Summary
관련 소재 부식 된 프로세스의 테스트 어려울 수 있습니다 종종 비 수성 환경에서 특히. 여기, 우리는 단기 및 장기의 에탄올을 포함 하는 특히 하는 바이오 연료와 같은 비 수성 환경 부식 동작의 테스트를 위해 다른 방법을 제시.
Abstract
소재 부식 많은 응용 프로그램에서 다른 재료에 대 한 제한 요소가 될 수 있습니다. 따라서, 그것은 더 부식 프로세스 이해, 그들을 방지 하 고, 그들과 관련 된 손해를 최소화 하는 데 필요한입니다. 부식 속도 부식 프로세스의 가장 중요 한 특성 중 하나입니다. 부식 속도의 측정은 종종 매우 어렵거나 심지어 바이오 연료와 같은 보다 적게 전도성, 비 수성 환경에서 특히. 여기, 우리는 바이오 연료에 부식 속도의 결정 및 anti-corrosion 보호의 효율성에 대 한 5 가지 방법을 제시: (i)는 정적 테스트, 동적 테스트 (2), (iii) (iv)에 환류 냉각기 및 전기 화학 측정 정적 테스트를 2 전극 배열 및 (v) 3-전극 배열에서. 정적 테스트 재료 및 경 음악 장비에 그것의 낮은 수요 때문에 유리 하다. 동적 테스트는 더 가혹한 조건에서 금속 재료의 부식 속도의 테스트에 대 한 수 있습니다. 환류 냉각기와 정적 테스트 산화 또는 불활성 분위기 있을 때 더 높은 온도에서 높은 점도 (예를 들면, 엔진 오일)와 환경에서 테스트에 대 한 수 있습니다. 전기 화학 측정 부식 프로세스에 대 한 포괄적인 보기를 제공합니다. 제시 세포 형상 및 준비 (2 전극 및 3 전극 시스템) 기본 전해질 결과에 부정적인 영향을 미칠 수 있는 그들을 로드 하지 않고 바이오 연료 환경에서 측정을 수행 가능 하 게 측정 오류입니다. 제시 방법 공부 환경, 금속 재료의 부식 저항 및 대표 및 재현성 결과 부식 억제제의 효율성의 부식 공격을 가능 하 게. 이러한 메서드를 사용 하 여 얻은 결과 부식 부식으로 인 한 피해를 최소화 하기 위해 좀 더 자세하게에서 프로세스 이해를 도울 수 있다.
Introduction
부식 좋은 재료와 전세계 경제 피해 발생합니다. 그것은 부분 또는 완전 한 소재 해체로 인해 상당한 소재 손실 발생. 발표 입자 불순물;으로 이해 될 수 있다 그들은 부정적인 주변 환경의 구성 또는 다양 한 디바이스의 기능을 변경할 수 있습니다. 또한, 부식 재료의 부정적인 시각 변화를 일으킬 수 있습니다. 따라서, 부식 부식 방지 및1그것의 잠재적인 위험 최소화 하는 조치를 개발 하기 위해 좀 더 자세하게에서 프로세스를 이해할 필요가 있다.
환경 문제 및 한정 된 화석 연료 매장 량을 고려 하면 대체 연료 중 바이오 연료는 재생 소스에서 중요 한 역할에 증가 관심이 있다. 다른 잠재적으로 사용할 수 있는 바이오 연료의 수 있다 하지만 현재 바이오 매스에서 생산 하는 에탄올에 대 한 가장 적합 한 대안 대체 (또는 함께 혼합) gasolines. 에탄올의 사용은 지시문 2009/28/EC 유럽 연합2,3에 의해 통제 된다.
에탄올 (bioethanol)는 gasolines에 비해 실질적으로 다른 속성이 있습니다. 그것은 매우 극, 전도성, 완전히 혼합할 수 있는 물, 등 이러한 속성 에탄올 (만들고 연료 또한 포함 에탄올 혼합) 부식4점에서 공격적. 낮은 에탄올 콘텐츠, 연료에 대 한 적은 양의 물에 의해 오염 수 물-에탄올 위상의 분리는 탄화수소 단계에서 있고이 높게 부식성 일 수 있다. 무수 에탄올 자체가 덜 고귀한 금속에 대 한 공격적 고 "건식 부식"5발생할 수 있습니다. 기존의 자동차와 부식 일부 금속 부품 (특히 구리, 황동, 알루미늄 또는 탄소 강철)에서 연료의 접촉으로 발생할 수 있습니다. 또한, 극 지 오염 (특히 염화) 오염;의 원천으로 부식에 기여할 수 있습니다. 산소 용 해도 및 산화 반응 (에탄올-가솔린 혼합 (EGBs)에 발생 하 고 산 성 물질의 원천이 될 수 있습니다) 또한 중요 한 역할6,7을 재생할 수 있습니다.
부식 으로부터 금속을 보호 하는 방법에 대 한 가능성 중 하나는 실질적으로 늦출 수 있도록 소위 부식 억제제를 사용 하 여 (억제) 부식 처리8. 부식 억제제의 선택 그리고 주어진된 억제제의 메커니즘에 특히 부식성 환경, 부식 자극의 존재의 종류에 따라 달라 집니다. 현재, 다양 한 데이터베이스 또는 분류 부식 억제제에 간단한 오리엔테이션을 가능 하 게 할 수 있다.
부식 환경으로 이러한 환경에서 부식 프로세스의 자연과 강도 크게 차이가 수성 또는 비 수로 나눌 수 있습니다. 비-수성 환경에 대 한 다른 화학 반응으로 연결 하는 전기 화학 부식 (다른 화학 반응) 없이 단지 전기 화학 부식 수성 환경에서 발생 하는 반면 전형적, 이다. 또한, 전기 화학 부식 수성 환경9에 훨씬 더 집중 하지 않습니다.
비 수성 액체 유기 환경에서 부식 과정은 유기 화합물의 극성의 정도에 따라 달라 집니다. 이것은 이다 금속, 일부 기능 그룹에서 수소의 대체와 관련 화학, 낮은 부식 속도 전형적인 하에서 전기 화학 부식 프로세스의 특성의 변경으로 연결 되는 전기 화학 프로세스와 비교입니다. 비-수성 환경 일반적으로 전기 전도도9의 낮은 값을 가집니다. 전도성 유기 환경에서 증가, 그것은 추가할 수 tetraalkylammonium tetrafluoroborates 또는 브롬 등 지원 전해질 소위입니다. 불행히도, 이러한 물질 수 억제 속성, 또는, 반대로, 부식 속도10증가.
단기 및 장기 부식 금속 재료의 비율 또는 부식 억제 물, 즉와 함께 또는 없이 환경 순환, 즉, 정적 및 동적 부식의 효율 테스트, 각각의 테스트에 대 한 몇 가지 방법이 있다 11 , 12 , 13 , 14 , 15. 두 방법에 대 한 금속 재료의 부식 속도의 계산은 기반 시험된 재료의 무게 손실에 특정 시간 기간 동안. 최근에, 전기 화학 방법 때문에 그들의 높은 효율성과 짧은 측정 시간 부식 연구에 더 중요 한 되 고 있다. 또한, 그들은 종종 더 많은 정보와 부식 프로세스에 보다 포괄적인 보기를 제공할 수 있습니다. 가장 일반적으로 사용 되는 방법 이며 전기 화학 임피던스 분광학 (EIS), potentiodynamic 분극 시간에 잠재적인 부식의 안정화의 측정 (평면에 2 전극 또는 3 전극 배열에서)16 ,17,18,19,20,21,,2223.
여기, 우리는 단기 및 장기 환경, 금속 재료의 부식 저항 및 부식 억제제의 효율성의 부식 적극성의 테스트에 대 한 다섯 가지 방법을 제시. 방법의 모든 비-수성 환경에서 측정을 위해 최적화 하 고 EGBs에 설명. 메서드는 부식 방지 하 고 부식 손상 최소화를 좀 더 자세하게 프로세스를 이해 하는 데 도움이 수 대표 하 고 재현 가능한 결과 얻기 위해 수 있습니다.
금속 액체 시스템에서 정적 침수 부식 시험, 금속 액체 시스템에서 정적 부식 테스트 분석된 샘플 걸려 후크를 갖춘 250 mL 병으로 구성 된 간단한 장치에서 수행할 수 있습니다 그림 1을 참조 하십시오.
액체 순환 동적 부식 시험, 금속 부식 억제제 또는 액체 (연료)의 공격 그림 2에 제시 하는 액체 매체의 순환 흐름 장치에서 테스트할 수 있습니다. 강화 부품과 테스트 액체의 저수지 흐름 장치에 의하여 이루어져 있다. 강화 부분에서 테스트 액체 공기 산소 존재 또는 불활성 분위기에서 금속 샘플 문의입니다. 가스 (공기) 공급은 한 frit 술병의 바닥을 도달 하는 튜브에 보장 됩니다. 테스트 액체의 약 400-500 mL를 포함 하는 테스트 액체의 저수지는 분위기와 장치의 연결을 허용 하는 환류 쿨러와 연결 된다. 냉각기,-40 ° c.에는 액체의 증발된 부분 동결 연동 펌프는 펌핑에 대해 화학적으로 안정적이 고 불활성 재료 (예를 들어, 테 플 론, Viton, Tygon) 저장 부분에서 폐쇄 회로 통해 0.5 Lh-1 의 적당 한 속도로 액체의 강화 부분에서 허용 액체 저장 부분에는 오버플로 통해 반환 합니다.
퇴조 가스 매체, 부식 억제제의 쿨러와 정적 침수 부식 시험, 금속 재료의 저항 또는 액체 환경의 적극성 그림 3에서 제시 하는 기구에서 테스트할 수 있습니다. 장치는 두 부분을 포함합니다. 첫 번째 부분 2 센, 강화 500 mL 플라스 크는 온도계로 구성 됩니다. 플라스 크는 충분 한 양의 액체 환경에 포함 되어 있습니다. (I) 환류 냉각기 지상 유리 플라스 크, (ii) 금속 샘플 및 (iii)는 릿 술병의 바닥을 도달 하는 가스 (공기) 공급 튜브를 삽입 하기 위한 옷걸이와 꽉 연결을 공동으로 두 번째 부분에 의하여 이루어져 있다. 장치 방지 액체 증발 냉각기를 통해 분위기에 연결 된다.
2 전극 배열에서 전기 화학 측정 장치는 그림 4에 표시 됩니다. 전극은 완전히 주위 부식성 환경에서 그들을 보호 하기 위해 한쪽에 에폭시 수 지에 포함 된 금속 시트 (온화한 강철에서: 3 x 4 cm)에서 만들어집니다. 두 전극은 그들 사이의 거리는 약 1 m m22를 망했다.
3 전극 배열에서 전기 화학 측정 작업, 참조 및 전극 사이 작은 거리 지켜진다; 측정 셀에 배치 하는 보조 전극의 구성 그림 5를 참조 하십시오. 기준 전극, calomel 또는 질 산 칼륨 (알3)의 (i) 3 정부-1솔루션 또는 염화 리튬 (LiCl)의 1 몰은-1솔루션 (ii)에 포함 된 소금 교량은-염화 전극으로 에탄올을 사용할 수 있습니다. 플래티넘 와이어, 메쉬 또는 접시 보조 전극으로 사용할 수 있습니다. 작업 전극 구성 (i) 측정 부품 (나사 스레드 테스트 자료)과 부식 환경에서 격리 (ii)는 나사 첨부 파일 그림 6을 참조 하십시오. 전극은 충분히 안티 언더플로 물개에 의해 고립 될 해야 합니다.
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Protocol
1. 정적 침수 부식 테스트 금속 액체 시스템에
- 금속 재료의 저항 또는 부식 억제제의 효율성을 테스트 하기 위한 테스트 액체 부식 환경의 100-150 mL를 추가 (즉,, 공격적 EGB 오염 된 물과 추적 양의 염화 황산 염, 초 산) 로 거는 분석된 샘플 (그림 1)에 대 한 후크를 갖춘 250 mL 병.
- 금속 샘플의 표면 연 삭 사 (1200 메쉬) 포를 사용 하 여, 흐르는 물에 표면을 균등 하 게 조정 되도록 연마 하 여 조정 합니다. 다음, 약 25 mL의 아세톤과 에탄올의 약 25 mL로 깨끗이 샘플 표면 탈지 하십시오, 자유롭게 그것을 건조 또는 조직, 펄프를 사용 하 고 4 개의 소수 자릿수의 정밀도로 샘플 분석 균형에 무게.
참고: 샘플 치료에 같은 방식으로 수행 되어야 합니다 항상, 그렇지 않으면 측정 오류 로드할 수 있습니다. 그것은 항상 동일한 입자 크기와 사 포를 사용 하 여 중요 한 그리고 일회용, 즉, 각 샘플 및 측정에 대 한 샌드 페이퍼의 한 조각이 사용된 sandpapers 되어야 합니다. 표면에 균일 하 게 조정 해야 합니다, 그리고 스크래치, 구 덩이, 등 표면 결함을 포함할 수 없습니다. - 표면 처리 후 걸어 금속 샘플 병에 있는 액체에는 병의 바닥에 놓여 있지 않은 있도록 그림 1을 참조 하십시오. 액체의 증발 및 공기 항목을 방지 하기 위해 병을 충분히 단단히 닫습니다.
- 액체/금속 표면 비율 약 10 cm31 cm2 최소한 테스트 액체의 볼륨을 선택 합니다.
- 정기적으로 병에서 금속 샘플을 제거 하 고, 아세톤의 약 25 mL로 씻어 펄프 조직 그것을 건조 하 고 초과 부식 제품의 표면 레이어를 제거를 사용 하 여. 다음, 4 개의 소수 자릿수의 정밀도로 분석 균형에 샘플 무게. 무게, 후 병에 다시 샘플을 반환 합니다.
참고: 제거 하 고 무게는 샘플에 대 한 간격 각 시험 샘플 테스트 기간 동안 시각적 평가 샘플 표면에 변화에 따라 개별적으로 선택 되어야 한다. 더 짧은 간격 (예를 들어, 8 h 또는 더 적은) 집중 표면 변화 관찰 되 고 간격 집중 덜 때 더 이상 (예를 들어, 24 h 48 h) 될 수 있다 또는 표면 변경 볼 수 없을 때 적용 되어야 한다. 샘플 비교 필요한 경우 테스트 기간 동일 해야 합니다. - 금속 샘플의 무게에서 주어진된 노출 시간에 대 한 샘플 표면에 관련 된 실험의 시작 부분에서 체중 감량을 계산 합니다. 정상 상태 금속 액체 시스템에 발생 한 후 (시간이 지남에 체중 감량에 증가 관찰 되었습니다), 실험 종료.
- (절 임) 전에 단계 4 에서 제시 하는 절차에 따라 부식 속도 계산 하거나 (표면 부식 제품의 절 임) 후 5 단계 에서.
주: 자세한 내용은 부식 억제제의 효율성의 평가 사용 되는 제품 표면 부식의 절 임 후 얻은 부식 요금 담당자 결과참조 하십시오.
2. 액체 순환 동적 부식 테스트
- 테스트 액체 부식 환경 기구 저장 부분 4 센 플라스 크로의 500 mL를 추가 합니다. 실리콘 그리스와 플라스 크의 지상 유리 관절에 기름칠 하 고 수정 (i) 환류 냉각기, (ii)는 온도계, (iii) 흡입 모 세관을 펌프에 연결 된 및 (iv) 오버플로 그림 2에 따르면 플라스 크의 목에 강화 부분에 연결 .
- Cryostat 냉각기에 연결 하 고-40 ° c 온도 설정 설정 에탄올으로 닫힌된 냉각 회로를 채우십시오.
- 연료 펌프는 측정 셀의 하단을 통해 데워 연료 강화 부분의 preheating 나선형에 펌프를 연결 하는 모 세관을 사용 합니다. 펌프를 켜고 원하는 연료 유량을 설정 (500ml × h-1). 강화 부품의 온도 켜고 원하는 값 (40 ° C) 온도 설정.
- 다시 저장 플라스 크, 오픈 측정 셀의 두 부분으로 구성 된 지상 유리 합작을 통해 연결 하 고, 땅을 걸어으로 오버플로 부분 탈지 및 샘플 (무게 강화 부분에 채워집니다 연료 및 연료를 통해 흐름에 시작 되 면 적절 한 비율으로 금속 시트) 걸이에.
참고: 샘플 치료 1.2 단계에서에서 제시 하는 절차에 따라 수행 됩니다. - 압력 레 귤 레이 터와는 유량 계를 통해 압력 용기와 공기 공급 관에는 릿을 연결 하 고 유량 계 (20-30 mL × 분-1)에 원하는 가스 유량을 설정.
- 정기적으로 강화 부분에서 금속 샘플을 제거 하 고 단계 1.5에서 제시 하는 지침을 따르십시오.
- 단계 1.6 와 1.7에서 제시 하는 지침을 따릅니다.
3. 정적 침수 부식 테스트는 역류와 기체 매체 존재 쿨러
- 강화 플라스 크에 테스트 샘플 (예를 들어, 테스트 엔진 오일 포함 하는 적극적인 E100 연료)의 200-300 mL를 추가 합니다.
- 냉각기의 훅에 지상, 광택, 탈지 및 무게 샘플을 끊지. 냉각기의 지상 유리 공동 실리콘 그리스와 기름칠 하 고 플라스 크에 냉각기를 수정.
참고: 샘플 치료 1.2 단계에서에서 제시 하는 절차에 따라 수행 됩니다. - 압력 레 귤 레이 터와는 유량 계를 통해 압력 용기와 공기 공급 관에는 릿을 연결 하 고는 유량 계에 원하는 가스 흐름 율 (80 m l × 분-1)을 설정 합니다.
- 플라스 크 템 퍼에 대 한 온도에 80 ° C 및-40 ° C 냉각기에 연결 cryostat에 온도 설정 합니다.
- 적절 한 기간 (예를 들어, 14 일), 후 기구에서 금속 샘플을 제거 하 고 단계 1.5에서 제시 하는 지침을 따르십시오.
- 단계 1.6 와 1.7에서 제시 하는 지침을 따릅니다.
4. 무게 손실에서 부식 속도의 계산
- 단계 1-3에서 제시 하는 방법에 따라 얻은 부식 손실에서 부식 속도 방정식 1 와 2의 값을 계산 합니다.
(1)
(2)
여기서 n오후 g·m−2·h− 1에서 부식 율은 ρ 이다 g·cm− 3에서 금속 재료의 밀도, Δm g에 평균 체중 감소는, S 는 금속 표면 영역 m2와 T 물질 측정을 위한 금속 격판덮개의 제거에는 테스트의 시작 부분에서 시간 (시간)입니다.
(1)
(2)5. 금속 표면에 부식 제품의 절 임
- 5 분 동안 50 ° C에 chelaton III의 10 wt. % 솔루션에 온화한 강철의 부식된 샘플 피 클. 그런 다음, 솔루션에서 샘플을 제거 하 고, 흐르는 물 브러쉬를 사용 하 여 깨끗 하 고 아세톤, 건조 린스 한 그것의 무게. 그 후, chelaton 솔루션에는 샘플을 다시 배치 하 고 일정 무게를 얻을 때까지 절차를 반복 합니다.
- 황동, 청동 또는 구리 황산에서 질소 버블링 (공기 용 존된 산소 제거) 1 분의 10 vol. % 솔루션에서 부식된 샘플 피 클. 그런 다음, 솔루션에서 샘플을 제거 하 고, 흐르는 물 브러쉬를 사용 하 여 깨끗 하 고 아세톤, 건조 린스 한 그것의 무게. 그 후, 다시 산 성 솔루션에 샘플을 넣어 하 고 일정 두께 얻을 때까지 절차를 반복 합니다.
6. 전기 측정 2 전극 배열
- 측정 셀에서 전극 시스템을 제거 하, 그것을 나사, (무게) 없이 단계 1.2 에서 제시 하는 절차에 따라 전극의 표면 조정 하 고 다시 전극 시스템을 완료.
- 80 mL 테스트 액체 부식 환경의 측정 셀 채우기 고 전극 시스템을 통해 그것을 닫습니다. 전체 셀을 접지 패러데이 케이지 넣으십시오. 시스템에의 한 전극 기준 전극 역할을 하 고 두 번째 전극 역할을 동시에 작동 및 보조 전극으로 전극 시스템에 galvanostat와 potentiostat를 연결 합니다.
- 악기 소프트웨어에서 개방 회로 잠재적인 측정 (OCP, 개방 회로에 잠재적인 부식의 안정화) 및 전기 화학 임피던스 분광학 (EIS) 측정을 포함 하는 시퀀스를 설정 합니다. 잠재적인 변화를 최소화 하기 위해 적어도 30 분 동안 안정화를 수행 합니다.
- 부식 환경 (연료)의 전도도 따라 충분히 높은 진폭에 EIS 측정을 수행.
참고: 낮은 연료 전도도, 더 높은 진폭 값이 필요 하다. 80 개 이상의 vol. %의 에탄올을 포함 하는 연료에 대 한 5-10 mV의 범위에서 진폭 값을 선택 합니다. 연료 에탄올 10-80 vol. %의 범위에 포함 된에 대 한 10-50 mV의 범위에서 진폭 값을 선택 합니다. 연료 에탄올의 10 vol. %를 포함, 50-80 mV의 범위에서 진폭 값을 선택 합니다. - 스펙트럼의 낮은-고도 고주파 부분을 평가할 수 있을 것 (1-5 메가 헤르츠) 주파수의 충분 한 범위에서 임피던스 측정을 수행.
- 각 전극에 대 한 셀 상수 Ks n-헵, 다음 방정식에 따르면 약 1.92의 유전율은 측정에 의해 결정:
(3)
여기서 C 는 평면 전극 배열에 n-헵-금속 시스템의 측정 임피던스 스펙트럼의 높은 주파수 부분에서 얻은 커패시턴스 εr 은 n-헵, 및 ε0 의 상대 유전율 진공의 상대 유전율 이다. - 얻은 셀 상수를 사용 하 여 연료 유전율 ε 의 계산 및 다음 방정식에 따라 저항 R 의 다시 계산:
(4)
(5)
(3)
(4)
(5)7. 전기 화학 측정 3-전극 배열
- (무게) 없이 단계 1.2 에서 제시 하는 절차에 따라 테스트 금속 소재로 작업 전극의 측정 부분을 조정 하 고 전극 확장에 나사.
- 테스트 액체 부식 환경 중 100ml와 측정 셀을 통해 테스트 자료에서 작업 전극과 백 금 철사에서 보조 전극 led는 모자와 함께 그것을 닫습니다. 트위스트는 와이어, 즉, 작업 전극의 주위에 균등 하 게 보조 전극. 셀의 측면 항목을 통해 가능한 작업 전극에 가깝게 되도록 교량 참조 전극을 삽입 합니다.
참고: 전극 서로 터치 수 없습니다. - 접지 된 패러데이 셀에 셀을 삽입 하 고 galvanostat 및 potentiostat 적절 한 소프트웨어가 장착 된 케이블 시스템을 통해 전극 연결.
- 사용 된 측정 장치의 소프트웨어에서 설정 측정 순서는 충분히 긴 시간 동안 (적어도 60 분), (ii)의 약 1-1 mHz에서 5-20 mV 및 (iii) polarizati의 진폭 값 범위에서 EIS (i)는 OCP의 측정을 포함 하 에 부식 잠재력에 200-500 mV의 범위에 특성 (Tafel 스캔).
- 전류 밀도 jcorr 스턴 기어 리 공식에 따라 계산 합니다.
(6)
(7)
여기서 jcorr 부식 전류 밀도, b는a 와 bk 는 Tafel 상수 이며 Rp 는 EIS 측정에서 예상 하는 분극 저항. 또한, 소재 무게 손실에서 즉각적인 부식 속도 계산 합니다. 다음과 같이 Faraday´s 법률에서 전류 밀도에서 소재 무게 손실을 결정:
(8)
(9)
여기서 m 은 g;에 물질의 질량 나 는 현재; t 는 시간; A 는 비례 상수 kg· 측정 물질의 전기 화학 동등 물으로 지정 C− 1; F 는 패러데이 상수 (9.6485 × 104 C·mol− 1); 그리고 z 는 하나의 분자를 제외 하는 데 필요한 전자의 수 이다. 22
(6)
(7)
(8)
(9)8. 부식 억제제의 효율의 계산
- 분극 저항 또는 부식 속도의 획득된 값을 사용 하 여 다음 방정식에 따라 부식 억제제의 효율을 계산.
(10)
또는
(11)
Ef 가 %;에 부식 억제제의 효율성 R나 는 분극 저항 재료; n나 부식 억제제;를 포함 하는 금속 연료 시스템에서 재료의 부식 속도 R0 은 분극 저항; n0 부식 억제제 없이 금속 연료 시스템에서 부식 속도입니다.
(10)
(11)Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
위에서 언급 한 방법 온화한 강철 (C의 0.16 wt. %, wt. 0.032 %P, S 및 균형 F 0.028 wt. %로 구성 됨)22 에탄올-가솔린 혼합 (EGBs)의 환경에서 10, 85 vol. %의 에탄올을 포함 하는 부식 데이터를 측정 하는 데 사용 되었다 (E10 및 E85), 각각. 이러한 EGBs, EN 228 포함 57.4 vol. %의 포화 탄화수소의 요구 사항에 따라 가솔린, 올레의 13.9 vol. %, 방향족 탄화수소의 28.7 vol. % 및 1 mgkg의 준비에 대 한 유황의-1 사용 되었다. 이러한 연료의 공격 물과 추적 양의 염화 (3 mgkg-1), 황산 염화 한다 (3 mgkg-1) 및 초 산 (50 mgkg-1)의 추가 의해 증가 되었다. E10 연료 수성 에탄올과 탄화수소 단계 분리 발생 되도록 물 0.5 vol. % 포함. E85 연료 6 vol. %의 물에 의해 오염 되었다. 22 시험된 부식 억제제 포함 octadecylamin 그리고 연료에 억제제의 농도 200 mgL-1. 취득된 데이터는 표 1에 표시 됩니다.
정적 및 동적 테스트의 시간 과정은 그림 7 과 그림 8에표시 됩니다. 무게의 의존이 제시 잃는다 수치 테스트 금속 샘플의 표면에 관련 된. 이러한 무게 손실 4 단계 제시 하는 절차에 따라 부식 속도의 과정을 다시 계산 수 있습니다. 이것은 그림 7 과 그림 8에오염 된 E85 연료에 대 한 표시 됩니다. 두 숫자에서 그것은 분명 1200 h와 340 h의 기간 각각 정적 및 동적 테스트를 위한 온화한 강철-E10 (E85) 연료 시스템의 안정화를 달성 하기에 충분 했다. 또한, 부식 억제제의 효율성은 실질적으로 더 낮은 물자는 억제제가 적용 된 손실을 관찰 했다로 두 연료에 분명 하다. 억제제 효율성 표 1참조, chelaton III, 참조 단계 5.1의 솔루션에는 샘플의 절 임 그리고 실험 후 계산 했다. 소금물에 절 여 표면 부식 제품의 제거 부식 억제제의 효율성의 계산에 대 한 중요 한 진짜 소재 손실을 얻을 수 있습니다. 오염 시키는 원인 결과 의해 설명 하는 대로 실제 부식 속도의 증가 표 1에 제시. 이 특히 부식성 환경, 금속 환경 시스템은 훨씬 더 많은 스트레스와 소재 저항이 크게 감소의 순환 가진 동적 테스트에 대 한 관찰 될 수 있다. 테스트 및 부식 환경 조건에 따라 금속 부식 제품의 두꺼운 층으로 균일 하 게 코팅 되어 그림 9를 참조 하십시오.
부식 환경의 일부 샘플은 그들의 높은 점도 인해 동적 테스트 하 여 테스트할 수 없습니다. 이러한 샘플 (예를 들어, 엔진 오일 연소 E100 연료와 오염) 높은 온도에서 환류 냉각기에서 정적 시험에 의해 시험 될 수 있다 3 단계 를 참조 하십시오. 테이블 2 선물 연강의 부식 속도 3.5 mg KOHg- 에 대 한 총 산 수 (탄)와 산화 엔진 오일 (650 kPa와 160 ° C에 산소 분위기에서 인위적으로 세 석유)에서 테스트 되었습니다 황동의 두 샘플의 얻은 결과 포함 하는 공, 적극적인 E100 연료 (물 6 vol. %를 포함 하 고 오염 물질의 양을 추적, 위의 연료 적극성을 참조)의 15 vol. 1 .
요즘, 전기 화학 임피던스, 편광 특성, 부식 잠재력의 측정 같은 전기 화학 방법 큰 잠재력 있고 환경 (유전율, 속성에 대 한 뿐만 아니라 하나를 알릴 수 있습니다. 저항), 하지만 또한 분극 저항 등 더블 레이어 용량 전극 속성에 대 한. 또한, 전기 화학 방법 비 수성 환경에서 측정에 대 한 중요성이 있다. 비 수성 환경의 낮은 전도도 때문 전도성 염 저항력을 감소 시키고 전극 속성 (부식 데이터) 또한 측정 될 수 있도록 환경의 전도성을 증가에 적용할 수 있습니다. 그러나, 전도성 소금 종종 부식 환경의 속성을 변경 하지 마십시오 하지만 그들은 또한 얻은 부식 데이터, 예에 부정적인 영향을 가질 수 있습니다, 그리고 그들은 부식성 또는 억제 속성을 가질 수 있습니다. 이러한 효과 수정 된 형상으로 특별 한 셀에 이러한 소금 없이 측정을 수행 하 여 피할 수 있다 전극 간 거리는 되도록 작은 단계 6 과 7를 참조 하십시오.
그림 10 과 그림 11 2 전극 배열에서 측정 된 임피던스 스펙트럼을 보여줍니다. 임피던스 스펙트럼의 형태는 사용된 환경 (연료)의 전도도에 의존. 환경의 전도성이 낮은 (가솔린, 에탄올의 최대 10 vol. %를 포함 하는 EGBs) 스펙트럼만 한 반원 (높은 주파수 부분)으로 구성 됩니다. 이 반원 속성 사용된 환경만 (저항, 유전율의 계산에 대 한 높은-주파수 용량)의 특성을 평가 하기 위해 수 있습니다. 낮은 주파수 전극 속성 특성화 부분은 완전히 누락입니다. 환경의 전도성 충분히 높은 경우, 두 개의 비교적 잘 분리 된 반 동그라미를 형성, 그림 11을 참조 하는 두 낮은 고주파 부품의 스펙트럼 구성 됩니다. 다시, 높은-주파수 부분 알려 하나 환경 속성에 대 한 낮은 주파수 용량 성 루프 연결 단계 인터페이스 및 병렬 분극 저항, 즉에 전기 이중 층의 응답 된 반면에 주요 부식 수량 및 즉각적인 부식 속도 특징. 스펙트럼은 그림 11에 표시 되는 등가 회로 따라 평가할 수 있습니다. 평면 전극 배열에 있는 온화한 강철에 대 한 측정 및 평가 결과 표 1에 표시 됩니다.
3 전극 배열 표 1 에서 제시 하는 분극 특성을 측정할 수 있습니다 (즉, 분극 저항, 부식 잠재력, 부식 전류 밀도 및는 음극의 Tafel 상수 및 양극의 부분 Tafel 분극 곡선). 이러한 특성은 스턴 기어 리 방정식에서 즉각적인 부식 속도 계산 단계 7.5참조를 사용할 수 있습니다. 분극 특성의 측정 어렵습니다, 특히 낮은 전도도, 환경에서에서 측정 된 데이터의 저항력에 강하게 의존 하는 잠재적인 손실 (iR 드롭)에 의해 실질적으로 로드 되는 환경 그리고 작업 및 기준 전극의 거리. 이 잠재적인 손실 최소화 수 추정 및 분극 곡선의 측정 하기 전에 수행 하는 임피던스 분광학에 따라 편광 데이터 또는 임피던스 분광학에서 분극의 측정 후 감 곡선입니다. 이전 임피던스 스펙트럼에서 평가 된 분극 저항 부식 속도 iR 강하의 계산에 대 한 저항력의 계산을 위해 중요 하다. 그림 12 는 억제제 없이 공격적 E85 연료의 환경에서 연강의 Tafel 곡선 선물 iR 드롭 보상 전후 (파란색과 빨간색, 각각). 또한,이 그림 Tafel 계수를 구하는 데 사용 되는 음극과 양극 부분의 선형 영역입니다. 또한 아민 기반 억제제, 전체 곡선 (더 음수 값)을 음극 전위 쪽으로 더 이동 하 고 낮은를 포함 하는 적극적인 E85 연료의 환경에서 측정 하는 연강의 Tafel 곡선을 비교 하는 그림 11 온화한 강철의 낮은 즉각적인 부식 속도 전류 밀도
그림 1: 연강 정적 테스트 동안 적극적인 E85 연료에서의 노출 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 2: 실험실 흐름 장치 동적 테스트의 계획: (1) 부드럽게 실리콘 목욕, 나선형, (4) 공기 흡입구, 걸이 샘플 (5), (6) 오버플로 저장소 플라스 크, (7) 저장 플라스 크, 냉각기 (8), (9) cryostat, (10)로 예 열 공기 공급, (3) 릿 연동 펌프, 온도계 (11). 적응 ref14허가. 저작권 2013입니다. 학부 대학 화학 환경 기술과 기술 프라하. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 3: 일정 온도에서 산소의 면 전에 서 건축 자재에 오일의 부식 효과의 테스트를 위한 기구의 계획. (1, 2) 냉각, (3) 역류, 나선형 지상 유리 공동와 샘플 교수형 (4) 온도계, 지상 유리 공동 포함 샘플, (6) 온도, 플라스 크 (5)에 대 한 후크 냉각기 (7) frit 가스 (공기), (8) 산소 공급, (9)와 샘플 튜브를 걸이. 15 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 4: 약 1 m m와 약 0.810-3 c m-1의 셀 상수 전극의 거리와 평면 2 전극 배치의 형상. 적응 ref10허가. 저작권 2009 년입니다. 학부 대학 화학 환경 기술과 기술 프라하. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 5: 측정 셀에서 전극의 기하학적 배열: (a)는 측정의 연결 셀 potentiostat, (b) 작업 전극 (우리), 참조 전극 (RE), 카운터 (보조) 전극 (CE). 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 6: 작업 전극의 건설: (1) 작업 (측정) 부분는 테 플 론와 함께 (2) 테 플 론 인감 테이프, 유리 튜브, (4) 당기는 전극 및 누르면 너트에 의해 양쪽에 고립 된 스레드 전극의 연결에 대 한 확장 (3) 물개를 통해 작업 전극에 튜브. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 7: 정적 테스트 동안 부식 억제제의 추가 하기 전에 오염된 E10 및 E85 연료에서 연강의 오염된 E85 연료 및 부식 손실에 온화한 철강의 부식 속도의 시간 진화 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 8: 동적 테스트 동안 부식 억제제의 추가 하기 전에 오염된 E10 및 E85 연료에서 연강의 오염된 E85 연료 및 부식 손실에 온화한 철강의 부식 속도의 시간 진화 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 9: 연강의 표면 (A, B) 정적 및 동적 테스트 (C, D) 동안 적극적인 E85 연료 없이 부식 억제제 (A, C) 및 (B, D) 억제제와의 환경에서 테스트. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 10: 임피던스 스펙트럼 측정 연강 오염된 E10 연료 노출 및 평가 (오른쪽 상단)를 위해 사용 하는 등가 회로의 30 분 후 평면, 2-전극 배열에. R연료 환경 저항 이며 CPE연료 환경 공간 커패시턴스 이다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 11: 임피던스 스펙트럼 측정 연강 오염된 E85 연료 노출 및 평가 (오른쪽 상단)를 위해 사용 하는 등가 회로의 30 분 후 평면, 2-전극 배열에. R연료 는 환경 저항, CPE연료 환경 공간 커패시턴스, Rp 은 분극 저항 이며 CPEdl 는 더블의 커패시턴스 감소 레이어입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 12: 3-전극 배열에 오염 된 E85 연료의 환경에서 연강의 분극 곡선 측정. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
| 메서드 | 매개 변수 | E10 + H2O의 0.5% | E10 + 0, 5% H2O + 억제제 | E85 + H2O의 6% | E85 + H2O + 억제제의 6% |
| 정적 테스트 | 절 임 (m m × 1 년-1) 전에 부식 속도 | 0.1 | 한다 | 9.5 | 1.2 |
| 부식 속도 mm × 1 년-1절 임 후 | 5.5 | 1, 3 | 17.9 | 3.4 | |
| 억제제 효율 (%) | 76.3 | 80.7 | |||
| 동적 테스트 | 절 임 (m m × 1 년-1) 전에 부식 속도 | 1 | 0,6 | 24.3 | 0.1 |
| 부식 속도 mm × 1 년-1절 임 후 | 13.5 | 4,9 | 56.5 | 17.9 | |
| 억제제 효율 (%) | 63.4 | 68.4 | |||
| 평면, 2-전극 배열에 전기 화학 | 저항력 (kW × m) | 6440 | 6180 | 2.83 | 2.79 |
| 유전율 | 2.9 | 3, 0 | 21.8 | 21.5 | |
| 분극 저항 | - | - | 287.5 | 851.3 | |
| (kW × c m2) | |||||
| 용량 전기 이중 층 (mF × cm-2)의 | - | - | 20.4 | 8.1 | |
| 억제제 효율 (%) | - | 66.3 | |||
| 3 전극 배열에 전기 화학 | 분극 저항 (kW × c m2) | - | - | 20.4 | 49.6 |
| Tafel bk (mV) | - | - | 132.5 | 105 | |
| Tafel는 b는는 (mV) | - | - | 325.1 | 213.6 | |
| 부식 잠재적인 (mV) | - | - | -109.5 | -165.1 | |
| 전류 밀도 (mA × cm-2) | - | - | 2 | 0.6 | |
| 즉각적인 부식 속도 mm × 1 년-1 | - | - | 15.5 | 4.8 | |
| 억제제 효율 (%) | - | 69.2 | |||
테이블 1 : 연강 및 억제제 5 가지 방법으로 결정의 효율성의 부식 데이터.
| 재료 | 초기 중량 (g) | (G) 절 임 후 무게 | 샘플 영역 (m2) | 부식 속도 (μ m × 1 년-1) |
| 스틸 | 7.8025 | 7.8012 | 0.001 | 2.5 |
| 황동 1 | 11.8687 | 11.8619 | 0.0012 | 9.9 |
| 황동 2 | 10.5686 | 10.5645 | 0.002 | 3.6 |
테이블 2 : 황동와 적극적인 E와 함께 오염 된 엔진 오일의 환경에서 노출 하는 강철 샘플 (절 임) 후 부식 속도 100 연료 (15 vol. %) 내에서 14 환류 냉각기에서 정적 테스트의 일.
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Discussion
안정적인 상태를 얻을 때까지 시간에 따라 금속 부식 환경 (연료) 시스템에서 동적 시험과 정적 테스트를 모두의 기본 원리는 금속 샘플의 무게 손실의 평가 (즉, 더 무게 손실 발생). 금속 부식 환경에서의 부식 속도 체중 감소 및 시간에서 계산 됩니다. 장기적인 정적 부식 테스트 (단계 1)의 장점은 얻은 결과, 단순 하 고 재료와 경 음악 장비에 낮은 요구의 신뢰성. 다른 한편으로, 그것 이다 시간이 걸리는 방법, 부식 속도 평가 하는 금속 연료 시스템의 정상 상태를 달성 하기 위해 많은 시간 필요.
정적 테스트 비교 제시 동적 테스트의 주요 이점은 중요 한 금속 연료 시스템에 안정 된 상태를 달성 하기 위해 측정 시간 단축 이다. 장치는 간단 하 게 작동 하 고 테스트 자료 처리 되도록 설계 되었습니다. 테스트 하는 것은 산화 (공기) 또는 불활성 (질소) 분위기에서 수행할 수 있습니다. 또 다른 장점은 다양 한 테스트 조건 (온도, 부식 환경과 가스 미디어 flowrate)에서 금속 연료 시스템을 테스트 하는 가능성. 또한, 기구는 연료, 연료 품질의 금속 및 비금속 재료, 연료 영향의 테스트 테스트 노화의 예측에 대 한 수 있습니다. 금속과 환경 정적 비교 테스트 보다 실질적으로 더 가혹한 조건에서 테스트 됩니다. 방법의 주요 불리는 소재 및 경 음악 장비와 에너지 소비에 대 한 높은 요구.
환류 냉각기 ( 3단계 )에서 정적 테스트 자료 점성 액체의 환경에서의 테스트에 대 한 수 있습니다 (예를 들어, 엔진 오일의 수명 만료 후 또는 바이오 연료와 오염) 높은 온도에서 및에 산화 또는 불활성 분위기의 존재. 단점은 동적 테스트와 비슷합니다.
제시 전기 화학 방법 하나 고 또한 부식의 전송 속성에 대 한 부식 잠재력, 즉각적인 부식 속도, 금속 환경 인터페이스에서 발생 하는 프로세스의 시간 과정에 대해 알릴 수 있습니다. 환경, 유전율 등 환경 저항 (전도성). 이 방법은 비교적 간단 하 고 빠른 고 안정적이 고 재현 가능한 결과 제공. 다른 한편으로, 그들은 비-수성 환경에서 측정을 허용 하는 경 음악 장비 (potentiostat, galvanostat)에 더 높은 요구를 있다.
제시 2 전극 전기 시스템 (단계 6)은 매우 간단 하 고 쉽게 떼어낼 연 삭, 측정 하기 전에 연마 하 여 전극 표면 및 그것의 처리의 쉬운 컨트롤에 대 한 수 있습니다. 다른 장점은 더 수 있는 두 전극의 큰 표면 부식 밀도 같은 보다 적게 전도성 환경 에서도 측정을 수행 가능 하 게 하는 두 전극 사이 작은 거리의 확산 기본 전해질 없이 gasolines. 시스템 디자인 후에 더 긴 노출 시간22,23도 오염 또는 산화 E10 연료에 대 한 금속 재료의 즉각적인 부식 속도의 평가 대 한 전극 속성의 측정에 대 한 수 있습니다. 2 전극 배열에 EIS를 사용 하 여 부식 데이터 측정에 대 한 주요 제한 요소는 4.7 MΩ·m의 저항 및 상대 유전율 2.6922,23의 연료의 발견.
제시 3-전극 전기 화학 시스템 (단계 7) 2 전극 시스템에서 측정할 수 없는 편광 특성을 측정 가능 하 게. 적당 한 세포 형상 때문 40 vol. %의 에탄올22,23를 포함 하는 오염된 EGBs 같은 덜 전도성, 비 수성 환경에서 분극 특성을 측정 가능 하다.
서로 게 제시 방법에서 얻은 데이터를 비교 하려면 동일 하 게 유지 (연료) 액체의 비율 및 금속 표면 영역 각 방법에 대 한 필요가 있다. 그렇지 않으면, 우리의 이전 간행물22,23, 어디 다른 동향 및 정적 전기 화학적 방법의 결과에 (테스트에 제시 된으로 서로 게 개별 방법으로 얻은 결과의 동향만을 비교할 수 있습니다. 금속 샘플 지역, 부식 환경 다른 비율) 에탄올 콘텐츠 연료, 오염 및 산화 (함량, 산 성 물질, 과산화물, 등)의 정도 따라 비교 됩니다.
모든 제시 방법에 대 한 그것은 금속 샘플의 치료에 관심을 지불 해야 합니다. 샘플 처리 항상 동일한 방식으로 수행 해야 합니다, 그리고 그렇지 않으면 측정 오류 로드할 수 있습니다. 그것은 항상 동일한 입자 크기와 사 포를 사용 하 여 중요 한 그리고 일회용, 즉, 각 샘플 및 측정에 대 한 샌드 페이퍼의 한 조각이 사용된 sandpapers 되어야 합니다. 표면에 균일 하 게 조정 해야 합니다, 그리고 스크래치, 구 덩이, 등 어떤 표면 결함을 포함할 수 없습니다.
전기 화학 방법에 대 한 그것은 특히 3-전극 배열에서 작업 전극에 대 한 오버플로 대 한 전극에 주목 하는 것이 중요. 작업 전극에 대 한 그것은 또한 전극의 작업 부분 및 potentiostat의 연결에 대 한 첨부 파일 사이의 접촉에 주의 하는 것이 중요. 전극을 서로 터치 해서는. 그것은 바람직한 기준 전극의 다리는 작업 전극에 최대한 가까이입니다. 균등 하 게 정렬할 작업 전극 주위 보조 전극 사이의 전류 밀도 균등 하 게 하는 것이 바람직합니다.
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Disclosures
저자는 공개 없다.
Acknowledgments
이 연구는 교육, 청소년과 스포츠, 체코 공화국, 운영을 제공한 연구 조직 (회사 등록 번호 CZ60461373)의 장기 개념 개발에 대 한 제도적 지원에서 투자 되었다 프라하-경쟁력 (CZ.2.16/3.1.00/24501)와 "지속 가능성의 국가 프로그램"를 프로그램 (NPU 나 LO1613) MSMT-43760/2015).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 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
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