La Corrosion des métaux et l’efficacité des inhibiteurs de Corrosion dans les milieux moins conductrice
Summary
L’essai de procédés liés à la corrosion des matériaux peut être souvent difficile, notamment dans les milieux non aqueux. Nous présentons ici les différentes méthodes d’essai de court terme et à long terme du comportement à la corrosion des milieux non aqueux tels que les biocarburants, en particulier ceux contenant du bioéthanol.
Abstract
La corrosion des matériaux peut être un facteur limitant pour différents matériaux dans de nombreuses applications. Ainsi, il est nécessaire de mieux comprendre les processus de corrosion, les prévenir et minimiser les dégâts qui leur sont associés. Une des caractéristiques plus importantes du processus de corrosion est le taux de corrosion. La mesure du taux de corrosion est souvent très difficile voire impossible surtout dans des environnements moins conductrices, non aqueux, comme les biocarburants. Ici, nous présentons cinq méthodes pour la détermination du taux de corrosion et de l’efficacité de la protection contre la corrosion en biocarburants : (i) un essai statique, (ii) un essai dynamique, (iii) un essai statique avec un reflux refroidisseur et électrochimiques des mesures (iv) en une arrangement de deux électrodes et (v) dans un arrangement de trois électrodes. L’essai statique est avantageuse en raison de ses faibles exigences sur le matériel et l’équipement instrumental. L’essai dynamique permet l’analyse des taux de corrosion des matériaux métalliques à des conditions plus sévères. L’essai statique avec un reflux refroidisseur permet à l’essai dans les environnements présentant une viscosité plus élevée (par exemple, les huiles de moteur) à des températures plus élevées en présence d’oxydation ou une atmosphère inerte. Les mesures électrochimiques fournissent une vue plus complète sur le processus de corrosion. Les géométries de cellule présentée et les arrangements (les systèmes de deux électrodes et trois électrodes) permettent d’effectuer des mesures dans des environnements de biocarburants sans base électrolytes qui pourraient avoir un impact négatif sur les résultats et de les charger avec Erreurs de mesure. Les méthodes présentées permettent d’étudier l’agressivité de la corrosion de l’environnement, la résistance à la corrosion des matériaux métalliques et l’efficacité des inhibiteurs de corrosion avec des résultats représentatifs et reproductibles. Les résultats obtenus à l’aide de ces méthodes peuvent aider à comprendre le processus de corrosion plus en détail afin de minimiser les dommages causés par la corrosion.
Introduction
La corrosion provoque de grands dégâts matériels et économiques partout dans le monde. Elle provoque des pertes matérielles considérables en raison de la désintégration matérielle partielle ou complète. Les particules libérées peuvent être comprises comme impuretés ; négativement, ils peuvent changer la composition du milieu environnant ou la fonctionnalité des dispositifs différents. Aussi, la corrosion peut causer changement visuel négatif des matériaux. Ainsi, il est nécessaire de comprendre les processus de corrosion plus en détail pour élaborer des mesures pour prévenir la corrosion et réduire son potentiel de risques1.
Compte tenu des enjeux environnementaux et les réserves limitées de combustibles fossiles, il y a un intérêt croissant pour les carburants alternatifs, parmi lesquels les biocarburants à partir de sources renouvelables jouent un rôle important. Il y a un certain nombre de différents biocarburants potentiellement disponibles, mais le bioéthanol produit à partir de biomasse actuellement est l’alternative la plus appropriée pour les essences par substitution (ou fusion avec). L’utilisation du bioéthanol est régie par la Directive 2009/28/ce dans l’Union européenne2,3.
Éthanol (bioéthanol) a des propriétés sensiblement différentes par rapport aux essences. C’est très polaire, conducteur, complètement miscible avec l’eau, etc. ces propriétés font de l’éthanol (et carburant mélange éthanol contenant également) agressif en ce qui concerne la corrosion4. Pour les carburants avec une teneur en éthanol faible, contamination par petites quantités d’eau peut causer la séparation de la phase eau-éthanol dès la phase d’hydrocarbures, et cela peut être très corrosif. L’éthanol anhydre lui-même peut être agressif pour certains des métaux moins nobles et causer la corrosion « à sec »5. Avec les voitures existantes, la corrosion peut se produire dans certaines parties métalliques (surtout à partir de cuivre, laiton, aluminium ou acier au carbone) qui entrent en contact avec le carburant. En outre, les polaires contaminants (en particulier les chlorures) peuvent contribuer à la corrosion comme une source de contamination ; réactions de solubilité et de l’oxydation de l’oxygène (qui peuvent se produire dans des mélanges éthanol-essence (EGBs) et être une source de substances acides) peuvent également jouer un rôle important6,7.
Une des possibilités sur la façon de protéger les métaux contre la corrosion est l’utilisation d’inhibiteurs de corrosion dite qui font qu’il est possible de ralentir sensiblement (inhiber) la corrosion traite8. La sélection d’inhibiteurs de corrosion dépend du type d’environnement corrosif, la présence de stimulateurs de la corrosion et notamment sur le mécanisme d’un inhibiteur de la donnée. Actuellement, il n’y a aucune base de données polyvalent ou classification disponible qui permettrait une orientation simple en inhibiteurs de corrosion.
Environnements de corrosion se divisent en solutions aqueuses ou non aqueuses, comme l’intensité et la nature des processus de corrosion dans ces environnements diffèrent sensiblement. Pour les milieux non aqueux, corrosion électrochimique liée à différentes réactions chimiques est typique, tandis que seulement une corrosion électrochimique (sans autres réactions chimiques) se produit dans un environnement aqueux. De plus, la corrosion électrochimique est beaucoup plus intense dans un environnement aqueux,9.
Dans des environnements non aqueuses, liquides organiques, les processus de corrosion dépendent du degré de la polarité des composés organiques. C’est associé à la substitution de l’hydrogène dans certains groupes fonctionnels de métaux, qui est lié à la modification des caractéristiques des processus de corrosion d’électrochimique au produit chimique, pour lesquels des taux plus faibles de la corrosion sont typiques dans comparaison avec les procédés électrochimiques. Les milieux non aqueux ont généralement de faibles valeurs de conductivité électrique9. Pour augmenter la conductivité dans les milieux organiques, il est possible d’ajouter ce qu’on appelle des électrolytes comme tétraalkylammonium tetrafluoroborates ou perchlorates. Malheureusement, ces substances peuvent ont des propriétés inhibiteur ou, au contraire, augmenter les taux de corrosion10.
Il existe plusieurs méthodes pour à court et à long terme, essais de corrosion tarifs des matériaux métalliques ou l’efficacité des inhibiteurs de corrosion, c’est-à-dire avec ou sans environnement circulation, c’est-à-dire, la corrosion statique et dynamique test, respectivement 11 , 12 , 13 , 14 , 15. pour les deux méthodes, le calcul des taux de corrosion des matériaux métalliques est basé sur des pertes de poids des matériaux testés sur une certaine période de temps. Récemment, les méthodes électrochimiques deviennent plus importantes dans les études de corrosion en raison de leur rendement élevé et un temps court. En outre, ils peuvent souvent fournir plus d’informations et une vision plus globale sur les processus de corrosion. Méthodes les plus couramment utilisées sont la spectroscopie d’impédance électrochimique (SIE), polarisation potentiodynamiques et la mesure de la stabilisation de la corrosion potentielle dans le temps (dans un plan, deux électrodes ou dans un arrangement de trois électrodes)16 ,17,18,19,20,21,22,23.
Ici, nous présentons cinq méthodes pour le court terme et à long terme stable de l’agressivité de la corrosion de l’environnement, la résistance à la corrosion des matériaux métalliques et l’efficacité des inhibiteurs de corrosion. Toutes les méthodes sont optimisés pour des mesures dans des milieux non aqueux et sont manifestent sur EGBs. Les méthodes permettent d’obtenir des résultats représentatifs et reproductibles, ce qui peuvent aider à comprendre le processus de corrosion plus en détail pour prévenir et minimiser les dommages de corrosion.
Pour l’essai de corrosion statique d’immersion dans les systèmes de métal liquide, essais de corrosion statique en métal / systèmes liquides peut être réalisée dans un simple appareil composé d’une bouteille de 250 mL équipée d’un crochet pour suspendre un échantillon analysé, voir la Figure 1.
Pour l’essai de corrosion dynamique avec circulation de liquide, les inhibiteurs de la corrosion des métaux ou l’agressivité des liquides (carburants) peut être testée dans un appareil de flux avec la circulation du milieu liquide présenté dans la Figure 2. L’appareil à flux se compose d’une partie trempée et un réservoir de liquide testé. Dans la partie tempérée, le liquide testé est en contact avec un échantillon métallique en présence d’oxygène de l’air ou dans une atmosphère inerte. L’alimentation en gaz (air) est assurée par une fritte avec le tube pour atteindre le fond du flacon. Le réservoir du liquide testé contenant environ 400-500 mL de liquide testé est connecté avec un refroidisseur de reflux qui permet le branchement de l’appareil avec l’atmosphère. Dans la glacière, la partie évaporée du liquide est congelée à-40 ° C. La pompe péristaltique permet le pompage du liquide à un taux convenable d’environ 0,5 Lh–1 via un circuit fermé chimiquement stable et inerte matériaux (p. ex., téflon, Viton, Tygon) de la partie stockage dans la partie tempérée, de laquelle le liquide renvoie par l’intermédiaire du dépassement de capacité dans la partie stockage.
Pour l’essai de corrosion statique d’immersion avec un reflux refroidisseur en présence d’inhibiteurs de corrosion moyenne, gazeux, la résistance des matériaux métalliques ou l’agressivité du milieu liquide peut être testée dans l’appareil, présenté à la Figure 3. L’appareil comporte deux parties. La première partie se compose d’un ballon à col deux, trempé 500 mL avec un thermomètre. Le flacon contient une quantité suffisante d’un milieu liquide. La deuxième partie se compose de (i) un reflux plus frais avec un verre de terrain commun pour atteindre un lien étroit avec le ballon, (ii) un cintre pour placer les échantillons métalliques et (iii) une fritte avec un tube d’alimentation en gaz (air) pour atteindre le fond du flacon. L’appareil est connecté à l’atmosphère par l’intermédiaire de la glacière qui évite l’évaporation de liquide.
Les appareils pour les mesures électrochimiques dans l’arrangement des deux électrodes est présenté dans la Figure 4. Les électrodes sont fabriqués à partir de feuilles de métal (3 x 4 cm, de l’acier doux), qui sont entièrement noyés dans la résine époxyde sur un côté pour les protéger de l’environnement corrosif. Les deux électrodes sont vissés à la matrice de sorte que la distance entre eux est d’environ 1 mm22.
Les mesures électrochimiques à l’arrangement de trois électrodes se composent de travail, de référence et d’électrodes auxiliaires, placés dans la cellule de mesure afin qu’une petite distance entre les électrodes est assurée ; Voir la Figure 5. Comme électrode de référence, au calomel ou chlorure d’argent électrodes avec un pont salin contenant (i) une solution de13 molL–de nitrate de potassium (KNO3) ou (ii) une solution de11 molL–de chlorure de lithium (LiCl) dans l’éthanol peut être utilisé. Un fil de platine, maille ou une plaque peut servir l’électrode auxiliaire. L’électrode de travail est composé de (i) une partie de mesure (le matériel testé avec un filetage de la vis) et (ii) un attachement vis isolée de l’environnement de la corrosion, voir la Figure 6. L’électrode doit être suffisamment isolé par un joint anti-dépassement de capacité.
Protocol
Representative Results
Discussion
Le principe de base de l’essai dynamique et les deux essais statiques est l’évaluation des pertes de poids des échantillons métalliques dans les systèmes d’environnement métal-corrosion (carburant) selon l’heure jusqu’à ce que l’état d’équilibre est atteint (c.-à-d., aucune perte de poids supplémentaire se produit). Le taux de corrosion du métal dans l’environnement de la corrosion est calculé à partir de la perte de poids et l’heure. L’avantage du test statique de la corrosion à …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Cette recherche a été financée de l’appui institutionnel pour le développement conceptuel à long terme de l’organisation de la recherche (numéro d’immatriculation CZ60461373) fourni par le ministère de l’éducation, jeunesse et des Sports, la République tchèque, l’exploitation Prague – compétitivité (CZ.2.16/3.1.00/24501) et « Programme National de développement durable » du programme (NPU j’ai 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
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