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Environment

金属の腐食と腐食抑制剤より少なく伝導性媒体の効率

Published: November 3, 2018 doi: 10.3791/57757

Summary

材料の腐食に関連付けられているプロセスのテストしばしば非水溶液環境では特に難しくなります。バイオ燃料、バイオエタノールを含む特にそれらなど非水溶液環境の腐食挙動の短期的および長期的なテストのための異なる方法を紹介します。

Abstract

材料の腐食は、多くのアプリケーションで異なる材料のための制限要因をすることができます。したがってより腐食プロセスを理解、それらを防ぐため、それらと関連付けられる損傷を最小限に抑えるために必要です。腐食プロセスの最も重要な特徴の 1 つは、腐食速度です。腐食速度の測定は、しばしば非常に困難また更に不可能などのバイオ燃料より少なく伝導性、非水溶液環境では特に。ここで、バイオ燃料の腐食速度の測定および防錆保護の効率の 5 つの異なる方法を紹介: 静的実験 (i)、(ii) 動的テスト、(iii) (iv) に逆流クーラーと電気化学的測定と静的テスト、2 電極配置と (v) 3 電極の配置で。静的試験は材料・機器装置、低需要のために有利であります。動的テストより厳しい条件下での金属材料の腐食速度のテストのためことができます。クーラーの逆流を持つ静的テストは酸化または不活性雰囲気の存在下で高温で粘度が高い (例えば、エンジン オイル) の環境でテストできます。電気化学測定は腐食プロセスの包括的なビューを提供します。提示されたセル形状と手配 (2 電極、3 電極システム) は、基本の電解質で結果に否定的な影響がある可能性がありでそれらをロードすることがなくバイオ燃料環境で測定を行うことが可能測定誤差。本手法は、環境、金属材料の耐食性および代表および再現性のある結果の腐食防止剤の効率の腐食攻撃性を研究することが可能。これらのメソッドを使用して得られた結果は、腐食プロセスの腐食によって引き起こされる被害を最小限に詳細を理解するのに役立ちます。

Introduction

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腐食は、素晴らしい素材や世界経済の損傷を引き起こします。部分的または完全な材料崩壊によるかなりの材料損失が発生します。リリースされた粒子を不純物として理解できます。彼らは否定的周囲の環境の構成やさまざまなデバイスの機能を変更できます。腐食は材料の否定的な視覚的な変更を引き起こします。したがって、腐食プロセスの腐食を防止し、その潜在的なリスク1を最小限に抑えるための措置の詳細を理解する必要があります。

環境問題、限られた化石燃料の埋蔵量を考慮した代替燃料、再生可能エネルギー源からのバイオ燃料が大きな役割を果たす中で関心が高まっています。別の利用可能なバイオ燃料の数がありますが、現在生産バイオマスからバイオエタノールはの最も適切な代替代替 (またはとブレンディング) ガソリン。バイオエタノールの使用は、欧州連合2,3指令 2009年/28/EC によって調整されます。

エタノール (バイオエタノール) には、ガソリンと比較して大幅に異なるプロパティがあります。それは極性が高く、導電性、水等と完全に混和性のこれらのプロパティは、エタノールを作る (と燃料も含むエタノールのブレンド) 腐食4の面で積極的な。低エタノール含有量と燃料のため少量の水による汚染は、炭化水素の相から水-エタノール相の分離を引き起こす可能性が、これは腐食性の高いすることができます。無水エタノール自体少ないの貴金属の積極的なり、「乾燥した腐食」5が。既存の車、燃料と接触 (特に銅、真鍮、アルミ、炭素鋼) からいくつかの金属部分に腐食が発生します。さらに、極性汚染物 (特に塩化物) 汚染源として腐食に貢献するかもしれない酸素の溶解度と酸化反応 (可能なエタノール ガソリン ブレンド (EGBs) で発生する酸性物質の源である) 重要な役割6,7をプレイできます。

腐食から金属を保護する方法の可能性の 1 つは、大幅にスローダウンすることができますいわゆる腐食抑制剤の使用 (抑制) 腐食処理8。腐食防止剤の選択は、腐食環境、腐食刺激の存在の種類と特定の阻害剤のメカニズムに特にによって異なります。現在、汎用性の高いデータベースまたは腐食防止剤の簡単な方向を可能にする利用できる分類はありません。

腐食環境は、強度およびこれらの環境での腐食プロセスの性質が大きく異なる、水溶液や非水溶媒に分けることができます。非水溶媒環境 (他の化学反応) なしのみ電気化学的腐食は水溶液環境で発生したに対し、さまざまな化学反応に接続されている電気化学的腐食は一般的。また、電気化学的腐食は水溶液環境9でより集中的ではないです。

水以外の液体の有機環境で腐食プロセスは、有機の化合物の極性の程度によって異なります。腐食率が低い、典型的な化学から電気化学的腐食プロセスの特性の変化に接続されている、これは金属でいくつかの機能グループの水素の置換に関連付けられて電気化学プロセスとの比較。非水溶液環境通常電気伝導度9の低値であります。有機環境で導電率を増加するには、それはテトラアルキル アンモニウム tetrafluoroborates や過塩素酸塩などの支持電解質と呼ばれる追加することが可能です。残念ながら、これらの物質抑制プロパティや、それどころか、腐食率10を増加します。

短期および長期の腐食は、金属材料の率または腐食防止剤、すなわちまたは環境循環、すなわち、静的および動的な腐食なしの効率試験、それぞれのテストのいくつかの方法があります。11,12,13,14,15します。 どちらの方法金属材料の腐食速度の計算は供試材料の重量損失の特定の期間にわたって基づいて。最近では、電気化学的方法はその高効率と短い計測時間のため腐食研究より重要になっています。また、腐食プロセスの包括的なビューおよび詳細について多くの場合提供できます。最も一般的な方法は、電気化学インピー ダンス分光法 (EIS)、動電位分極および時間で潜在的な腐食の安定化の測定 (平面の 2 電極、3 電極配置)16 ,17,18,19,20,21,22,23

短期的および長期的環境、金属材料の耐食性と腐食防止剤の効率の腐食攻撃性のテストの 5 つの方法を紹介します。すべてのメソッドは非水溶液環境での測定用に最適化され、EGBs での例を示します。メソッド詳細を防止し腐食損傷を最小限に抑えるために腐食のプロセスを理解することができます代表で再現可能な結果を得ることを可能にします。

金属液体系における静的浸漬腐食試験、金属液体系における静的腐食試験分析サンプルを吊り下げ用フック装備 250 mL ボトルから成る単純な装置で実行することができます、図 1を参照してください。

液循環と動的腐食テスト、2 液体媒体の循環のフロー装置の金属腐食抑制剤または液体 (燃料) の積極性をテストできます。フロー装置はガラス部分とテスト液の貯留層から成っています。強化パーツでテスト液体は空気酸素存在下でまたは不活性雰囲気中で金属サンプルとの接触です。ガス (空気) の供給は、フラスコの底に到達する管で、釉薬によって保証されます。雰囲気に装置の接続を可能にする逆流クーラー テスト液の約 400-500 mL を含むテスト液の貯留層は接続されます。クーラー、液体の蒸着部分は-40 ° C で凍結されます。強化部に約 0.5 Lh-1経由で化学的に安定しており、不活性材料から (例えばテフロン、バイトン、タイゴン) ストレージ部分から閉回路の適切なレートで液体をポンプすることができます蠕動性ポンプストレージ部分にオーバーフローを介して液体を返します。

気体中、腐食防止剤の存在下でクーラーの逆流を持つ静的浸漬腐食試験、図 3で提示装置における金属材料の抵抗や液体の環境の攻撃性をテストできます。装置には、2 つの部分が含まれています。最初の部分は、温度計を備えた 2 首強化 500 mL フラスコで構成されます。フラスコには、液体の環境の十分な量が含まれています。2 番目の部分は、地面のガラス フラスコ、(ii) 金属のサンプルおよび (iii) 釉薬ガス (空気) の供給をフラスコの底に到達するための管を配置するハンガーとタイトな接続を達成するために共同でクーラー (i) が逆流で構成されています。装置は、液体の蒸発を避けるクーラーによって大気中に接続されます。

2 電極配置の電気化学測定装置は、図 4で示されます。電極は完全にエポキシ樹脂周辺の腐食環境からそれらを保護するために 1 つの側面に埋め込まれている金属板 (軟鋼から 3 × 4 cm) から作られています。両電極間の距離は約 1 mm22マトリックスに失敗しています。

作業、参照と補助電極の電極間の小さな距離が維持されるように、測定セルに配置で構成されます 3 電極配置の電気化学的測定図 5を参照してください。参照電極や塩化第一水銀 (i) 3 短調-1溶液硝酸カリウム (自演3) または (ii) 1 短調-1溶液塩化リチウム (LiCl) を含む塩橋とアージェント塩化物の電極としてエタノールを使用することができます。プラチナ ワイヤー、メッシュやプレートは、補助電極として使用できます。作用電極は (i) 測定部分 (ねじ山のテスト素材) と腐食環境から分離された (ii)、ネジ止めタイプで構成され、図 6を参照してください。電極は、反アンダー フロー シールで十分に分離しなければなりません。

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Protocol

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1. 金属液体系における静的浸漬腐食試験

  1. 金属材料の強度や腐食防止剤の効率性をテストするためのテスト液腐食環境の 100-150 mL を加える(すなわち、塩化物、硫酸塩、酢酸の水と微量の量で汚染された積極的な EGB)分析サンプル (図 1) を吊り下げ用フック装備 250 mL 瓶の中。
  2. 紙やすり (1200 メッシュ) を使用し表面は均等に調整されるように流水の下で研磨、研削金属試料の表面を調整します。その後、徹底的に約 25 mL アセトン、エタノールの約 25 mL で試料表面を脱脂、自由にそれを乾燥またはを使用してパルプのティッシュ、および分析用天秤で小数点以下 4 桁の精度でサンプルの重量を量る。
    注: サンプル処理常に同じ方法で実行する必要があります、エラーによって測定をそれ以外の場合読み込むことができます。常に同じ粒の紙やすりを使用することが重要だし、使い捨て、すなわち、各サンプルとその測定用サンドペーパーのワンピースにサンドペーパーを使用する必要があります。表面を均等に調整する必要があります、それは傷、ピットなどの任意の表面の欠陥を含めることはできません。
  3. ハングアップした後表面処理金属サンプル瓶の中の液体に、ボトルの下に入らないように、図 1を参照してください。液体の蒸発と空気のエントリを防ぐためにボトルをしっかり閉じます。
  4. 液体/金属表面比は約 10 cm31 cm2最小テスト液体の量を選択します。
  5. 一定の間隔でボトルから金属サンプルを削除、約 25 mL のアセトンで洗い、歯髄組織を使用して、それを乾燥し、余分な腐食生成物の表面層を除去します。小数点以下 4 桁の精度で、分析的なバランスには、サンプルの重量を量る。計量後瓶に戻しながらサンプルを返します。
    注: サンプルの重量を量る取り外しとの間隔は、テスト中に試料表面の変化の視覚的評価に基づくテスト サンプルごとに個別に選択必要があります。集中的な表面変化が観察されると間隔が負担も少なく、長く (例えば、24 h 48 h) になることができますまたは表面変化が表示されていないとき、短い間隔 (例えば8 h 以内) を適用する必要があります。サンプル間の比較が必要な場合、テスト期間が同じでなければなりません。
  6. 金属試料の重量から所定の露出時間のサンプル表面に関連する実験の初めから減量分を計算します。金属液体系の定常状態の発生後 (時間の経過とともに重量損失の増加は観測されていない)、実験を終了します。
  7. (酸洗) 前にステップ 4に示す手順に従って腐食率を計算または手順 5 (表面の腐食生成物の酸洗) 後で。
    注: 製品詳細は、腐食防止剤の効率の評価に使用される表面の腐食の酸洗後得られた腐食速度は、代表の結果を参照してください。

液循環の動的腐食実験結果 2

  1. ストレージ装置部の 4 首フラスコにテスト液腐食環境の 500 mL を追加します。シリコン グリスとフラスコの地面のガラス ジョイント部を潤滑し、クーラー (i) が逆流、(ii) 温度計、(iii) ポンプに接続された吸引キャピラリー、(iv)図 2 によるとフラスコの首の強化部分に接続されているオーバーフローの修正.
  2. クリオスタットをオンにクーラーに接続されているし、-40 ° c. に温度を設定エタノールで閉鎖した冷却回路を入力します。
  3. 燃料測定セルの下部を介して予熱燃料をもたらす強化パーツの予熱スパイラルにポンプを接続するポンプにキャピラリーを使用します。ポンプをオンにし、必要な燃料の流量を設定 (500 mL × h-1)。強化パーツのサーモスタットをオンにし、目的の値 (40 ° C) 温度を設定します。
  4. ガラスの部分が燃料で満ちているし、燃料が経由で流れ始めるストレージ フラスコ、オープン測定セルの 2 つの部分で構成される地面のガラス ジョイントを介して接続されているし、洗練された地面をハングにオーバーフロー部分や汚れを落とします (サンプルの重量を量った適切なプロポーションを持つ板金) ハンガー。
    メモ: サンプル処理はステップ1.2 に示す手順に従って実行されます。
  5. 圧力調整器と流量計圧力容器と空気供給管に釉薬を接続し、流量計 (20 ~ 30 mL × min-1) の所望のガス流量を設定します。
  6. 一定の間隔でガラス部分から金属のサンプルを削除、手順 1.5で表示される指示に従ってください。
  7. 手順 1.61.7で表示される指示に従います。

3. 還流と静的浸漬腐食試験気体の存在下でクーラー

  1. ガラスのフラスコのテスト サンプルを (例えば、積極的な E100 燃料を含んでいるテスト エンジン オイル) 200-300 mL を追加します。
  2. クーラーのフックに地面、研磨、脱脂、重量を量られたサンプルをハングします。シリコン グリスとクーラーの地面のガラス ジョイントを潤滑し、フラスコにクーラーを修正します。
    メモ: サンプル処理はステップ1.2 に示す手順に従って実行されます。
  3. 圧力調整器と流量計圧力容器と空気供給管に釉薬を接続し、流量計所望のガス流量 (80 mL × min-1) を設定します。
  4. フラスコのサーモスタットの 80 ° c とクーラーに接続されているクライオスタットの-40 ° C に温度を設定します。
  5. (例えば、14 日間) の適切な期間後、装置から金属サンプルを削除、手順 1.5で表示される指示に従ってください。
  6. 手順 1.61.7で表示される指示に従います。

4. 重量損失から腐食速度の計算

  1. 手順 1-3で示される方法に従って得られる腐食損失、方程式 12によると腐食速度の値を算出します。
    Equation 1(1)
    Equation 2(2)
    n午後は g·m− 2·h− 1腐食率ρ g·cm−3における金属材料の密度である、 Δmは g の平均重量損失、 Sは金属の表面積m2、およびTの材料は、測定の金属プレートの除去にテストの開始からの時間 (時間単位) は。

5. 金属表面に腐食生成物の酸洗

  1. Chelaton III 5 分 50 ° c の 10 重量 % 溶液での鋼の腐食のサンプルを漬けます。その後、サンプルをソリューションから削除、流水下でブラシを使用してそれをきれいに、アセトン、乾燥ですすぎ、それの重量を量る。その後、サンプルを chelaton ソリューションに戻すし、一定の重量が得られるまで手順を繰り返します。
  2. 黄銅、青銅または 1 分 (溶存空気酸素を削除) するバブル窒素下で硫酸の 10 巻 % 溶液中における銅の腐食したサンプルを漬けます。その後、サンプルをソリューションから削除、流水下でブラシを使用してそれをきれいに、アセトン、乾燥ですすぎ、それの重量を量る。その後、酸溶液に戻るサンプルを入れ、一定の重量が得られるまで手順を繰り返します。

6 2 電極配置で電気化学測定

  1. 測定セルから電極システムを削除、それを外し、(計量) なしステップ 1.2に示す手順に従って電極の表面を調整、電極システムを再度完了します。
  2. 80 ml テスト液体腐食環境の測定セルを入力して電極システムを閉じます。セル全体を接地ファラデーケージの中に入れます。システムの 1 つの電極、参照電極として機能し、2 番目の電極が同時に作業と補助電極として機能に、galvanostat とポテンシオスタットを電極システムに接続します。
  3. 計測器ソフトウェアの開回路電位測定 (腐食開回路電位の安定化、OCP) と電気化学インピー ダンス分光法 (EIS) 測定を含むシーケンスを設定します。安定化は、潜在的な変更を最小限に抑えるため、少なくとも 30 分間実行します。
  4. 腐食環境 (燃料) の導電率によると十分に高振幅で EIS の測定を行います。
    注: より低い燃料の熱伝導率は、高い振幅値が必要です。燃料エタノールの以上 80 巻 %、5-10 mV の範囲の振幅値を選択します。燃料エタノール 10-80 巻 % の範囲で、10-50 mV の範囲の振幅値を選択します。燃料エタノールの未満 10 巻 %、50-80 mV の範囲の振幅値を選択します。
  5. スペクトルの低とも高周波部分を評価できるように十分な範囲 (1-5 mHz) の周波数におけるインピー ダンス測定を行います。
  6. 次の式に従って約 1.92 の比誘電率は、n-ヘプタンで測定、各電極のセル定数Ksを確認します。
    Equation 3(3)
    Cが n-ヘプタン-金属システムの平面電極の配置で測定したインピー ダンス スペクトルの高周波部分から得られる静電容量をεrは n-ヘプタンとε0の比誘電率は、真空の比誘電率。
  7. 燃料の誘電率εの計算、次の式によると抵抗Rの再計算の得られたセル定数を使用します。
    Equation 4(4)
    Equation 5(5)

7 3 電極配置の電気化学測定

  1. (計量) なしステップ 1.2に示す手順に従ってテスト済み金属材料から作用電極の測定部分を調整し、電極拡張子をねじ込みます。
  2. 100 ml テスト液体腐食環境の測定セルを記入して試験材質から作用電極と白金線から補助電極を導いた、キャップを閉じます。ワイヤー、すなわち、全体に均一に作用電極の補助電極をねじる。セルのサイド エントリーを通じてできるだけ作用電極の近くには、橋と参照電極を挿入します。
    注: 電極を互いに接触できません。
  3. 接地ファラデー セルにセルを挿入し、ケーブル システムを介して電極を galvanostat と適切なソフトウェアを搭載した電気化学測定装置に接続します。
  4. 中古計測機器のソフトウェアで十分に長い時間の期間 (少なくとも 60 分) (ii) の約 1-1 mHz (iii) polarizati 5-20 mV の振幅値の範囲で EIS (i)、OCP の測定を含む測定シーケンスを設定します。腐食電位に 200-500 mV の範囲で特性 (抗菌スキャン)。
  5. 船尾ギアリーの方程式によると電流密度j はコアーを計算します。
    Equation 6(6)
    Equation 7(7)
    場所jコアーは腐食電流密度とbk b抗菌定数、 Rpは EIS 観測から推定した分極抵抗。さらに、材料の重量損失から瞬時の腐食速度を計算します。とおり Faraday´s の法則から電流密度から物質の重量損失を決定します。
    Equation 8(8)
    Equation 9(9)
    mは g の物質の質量は現在tは時間;Aは比例定数の単位 kg · で物質の電気化学的に相当として指定C− 1;Fはファラデー定数 (9.6485 × 104 C·mol− 1);zは 1 つの分子を除外するために必要な電子の数。22

8. 腐食抑制剤の効率の計算

  1. 分極抵抗または腐食率の得られた値を使用して、次の式によると腐食防止剤の効率を計算します。
    Equation 10(10)
    または
    Equation 11(11)
    Efが % の腐食防止剤の効率化はRは私が材料の分極抵抗です。n のは、腐食抑制剤; を含む金属燃料システムの材料の腐食速度R0は分極抵抗;n0は、腐食抑制剤なし金属燃料システムの腐食速度です。

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Representative Results

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上記の方法を用いて軟鋼 (C の 0.16 重量 %、P の 0.032 重量 %、S と F のバランスの 0.028 重量 % から成る)22エタノール ガソリン混合物 (EGBs) の環境で 10 85 巻 % のエタノールを含む腐食データを測定 (E10 と E85)、それぞれ。1 mgkg、28.7 vol. % 芳香族炭化水素、オレフィンの 13.9 vol. % 飽和炭化水素の EN 228 含む 57.4 vol. % の要件を満たさずガソリンこれらの EGBs の準備のための硫黄の-1が使用されました。これらの燃料の積極性は、水と微量微量 (3 mgkg-1) 塩化物、硫酸塩 (3 mgkg-1)、酢酸 (50 mgkg-1) の添加による増資。E10 燃料にはエタノール水溶液および炭化水素段階に分離が発生していないので 0.5 巻割水が含まれています。E85 燃料は水の 6 巻 % によって汚染されていた。22テスト防錆剤には octadecylamin が含まれているし、燃料の阻害剤の濃度は 200 mgL-1。得られたデータは、 1に表示されます。

静的および動的なテストの経過は図 78に提示されます。重量の依存性を失うこれらの提示数値テスト金属サンプルの表面積に関連しています。これらの重量損失は、ステップ 4の手順説明によると腐食速度のコースを再計算できます。これを図 78に汚染された E85 燃料を示します。両方の数字から 1200 h と 340 h の時間帯がそれぞれ、静的および動的なテストの軽度鋼 E10 (E85) 燃料システムの安定化を達成するために十分なは明らかです。また、防錆剤の効率は、阻害剤が適用されたときに損失が認められた大幅により低い材料として両方の燃料で明らかです。阻害剤の効率は 1を参照してください、実験と chelaton を参照してくださいステップ 5.1III のソリューションのサンプル表面の酸洗の後を求めた。酸洗、表面の腐食生成物の除去では、腐食防止剤の効率の計算に重要な実際の材料の損失を取得出来ます。酸洗原因結果に記載されている実際の腐食速度の増加は 1に示した。これは、特に金属環境システムははるかに強調した、材料の抵抗が大幅に低下、腐食性環境の循環と動的テストの観察できます。テストの腐食環境条件によると、金属の腐食生成物の厚い層によって塗られる均等に、図 9を参照してください。

高粘度による動的実験による腐食環境のいくつかのサンプルをテストできません。このような試料 (例えばE100 燃で汚染されたエンジン オイル) 高温クーラー還流下で静的なテストによってテストすることができます、手順 3を参照してください。テーブル2軟鋼の腐食速度と 3.5 mg KOHg-の全酸価 (タン) と酸化したエンジン オイル (650 kPa、160 ° C で酸素雰囲気中で人工的に高齢者オイル) でテストされた真鍮の 2 つのサンプルの得られた結果を提示します。1 15 巻 % 共沸、積極的な E100 燃料 (6 巻割水を含むと汚染物質の微量、上記燃料の積極性を参照)。

今日では、電気化学インピー ダンス、偏波特性、腐食電位などの測定のような電気化学的方法は大きな可能性があるし、環境 (誘電率の特性についてだけではなくいずれかを知らせることができます。比抵抗) が、分極抵抗などの二重層容量電極特性についても。また、電気化学的方法非水溶液環境で測定のための大きい重要性があります。非水溶液環境の伝導率が低いため導電性塩が電極特性 (腐食データ) はまた測定することができるように、環境の伝導率を増加抵抗を減らすために適用できます。ただし、導電性塩が頻繁にただ腐食環境のプロパティを変更しないでくださいしかし、得られた腐食データなどの否定的な影響を持つことも、腐食性または抑制のプロパティを持つことができます。これらの効果は、変更されたジオメトリを持つ特別な細胞でこれらの塩なし測定を実行することによって避けることができる、電極間の距離が可能な限り小さく、手順 67を参照してください。

図 1011は、2 電極配置で測定したインピー ダンス スペクトルを示します。インピー ダンス スペクトルの形状は使用される環境 (燃料) の導電率に依存しています。環境の伝導率が低い (ガソリン、エタノールの最大 10 巻 % を含む EGBs) スペクトルのみ 1 つの半分-円 (高周波部分) で構成されています。この半円では、使用される環境をだけ (比抵抗、誘電率の計算のための高周波容量) を特徴付ける特性評価可能です。電極特性の特性の低周波部分は完全に欠落しています。環境の伝導度が十分に高いときスペクトルは比較的よく分離 2 つの半円を形成、図 11を参照してください両方の高周波と低部分で構成されます。再び、高周波の一部通知低周波容量ループは相インターフェイスと平行偏波性は電気二重層の応答に関連付けられているに対し、環境のプロパティの 1 つ、主な腐食量、瞬時の腐食速度を特徴付けます。スペクトルを図 11に示されている等価回路によると評価できます。平面電極配置における軟鋼の測定と評価の結果は、 1に掲載されています。

3 電極配置により、 1に示した偏波特性の測定 (すなわち、分極抵抗、腐食電位、腐食電流密度および抗菌定数、カソードのと抗菌分極曲線の陽極部分)。これらの特性は、船尾ギアリー方程式から瞬時の腐食率を計算手順 7.5を参照して使用できます。測定データは大幅の抵抗に強く依存している潜在的な損失 (iRドロップ) によって読み込まれると偏波特性の測定は困難、低伝導率の環境では特に、環境と作業及び参照電極の距離。この潜在的な損失の最小化、推定および分極の測定後の分極曲線の測定の前に実行されるインピー ダンス分光法に基づく偏波データまたはインピー ダンス分光法からの減算曲線。以前のインピー ダンス スペクトルから評価された分極抵抗の腐食速度とiRドロップの計算のための抵抗計算にとって重要です。図 12は、 iRドロップ補正の前後に阻害せず積極的な E85 燃料の環境で軟鋼の抗菌曲線を提示 (青と赤、それぞれ)。また、この図は、抗菌の係数を取得する使用される陰極と陽極の部分の線形領域を示しています。図 11はまた (より多くの負の値) をカソード電位に向かってよりシフト全体の曲線は低いアミン系の阻害を含む積極的な E85 燃料の環境で測定した軟鋼の抗菌曲線を比較します。軟鋼の低瞬時腐食率につながる電流密度。

Figure 1
図 1: 静的試験中に積極的な E85 燃料における軟鋼の露出この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください

Figure 2
図 2: 動的テストの実験フロー装置の方式: (1) 焼戻しシリコン風呂、フリット エア ・ サプライ (3) (10) (9) クライオスタット (8) クーラー、(7) のストレージ フラスコ ストレージ フラスコにスパイラル (4) 空気吸入口、(5) サンプル ハンガー、(6) のオーバーフローを予熱蠕動性ポンプ、(11) 温度計 適合 ref14の許可を得ています。著作権 2013.大学の化学技術プラハ環境技術部この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください

Figure 3
図 3: 建築材料の一定した温度で酸素の存在下でのオイルの腐食作用のテスト装置の方式。(1、2) 冷却、(3) 逆流、スパイラルのすり合わせとサンプル掛かる (4) 温度計、地面のガラス ジョイント含むサンプル、サーモスタット (6) を (5) フラスコ用フック クーラー (7) 釉薬ガス (空気) の供給、(8) 酸素供給、(9) とサンプルのチューブと、ハンガーします15 この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください

Figure 4
約 1 mm と約 0.810-3 cm-1のセル定数の電極までの距離と平面 2 電極配置の図 4: ジオメトリです 適合 ref10の許可を得ています。著作権 2009。大学の化学技術プラハ環境技術部この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください

Figure 5
図 5: 測定セルの電極の幾何学的配置: (a) 測定の接続セル ポテンショスタット、(b) 作用電極 (我々 は)、参照電極 (RE) カウンター (補助) 電極 (CE).この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください

Figure 6
図 6: 作用電極の構築: (1) 作業 (測定) の一部 (2) テフロン、テフロン シール テープ、ガラス管、(4) ナット電極をプルし、押すことによって両端に分離されたスレッドで電極の接続の拡張 (3)シールを作用電極にチューブこの図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください

Figure 7
図 7: 静的試験中に防錆剤添加前に汚染された E10 と E85 燃料における軟鋼の汚染された E85 燃料と腐食損失での鋼の腐食速度の時間進化この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください

Figure 8
図 8: 動的テスト中に防錆剤添加前に汚染された E10 と E85 燃料における軟鋼の汚染された E85 燃料と腐食損失での鋼の腐食速度の時間進化この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください

Figure 9
図 9: 軟鋼の表面が静電気 (a, B) と (C, D) の動的テスト中に積極的な E85 燃料 (B、D) の阻害剤と防錆剤 (C) なしの環境でテストしますこの図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください

Figure 10
図 10: 軟鋼の汚染された E10 燃料の露出と評価 (右上隅) に使用される等価回路の 30 分後に平面、2 電極配置単位インピー ダンス スペクトルR の燃料は、環境性とCPE燃料は環境の空間の静電容量。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください

Figure 11
図 11: インピー ダンス スペクトル単位軟鋼の汚染の E85 燃料の露出と等価回路 (右上隅) の評価に使用 30 分後に平面、2 電極配置でR の燃料は、環境性、 CPE燃料は環境の空間の静電容量、分極抵抗、 Rpは、 CPEdlは、倍の容量の損失レイヤー。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください

Figure 12
図 12: 3 電極配置で汚染された E85 燃料の環境における軟鋼の分極曲線測定しますこの図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください

メソッド パラメーター E10 + H2O の 0.5% E10 + 0, 5 H2O % + 阻害剤 E85 + H2O の 6% E85 + H2O + 阻害剤 6%
静的テスト (Mm × 年-1) を酸洗前に、の腐食速度 0.1 0, 03 9.5 1.2
(Mm × 年-1) を酸洗後の腐食速度 5.5 1, 3 17.9 3.4
阻害剤効率 (%) 76.3 80.7
動的テスト (Mm × 年-1) を酸洗前に、の腐食速度 1 0, 6 24.3 0.1
(Mm × 年-1) を酸洗後の腐食速度 13.5 4, 9 56.5 17.9
阻害剤効率 (%) 63.4 68.4
平面、2 電極配置の電気化学 抵抗 (kW × m) 6440 6180 2.83 2.79
誘電率 2.9 3, 0 21.8 21.5
分極抵抗 - - 287.5 851.3
cm (kW ×2)
電気二重層 (mF × cm-2) の容量 - - 20.4 8.1
阻害剤効率 (%) - 66.3
3 電極配置の電気化学 分極抵抗 (kW × cm2) - - 20.4 49.6
抗菌bk (mV) - - 132.5 105
抗菌b (mV) - - 3,251億 213.6
腐食電位 (mV) - - -109.5 -165.1
電流密度 (mA × cm-2) - - 2 0.6
瞬時の腐食速度 (mm × 年-1) - - 15.5 4.8
阻害剤効率 (%) - 69.2

テーブル1: 軟鋼と 5 つの異なるメソッドによって決定されます阻害剤の効率の腐食データ

材料 初期重量 (g) 重量 (g) を酸洗後 試料面積 (m2) 腐食率 (μ m × 年-1)
7.8025 7.8012 0.001 2.5
真鍮 1 11.8687 11.8619 0.0012 9.9
真鍮 2 10.5686 10.5645 0.002 3.6

テーブル2: 黄銅および積極的な E で汚染されたエンジン オイルの環境にさらされる鉄鋼試料 (酸洗) 後腐食速度100燃料 (15 vol. %) 内 14 クーラー還流下で静的テストの日

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Discussion

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動的テストと静的テストは両方ともの基本原理は、定常状態が達成されるまでの時間に応じて金属腐食環境 (燃料) システムの金属試料の重量損失の評価 (すなわち、さらに体重減少は発生しません)。腐食環境下における金属の腐食速度は、重量の損失と時間から計算されます。長期的な静的腐食試験 (ステップ 1) の利点は、得られた結果、シンプルさと低要件材料および機器装置の信頼性です。その一方で、腐食速度を評価する金属燃料システムの定常状態を達成するために多くの時間を必要に応じてに時間のかかる方法です。

静的テストと比較して提示動的テストの主な利点は、金属燃料システムの定常状態を達成するために測定時間の大幅な短縮です。装置は、動作し、テスト済みの材料と処理するは簡単ので、設計されています。酸化 (空気) または不活性 (窒素) 雰囲気でテストを実行できます。もう一つの利点は、異なったテスト条件 (温度、腐食環境と気体のメディアの流量) で金属燃料システムをテストする可能性です。また、装置は燃料の高齢化、燃料品質や金属・非金属材料に及ぼす燃料テストのテストの予測できます。金属・環境は、静的と比較してテストより大幅にもっと過酷な条件でテストされます。メソッドの主な欠点は、材料、機器装置およびエネルギー消費の高い要求です。

逆流クーラー (ステップ 3) で静的テストは粘性液体の環境で材料の試験、(例えば、エンジン オイルの賞味期限の有効期限後またはバイオ燃料による汚染) 高温と酸化または不活性雰囲気の存在。欠点は、動的テストのためのそれらと同様。

示された電気化学的方法は、腐食電位、瞬時の腐食速度、金属界面で発生するプロセスの時間経過と腐食の伝送特性について 1 つを知らせることができます。誘電率および耐環境性 (導電率) などの環境。これらのメソッドは比較的単純な高速、信頼性と再現性のある結果を与えます。その一方で、彼らは装設備 (電気化学測定装置、galvanostat) 非水溶液環境で測定できる高い要求があります。

提示 2 電極電気化学システム (ステップ 6) は非常にシンプルで簡単に脱着、研削、測定前に研磨して電極表面とその治療の簡単なコントロールが可能します。他の利点は、両方の電極も可能大規模な表面腐食密度とも不可能なようにより少なく伝導性環境においても測定を実行する両方の電極間の小距離の広がり基本電解質なしのガソリン。システム設計は、長い露光時間22,23後汚染や酸化の E10 燃料も金属材料の瞬時の腐食速度の評価のための電極物性の測定できます。4.7 MΩ·m の抵抗率と比誘電率 2.6922,23の燃料の 2 電極配置で EIS を使用した腐食データ測定の主な制限要因があることがわかった。

提示された 3 電極電気化学システム (ステップ 7) では、2 電極システムでは測定できない偏波特性を測定可能です。適切なセル形状のためエタノール22,23巻 40% を含む汚染されていない EGBs などより少なく伝導性、非水溶液環境の偏波特性を測定することが可能です。

お互いに提示されたメソッドから取得したデータを比較するために各メソッドの同じ金属の表面積対液体 (燃料) の比率を保つために必要です。されていない場合は、私たち以前の出版物22,23, 静的な電気化学的方法の結果の傾向が異なるが (をテストに記載されている個々 のメソッドによって得られた結果の動向だけを相互に比較することができます。(水分量、酸性物質、過酸化物、) の酸化の程度、汚染燃料のエタノール含有量に応じて金属サンプル領域および腐食性環境の比が異なる) が比較されます。

提示されたメソッドは、金属試料の処理に注意を払う必要です。サンプル処理は、常に同じ方法で実行する必要がある、測定をそれ以外の場合エラーで読み込むことができます。常に同じ粒の紙やすりを使用することが重要だし、使い捨て、すなわち、各サンプルとその測定用サンドペーパーのワンピースにサンドペーパーを使用する必要があります。表面を均等に調整する必要があります、それは傷、ピットなどの任意の表面の欠陥を含めることはできません。

電気化学的方法は、電極、3 電極の配置で作用電極による特にオーバーフローに対して注意を払うことが重要です。作用電極の電極部の作業とポテンシオスタットの添付添付ファイル間の接触に注意を払うことが重要またです。電極は、お互いに触れないでください。参照電極の橋が作用電極にできるだけ近いことが望ましいです。それらの間の電流密度は均等に分散されるように均等に作用電極の周りの補助電極を配置することをお勧めします。

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Disclosures

著者が明らかに何もありません。

Acknowledgments

省の教育・青少年・ スポーツ、チェコ共和国、運用によって提供される研究組織 (会社登録番号 CZ60461373) の長期的な概念的な開発機関のサポートから資金が供給されたこの研究プラハ - 競争力 (CZ.2.16/3.1.00/24501) と「持続可能性の国民プログラム」をプログラム (当社私 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)

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金属の腐食と腐食抑制剤より少なく伝導性媒体の効率
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Matějovský, L., Macák, J., Pleyer, O., Staš, M. Metal Corrosion and the Efficiency of Corrosion Inhibitors in Less Conductive Media. J. Vis. Exp. (141), e57757, doi:10.3791/57757 (2018).More

Matějovský, L., Macák, J., Pleyer, O., Staš, M. Metal Corrosion and the Efficiency of Corrosion Inhibitors in Less Conductive Media. J. Vis. Exp. (141), e57757, doi:10.3791/57757 (2018).

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