczy (paliw) mogą być testowane w aparacie przepływowym z cyrkulacją ciekłego medium przedstawionego w Rysunek 2. Aparat przepływowy składa się z części hartowanej oraz zbiornika badanej cieczy. W części hartowanej badana ciecz styka się z próbką metaliczną w obecności tlenu powietrznego lub w atmosferze obojętnej. Dopływ gazu (powietrza) jest zapewniony przez frytkę, której rurka sięga do dna kolby. Zbiornik badanej cieczy zawierający około 400-500 ml badanej cieczy połączony jest z chłodnicą zwrotną, która pozwala na połączenie aparatu z atmosferą. W chłodnicy odparowana część cieczy jest zamrażana w temperaturze -40 °C. Pompa perystaltyczna pozwala na pompowanie cieczy z odpowiednią szybkością około 0,5 Lh-1 poprzez obieg zamknięty z materiałów stabilnych chemicznie i obojętnych (np. Teflon, Viton, Tygon) z części magazynowej do części hartowanej, z której ciecz wraca przelewem do części magazynowej.

Dla statycznego testu korozji zanurzeniowej z chłodnicą zwrotną w obecności medium gazowego, inhibitory korozji, odporność materiałów metalowych lub agresywność środowiska ciekłego mogą być testowane w aparacie przedstawionym w Rysunek 3. Aparat składa się z dwóch części. Pierwsza część składa się z dwuszyjkowej, hartowanej kolby o pojemności 500 ml z termometrem. Kolba zawiera wystarczającą ilość płynnego środowiska. Druga część składa się z (i) chłodnicy zwrotnej ze szlifowanym złączem szklanym w celu uzyskania ścisłego połączenia z kolbą, (ii) wieszaka do umieszczania próbek metalowych oraz (iii) fryty z rurką do dostarczania gazu (powietrza) sięgającą dna kolby. Urządzenie jest podłączone do atmosfery za pośrednictwem chłodnicy, która zapobiega parowaniu cieczy.

Aparatura do pomiarów elektrochemicznych w układzie dwuelektrodowym jest przedstawiona w Rysunek 4. Elektrody wykonane są z blach (3 x 4 cm, ze stali miękkiej), które są całkowicie zatopione z jednej strony w żywicy epoksydowej, aby chronić je przed otaczającym środowiskiem korozyjnym. Obie elektrody są przykręcone do matrycy tak, aby odległość między nimi wynosiła około 1 mm22.

Pomiary elektrochemiczne w układzie trzech elektrod składają się z elektrod roboczych, referencyjnych i pomocniczych umieszczonych w celi pomiarowej tak, aby zapewniona była niewielka odległość między elektrodami; zobacz Rysunek 5. Jako elektrodę odniesienia można stosować elektrody kalomelowe lub srebrno-chlorkowe z mostkiem solnym zawierającym (i) roztwór azotanu potasu (KNO3) o stężeniu 3 molL-1 lub roztwór chlorku litu (LiCl) o stężeniu 1 molL-1 w etanolu. Jako elektrodę pomocniczą można użyć drutu platynowego, siatki lub płyty. Elektroda robocza składa się z (i) części pomiarowej (badany materiał z gwintem) oraz (ii) mocowania śrubowego odizolowanego od środowiska korozyjnego, patrz Rysunek 6. Elektroda musi być wystarczająco odizolowana przez uszczelkę zapobiegającą przepływowi.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

1. Test korozyjny statycznego zanurzenia w układach metal-ciecz

  1. Do butelki o pojemności 250 mL wyposażonej w haczyk do zawieszenia analizowanej próbki wlej 100–150 mL badanego ciekłego środowiska korozyjnego w celu przetestowania odporności materiałów metalicznych lub wydajności inhibitorów korozji (np. agresywnego EGB zanieczyszczonego wodą oraz śladowymi ilościami chlorków, siarczanów i kwasu octowego) (Rycina 1).
  2. Przygotuj powierzchnię próbek metalicznych poprzez szlifowanie papierem ściernym (gradacja 1200) i polerowanie pod bieżącą wodą w taki sposób, aby powierzchnia była wyrównana. Następnie dokładnie odtłuść powierzchnię próbki, używając około 25 mL acetonu i około 25 mL etanolu, pozostaw do wyschnięcia lub osusz ręcznikiem papierowym, a następnie zważ próbkę na wadze analitycznej z dokładnością do czterech miejsc po przecinku.
    UWAGA: Obróbka próbki musi być zawsze wykonywana w ten sam sposób, w przeciwnym razie pomiary mogą zostać obarczone błędem. Kluczowe jest zawsze stosowanie papieru ściernego o tej samej gradacji; użyte papiery ścierne muszą być jednorazowe, tzn. jeden arkusz papieru ściernego na każdą próbkę i pomiar. Powierzchnia musi być wyrównana i nie może zawierać żadnych wad, takich jak rysy, wżery itp.
  3. Po obróbce powierzchniowej zawieś próbkę metaliczną w cieczy w butelce w taki sposób, aby nie spoczywała ona na dnie butelki, patrz Rycina 1. Zamknij butelkę wystarczająco szczelnie, aby zapobiec odparowaniu cieczy i dostawaniu się powietrza.
  4. Dobierz objętość badanej cieczy tak, aby stosunek objętości cieczy do powierzchni metalu wynosił minimum około 10 cm3/1 cm2.
  5. W regularnych odstępach czasu wyjmij próbkę metaliczną z butelki, wypłucz ją około 25 mL acetonu, a następnie za pomocą ręcznika papierowego osusz ją i usuń powierzchniową warstwę nadmiaru produktów korozji. Następnie zważ próbkę na wadze analitycznej z dokładnością do czterech miejsc po przecinku. Po zważeniu umieść próbkę z powrotem w butelce.
    UWAGA: Odstępy między wyjmowaniem i ważeniem próbek należy dobrać indywidualnie dla każdej badanej próbki na podstawie wizualnej oceny zmian na powierzchni próbki podczas testu. Krótsze odstępy (np. 8 h lub mniej) należy stosować w przypadku zaobserwowania intensywnych zmian powierzchniowych, natomiast odstępy mogą być dłuższe (np. 24 h, 48 h), gdy widoczne są mniej intensywne zmiany lub brak zmian powierzchniowych. W przypadku konieczności porównania próbek, czas trwania testu musi być taki sam.
  6. Na podstawie masy próbki metalicznej oblicz ubytek masy od początku eksperymentu w odniesieniu do powierzchni próbki dla danego czasu ekspozycji. Po wystąpieniu stanu stacjonarnego w układzie metal-ciecz (gdy nie zaobserwowano już wzrostu ubytku masy w czasie), zakończ eksperyment.
  7. Oblicz szybkość korozji zgodnie z procedurą przedstawioną w Kroku 4 (przed trawieniem) lub w Kroku 5 (po trawieniu powierzchniowych produktów korozji).
    UWAGA: Szybkości korozji uzyskane po trawieniu powierzchniowych produktów korozji są wykorzystywane do oceny wydajności inhibitorów korozji; więcej szczegółów znajduje się w sekcji Wyniki Reprezentatywne.

2. Dynamiczny test korozyjny z cyrkulacją cieczy

  1. Wlać 500 mL badanego ciekłego środowiska korozyjnego do kolby czteroszyjkowej w części magazynowej aparatury. Szlifowe złącza kolby nasmarować smarem silikonowym, a następnie zamocować na szyjkach kolby zgodnie z Rysunkiem 2: (i) chłodnicę zwrotną, (ii) termometr, (iii) kapilarę ssącą podłączoną do pompy oraz (iv) przelew połączony z częścią temperowaną.
  2. Włączyć kriostat podłączony do chłodnicy i ustawić temperaturę na -40 °C. Wypełnić zamknięty obieg chłodzenia etanolem.
  3. Użyć kapilary do pompowania paliwa, aby połączyć pompę ze spiralą wstępnego podgrzewania części temperowanej, która doprowadza podgrzane paliwo dnem celi pomiarowej. Włączyć pompę i ustawić pożądany przepływ paliwa (500 mL×h-1). Włączyć termostat części temperowanej i ustawić temperaturę na pożądaną wartość (40 °C).
  4. Gdy część temperowana zostanie wypełniona paliwem, a paliwo zacznie przepływać przez przelew z powrotem do kolby magazynowej, otworzyć celę pomiarową składającą się z dwóch części połączonych szlifem i zawiesić na uchwycie szlifowaną, polerowaną, odtłuszczoną i zważoną próbkę (blachę metalową o odpowiednich proporcjach).
    UWAGA: Przygotowanie próbki przeprowadza się zgodnie z procedurą przedstawioną w Kroku 1.2.
  5. Połączyć frytę z rurką doprowadzającą powietrze z naczynia ciśnieniowego za pomocą regulatora ciśnienia i przepływomierza, a następnie ustawić na przepływomierzu pożądany przepływ gazu (20–30 mL×min-1).
  6. W regularnych odstępach czasu wyjmować próbkę metaliczną z części temperowanej i postępować zgodnie z instrukcjami przedstawionymi w Kroku 1.5.
  7. Postępować zgodnie z instrukcjami przedstawionymi w Krokach 1.6 oraz 1.7.

3. Test korozyjny w statycznym zanurzeniu z chłodnicą zwrotną w obecności ośrodka gazowego

  1. Wlej 200–300 mL badanej próbki (np. badanego oleju silnikowego zawierającego agresywne paliwo E100) do temperowanej kolby.
  2. Zawieś oszlifowaną, wypolerowaną, odtłuszczoną i zważoną próbkę na haczyku chłodnicy. Nasmaruj szlif chłodnicy smarem silikonowym i zamocuj chłodnicę w kolbie.
    UWAGA: Przygotowanie próbki przeprowadza się zgodnie z procedurą przedstawioną w kroku 1.2.
  3. Połącz fritę z rurką doprowadzającą powietrze za pomocą naczynia ciśnieniowego, regulatora ciśnienia oraz przepływomierza i ustaw na przepływomierzu pożądaną prędkość przepływu gazu (80 mL×min-1).
  4. Ustaw temperaturę na 80 °C na termostacie do temperowania kolby oraz na -40 °C na kriostacie podłączonym do chłodnicy.
  5. Po odpowiednim czasie (np. 14 dniach) wyjmij metalową próbkę z aparatury i postępuj zgodnie z instrukcjami przedstawionymi w kroku 1.5.
  6. Postępuj zgodnie z instrukcjami przedstawionymi w krokach 1.6 oraz 1.7.

4. Obliczanie szybkości korozji na podstawie ubytku masy

  1. Na podstawie strat korozyjnych uzyskanych zgodnie z metodami przedstawionymi w krokach 1-3, oblicz wartość szybkości korozji zgodnie z równaniami 1 oraz 2.
    Równanie dynamiki płynów vLr=8.76(vPm/ρ); wzór na obliczanie prędkości.            (1)
    Równowaga statyczna; równanie νPm=Δm/(T·S); analiza wzoru dla studiów fizycznych lub inżynieryjnych.                (2)
    gdzie nPm to szybkość korozji w g·m−2·h−1, ρ to gęstość materiału metalicznego w g·cm−3, Δm to średnia utrata masy w g, S to powierzchnia materiału metalicznego w m2, a T to czas (w godzinach) od początku badania do wyjęcia płyty metalowej w celu pomiaru.

5. Trawienie produktów korozji na powierzchni metalu

  1. Trawienie skorodowanych próbek stali miękkiej należy przeprowadzić w 10 wt. % roztworze chelatonu III w temperaturze 50 °C przez 5 min. Następnie próbkę należy wyjąć z roztworu, oczyścić szczotką pod bieżącą wodą, wypłukać acetonem, osuszyć i zważyć. Po tym etapie próbkę należy ponownie umieścić w roztworze chelatonu i powtarzać procedurę do uzyskania stałej masy.
  2. Trawienie skorodowanych próbek mosiądzu, brązu lub miedzi należy przeprowadzić w 10 vol. % roztworze kwasu siarkowego przy jednoczesnym przesyłaniu azotu (w celu usunięcia rozpuszczonego tlenu z powietrza) przez 1 min. Następnie próbkę należy wyjąć z roztworu, oczyścić szczotką pod bieżącą wodą, wypłukać acetonem, osuszyć i zważyć. Po tym etapie próbkę należy ponownie umieścić w roztworze kwasu i powtarzać procedurę do uzyskania stałej masy.

6. Pomiary elektrochemiczne w układzie dwuelektrodowym

  1. Wyjąć układ elektrod z celi pomiarowej, odkręcić go, przygotować powierzchnię elektrod zgodnie z procedurą przedstawioną w Kroku 1.2 (bez ważenia), a następnie ponownie złożyć układ elektrod.
  2. Napełnić celę pomiarową 80 mL badanego ciekłego środowiska korozyjnego i zamknąć ją za pomocą układu elektrod. Całą celę umieścić w uziemionej klatce Faradaya. Podłączyć galwanostat i potencjostat do układu elektrod w taki sposób, aby jedna elektroda układu pełniła funkcję elektrody odniesienia, a druga elektroda pełniła jednocześnie funkcję elektrody roboczej i pomocniczej.
  3. W oprogramowaniu urządzenia ustawić sekwencję zawierającą pomiary potencjału obwodu otwartego (OCP, stabilizacja potencjału korozyjnego w obwodzie otwartym) oraz pomiar spektroskopii impedancyjnej (EIS). Stabilizację prowadzić przez co najmniej 30 min, aby zminimalizować zmianę potencjału.
  4. Przeprowadzić pomiary EIS przy dostatecznie wysokiej amplitudzie, zależnie od przewodności środowiska korozyjnego (paliwa).
    UWAGA: Im niższa jest przewodność paliwa, tym wyższych wartości amplitudy należy użyć. Dla paliw zawierających więcej niż 80 vol. % etanolu należy wybrać wartości amplitudy w zakresie 5–10 mV. Dla paliw zawierających etanol w zakresie 10–80 vol. % należy wybrać wartości amplitudy w zakresie 10–50 mV. Dla paliw zawierających mniej niż 10 vol. % etanolu należy wybrać wartości amplitudy w zakresie 50–80 mV.
  5. Przeprowadzić pomiary impedancji w dostatecznym zakresie częstotliwości (1–5 mHz), aby móc ocenić nisko- oraz wysokoczęstotliwościowe części widm.
  6. Wyznaczyć stałą celi Ks dla każdej elektrody poprzez pomiar w n-heptanie, który ma przenikalność elektryczną wynoszącą około 1,92, zgodnie z poniższym równaniem:
    Równanie równowagi statycznej \(K_s = \dfrac{\varepsilon_r \cdot \varepsilon_0}{C}\), analiza wzoru.                (3)
    gdzie C to pojemność uzyskana z wysokoczęstotliwościowej części widma impedancyjnego zmierzonego w płaskim układzie elektrod w systemie n-heptan-metal, εr to względna przenikalność elektryczna n-heptanu, a ε0 to przenikalność elektryczna próżni.
  7. Wykorzystać otrzymaną stałą celi do obliczenia przenikalności elektrycznej paliwa ε oraz do przeliczenia rezystywności R zgodnie z poniższymi równaniami:
    Wzór na stałą dielektryczną, ε=Ks·Cv/ε0, ilustrujący zasady równowagi statycznej.                (4)
    Równanie równowagi statycznej; wzór Rs=Rv/Ks; istotne dla badań z zakresu mechaniki fizycznej.                (5)

7. Pomiary elektrochemiczne w układzie trójelektrodowym

  1. Przygotuj część pomiarową elektrody roboczej z badanego materiału metalicznego zgodnie z procedurą przedstawioną w Kroku 1.2 (bez ważenia) i przykręć ją do przedłużenia elektrody.
  2. Napełnij celę pomiarową 100 mL badanego ciekłego środowiska korozyjnego i zamknij ją nakrętką, przez którą przeprowadzone są elektroda robocza z badanego materiału oraz elektroda pomocnicza z drutu platynowego. Owiń drut, t.j. elektrodę pomocniczą, równomiernie wokół elektrody roboczej. Przez boczny wlot celi wprowadź elektrodę odniesienia z mostkiem tak, aby znajdowała się jak najbliżej elektrody roboczej.
    UWAGA: Elektrody nie mogą się ze sobą stykać.
  3. Włóż celę do uziemionej klatki Faradaya i połącz elektrody za pomocą systemu kablowego z galwanostatem i potencjostatem wyposażonym w odpowiednie oprogramowanie.
  4. W oprogramowaniu zastosowanych urządzeń pomiarowych ustaw sekwencję pomiarową zawierającą pomiar (i) OCP przez wystarczająco długi czas (co najmniej 60 min), (ii) EIS w zakresie około 1 MHz–1 mHz przy wartości amplitudy 5–20 mV oraz (iii) charakterystyk polaryzacyjnych (skanowanie Tafela) w zakresie 200–500 mV względem potencjału korozyjnego.
  5. Oblicz gęstość prądu jcorr zgodnie z równaniem Sterna-Geary’ego:
    Wzór na obliczanie szybkości korozji, \( j_{\text{corr}} = \frac{B}{R_p} \), równanie, elektrochemia.                (6)
    Wzór na równowagę statyczną, \( B = \frac{b_a \cdot b_b}{2.3 \cdot (b_a + b_b)} \), równanie.                (7)
    gdzie jcorr to gęstość prądu korozyjnego, ba i bk to stałe Tafela, a Rp to oporność polaryzacyjna oszacowana z pomiarów EIS. Następnie oblicz chwilową szybkość korozji z ubytków masy materiału. Wyznacz ubytki masy materiału z gęstości prądu zgodnie z prawem Faradaya w następujący sposób:
    Schemat równania dla osadzania elektrolitycznego: m=A·I·t, ilustruje obliczanie osadzania masy.                (8)
    Równanie elektrochemiczne, A=M/zF; schemat obliczeń przewodnictwa molowego.                (9)
    gdzie m to masa substancji w g; I to prąd; t to czas; A to stała proporcjonalności określana jako równoważnik elektrochemiczny substancji, mierzony w kg·C−1; F to stała Faradaya (9.6485 × 104 C·mol−1); a z to liczba elektronów potrzebnych do wydzielenia jednej cząsteczki.22

8. Obliczanie wydajności inhibitorów korozji

  1. Wykorzystaj uzyskane wartości oporu polaryzacyjnego lub szybkości korozji do obliczenia wydajności inhibitorów korozji zgodnie z następującymi równaniami:
    Wzór na równowagę statyczną, Ef=(100*(Ri-R0))/Ri, równanie do analizy naukowej, zastosowanie edukacyjne.                (10)
    lub
    Wzór na wydajność Ef; \((\nu_i - \nu_0)/\nu_i\); równanie do analizy wydajności; obliczenia.                (11)
    gdzie Ef to wydajność inhibitorów korozji w %; Ri to opór polaryzacyjny materiału; nI to szybkość korozji materiału w układzie metal-paliwo zawierającym inhibitor korozji; R0 to opór polaryzacyjny; n0 to szybkość korozji w układzie metal-paliwo bez inhibitora korozji.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

Wymienione powyżej metody zostały wykorzystane do pomiaru danych korozyjnych stali niskowęglowej (składającej się z 0,16 wt. % C, 0,032 wt. % P, 0,028 wt. % S oraz reszty F)22 w środowisku mieszanin etanolu z benzyną (EGBs) zawierających odpowiednio 10 i 85 vol. % etanolu (E10 i E85). Do przygotowania tych mieszanin EGB zastosowano benzynę zgodną z wymaganiami normy EN 228, zawierającą 57,4 vol. % węglowodorów nasyconych, 13,9 vol. % olefin, 28,7 vol. % węglowodoró...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

Podstawową zasadą badania dynamicznego i obu testów statycznych jest ocena ubytków masy próbek metalowych w układach środowiska korozyjnego metalu (paliwa) w zależności od czasu do osiągnięcia stanu ustalonego (tj. nie następuje dalsza utrata masy). Szybkość korozji metalu w środowisku korozyjnym oblicza się na podstawie utraty masy i czasu. Zaletą długotrwałego statycznego badania korozyjnego (Krok 1) jest wiarygodność uzyskanych wyników, prostota i niskie wymagania dotyczące m...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Podziękowania

To badanie zostało sfinansowane z instytucjonalnego wsparcia dla długoterminowego rozwoju koncepcyjnego organizacji badawczej (numer rejestracyjny firmy CZ60461373) zapewnionego przez Ministerstwo Edukacji, Młodzieży i Sportu, Czechy, Program Operacyjny Praga - Konkurencyjność (CZ.2.16/3.1.00/24501) oraz "Narodowy Program Zrównoważonego Rozwoju" (NPU I LO1613) MSMT-43760/2015).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarzePotenciostat/Galvanostat/ZRANr ref. 600
Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Kwas siarkowyPenta s.r.o., Republika Czeska20450-11000rocznie 96 %
CAS: 7664-93-9
http://www.pentachemicals.eu/
kwas octowyPenta s.r.o., Republika Czeska20000-11000rocznie 99 %
CAS: 64-19-7
http://www.pentachemicals.eu/
siarczan sodu bezwodnyPenta s.r.o., Republika Czeska25770-31000p.a. 99,9 %
CAS: 7757-82-6
http://www.pentachemicals.eu/
chloran soduPenta s.r.o., Republikap.a. 99,9 %
CAS:  7681-52-9
http://www.pentachemicals.eu/
demineralizowanywodno-etanol
Penta s.r.o., Republika Czeska71250-11000rocznie 99 % 
CAS: 64-17-5
http://www.pentachemicals.eu/
frakcje benzynyCeská rafinerská a.s., Kralupy nad Wełtawą, Republikazgodnie z EN 228 (57,4 % obj. węglowodorów nasyconych, 13,9 % obj. olefin, 28,7 % obj. węglowodorów aromatycznych i 1 mg/kg siarki)
AcetonPenta s.r.o., Republika Czeskaczysty 99 %
Gamry Instruments, USAhttps://www.gamry.com/
1250 Analizator odpowiedzi częstotliwościowejSolarthrone
SI 1287 Zakłócenia elektrochemiczneSolarthrone
NazwaFirma>Numer katalogowyKomentarze
Software
Framework 5.68Gamry Instruments, Stany Zjednoczonehttps://www.gamry.com/
Echem Analityk 5.68Gamry Instruments, Stany Zjednoczonehttps://www.gamry.com/
Corrware 2.5bScribnerhttp://www.scribner.com/
CView 2.5bScribnerhttp://www.scribner.com/
Zview 3.2cScribnerhttp://www.scribner.com/
MS Excel 365Microsoft
NameCompanyNumer katalogowyKomentarze
Grinder
Kompak 1031MTH (Badanie Materiałowe Hrazdil)
Czeska Czeska Toluen Penta s.r.o., Republika Czeska czysty 99 %

Bibliografia

  1. Revie, R. W., Uhlig, H. H. Corrosion and corrosion control: An Introduction to corrosion science and engineering, 4th edition. , 4th edition, Wiley. Hoboken, USA. (2008).
  2. 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).
  3. European Union. 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).
  4. Tshiteya, R. Properties of alcohol transportation fuels. , Meridian Corporation. Alexandria, VA. (1991).
  5. 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).
  6. 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).
  7. Pereira, R. C., Pasa, V. M. Effect of mono-olefins and diolefins on the stability of automotive gasoline. Fuel. 85 (12), 1860-1865 (2006).
  8. Schweitzer, P. A. Fundamentals of corrosion: mechanisms, causes, and preventative methods. , CRC Press, Taylor Francis Group. Boca Raton, USA. (2009).
  9. 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).
  10. 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).
  11. Nesic, S., Schubert, A., Brown, B. Thin channel corrosion flow cell. International patent. , WO2009/015318A1 (2009).
  12. 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. , WO2004/044094A1 (2003).
  13. Ochrana proti korozi. Inhibitory koroze kovů a slitin v neutrálních vodních prostředích. Laboratorní metody stanovení ochranné účinnosti (in Czech). , Standard ČSN 03 8452 (038452) (1990).
  14. 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).
  15. 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).
  16. 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).
  17. 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).
  18. 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).
  19. Traldi, S., Costa, I., Rossi, J. Corrosion of spray formed Al-Si-Cu alloys in ethanol automobile fuel. Key Engineering Materials. , 352-357 (2001).
  20. Nie, X., Li, X., Northwood, D. O. Corrosion Behavior of metallic materials in ethanol-gasoline alternative fuels. Material Science Forum. 546, 1093-1100 (2007).
  21. Sridhar, N., Price, K., Buckingham, J., Dante, J. Stress corrosion cracking of carbon steel in ethanol. Corrosion. 62 (8), 687-702 (2006).
  22. 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).
  23. 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).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Przeglądaj więcej artykułów

biopaliwatest statycznytest dynamicznypomiary elektrochemiczneukład dwuelektrodowyukład trójelektrodowychłodnica zwrotnaszybkość korozji
Korozja metali i skuteczność inhibitorów korozji w mediach o mniejszym przewodzeniu
Skontaktuj się z nami
Poleć bibliotece

Prywatność

Warunki korzystania z usługi

Zasady

Prawa autorskie © 2026 MyJoVE Corporation. Wszelkie prawa zastrzeżone.