Summary
Die Prüfung der Prozesse im Zusammenhang mit materiellen Korrosion kann oft schwierig, vor allem in nichtwässrigen Umgebungen. Hier präsentieren wir Ihnen verschiedene Methoden zur kurz- und langfristigen Prüfung des Korrosionsverhalten nichtwässrigen Umgebungen wie Biokraftstoffe, vor allem diejenigen, die mit Bioethanol.
Abstract
Materiellen Korrosion kann ein limitierender Faktor für verschiedene Werkstoffe in vielen Anwendungen. So ist es notwendig, besser Korrosionsvorgänge verstehen, verhindern, dass sie und die mit ihnen verbundenen Schäden zu minimieren. Eines der wichtigsten Merkmale von Korrosionsprozessen ist die Korrosionsrate. Die Messung der Korrosionsraten ist oft sehr schwierig oder sogar unmöglich, vor allem in weniger leitfähigen, nichtwässrigen Umgebungen wie Biokraftstoffe. Hier stellen wir fünf verschiedene Methoden zur Bestimmung der Korrosionsraten und die Effizienz des Korrosionsschutzes in Biokraftstoffe: (i) einen statischen Test, (Ii) ein dynamischer Test, (Iii) einen statischen Test mit einem Reflux Kühler und elektrochemische Messungen (iv) in einer zwei-Elektroden-Anordnung und (V) in einer drei-Elektroden-Anordnung. Die statische Prüfung ist vorteilhaft wegen seiner niedrigen Anforderungen an Material und instrumentaler Ausrüstung. Der dynamische Test ermöglicht die Prüfung der Korrosionsraten metallischer Werkstoffe bei erschwerten Bedingungen. Die statische Prüfung mit einem Reflux Kühler kann für die Prüfung in Umgebungen mit höherer Viskosität (z.B. Motoröle) bei höheren Temperaturen in Gegenwart von Oxidation oder inerter Atmosphäre. Die elektrochemischen Messungen liefern einen umfassenderen Blick auf Korrosionsvorgänge. Die vorgestellten Zelle Geometrien und Arrangements (zwei-Elektroden und drei-Elektroden-Systeme) machen es möglich, zur Durchführung von Messungen in Biokraftstoff-Umgebungen ohne base Elektrolyte, die haben eines negativen Einfluss auf die Ergebnisse und laden Sie sie mit Messfehler. Die vorgestellten Methoden ermöglichen es, die Korrosion Aggressivität von einer Umgebung, die Korrosionsbeständigkeit metallischer Werkstoffe und die Effizienz von Korrosionsinhibitoren mit repräsentativen und reproduzierbare Ergebnisse zu studieren. Die erzielten Ergebnisse mit diesen Methoden können helfen, um Korrosionsvorgänge genauer um die Schäden durch Korrosion zu minimieren zu verstehen.
Introduction
Korrosion verursacht große materielle und wirtschaftliche Schäden auf der ganzen Welt. Es verursacht erhebliche materielle Verluste durch teilweise oder vollständige materielle Zerfall. Die freigesetzten Teilchen versteht sich als Verunreinigungen; Sie können sich negativ auf die Zusammensetzung der Umgebung oder die Funktionalität der verschiedenen Geräte ändern. Darüber hinaus kann Korrosion verursachen negative optische Veränderungen der Materialien. Deshalb müssen verstehen Korrosionsvorgänge ausführlicher, Massnahmen zur Verhinderung von Korrosion und minimieren Sie ihre potenziellen Risiken1zu entwickeln.
In Anbetracht Umweltthemen und die begrenzten fossilen Energiereserven ist ein zunehmendes Interesse an alternativen Kraftstoffen, unter denen Biokraftstoffe aus erneuerbaren Quellen eine wichtige Rolle spielen. Es gibt eine Reihe verschiedener potenziell verfügbaren Biokraftstoffe jedoch Bioethanol aus Biomasse produziert derzeit ist die am besten geeignete Alternative für Benzin ersetzen (oder mischen mit). Die Nutzung von Bioethanol wird durch die Richtlinie 2009/28/EG in der Europäischen Union2,3geregelt.
Ethanol (Bioethanol) hat deutlich andere Eigenschaften im Vergleich zu Benzin. Es ist stark polaren, leitfähige, vollständig mischbar mit Wasser, etc. machen diese Eigenschaften Ethanol (und Kraftstoff vermischt mit Ethanol auch) in Bezug auf Korrosion4aggressiv. Für Kraftstoffe mit geringen Ethanol-Anteil kann Kontamination durch kleine Mengen von Wasser kann aus der Kohlenwasserstoff-Phase Trennung von der Wasser-Ethanol-Phase führen und das hochkorrosiv. Wasserfreiem Ethanol selbst kann für einige weniger Edelmetalle aggressiv und verursachen "trockene Korrosion"5. Bei vorhandenen Autos kann Korrosion in einigen metallischen Teilen (vor allem aus Kupfer, Messing, Aluminium oder Stahl) auftreten, die den Kraftstoff in Berührung. Darüber hinaus können polare Verunreinigungen (insbesondere Chloride) zur Korrosion als Quelle der Verunreinigung beitragen; Sauerstoff Löslichkeit und Oxidation Reaktionen (das können auftreten, in Ethanol-Benzin-Mischungen (EGBs) und eine Quelle von säurehaltigen Substanzen) können auch spielen eine wichtige Rolle6,7.
Eine der Möglichkeiten wie man Metalle vor Korrosion zu schützen ist die Verwendung von sogenannten Korrosionsinhibitoren, die es ermöglichen, erheblich verlangsamen (hemmen) Korrosion Prozesse8. Die Wahl von Korrosionsinhibitoren hängt von der Art der korrosiven Umgebungen, die Anwesenheit von Korrosion Stimulatoren und insbesondere über den Mechanismus des gegebenen Inhibitor. Derzeit gibt es keine vielseitige Datenbank oder Klassifikation zur Verfügung, die einfache Orientierung im Korrosionsinhibitoren ermöglichen würde.
Korrosion-Umgebungen können unterteilt werden in wässrigen oder wässrig, wie die Intensität und der Art der Korrosionsvorgänge in diesen Umgebungen erheblich unterscheiden. Für nichtwässrigen Umgebungen ist elektrochemische Korrosion verbunden mit verschiedenen chemischen Reaktionen typisch, während nur elektrochemische Korrosion (ohne andere chemischen Reaktionen) in wässrigen Umgebungen auftritt. Elektrochemische Korrosion ist übrigens viel intensiver in wässrigen Umgebungen9.
In nichtwässrigen, flüssigen organischen Umgebungen hängt Korrosionsvorgänge vom Grad der Polarität der organischen Verbindungen. Dies ist verbunden mit dem Ersatz von Wasserstoff in einigen funktionellen Gruppen durch Metalle, verbunden mit der Änderung der Eigenschaften der Korrosionsvorgänge von elektrochemischen gegenüber chemischen, ist für die geringere Korrosionsraten typisch in Vergleich mit elektrochemischen Prozesse. Nicht-wässrige Umgebungen verfügen in der Regel niedrige Werte der elektrischen Leitfähigkeit9. Zur Erhöhung der Leitfähigkeit in Bio-Umgebungen ist es möglich, hinzuzufügen, so genannte unterstützende Elektrolyte wie Tetraalkylammonium Tetrafluoroborates oder Perchlorate. Leider können diese Stoffe hemmende Eigenschaften haben, oder, im Gegenteil, erhöhen Korrosion Rate10.
Es gibt mehrere Methoden für kurz- und langfristige Prüfung der Korrosion, die Preise von metallischen Werkstoffen oder die Effizienz von Korrosionsinhibitoren, nämlich mit oder ohne Umwelt Verkehr, d. h., statische und dynamische Korrosion bzw. testen 11 , 12 , 13 , 14 , 15. für beide Methoden basiert die Berechnung der Korrosionsraten von metallischen Werkstoffen auf Gewichtsverluste der getesteten Materialien über einen bestimmten Zeitraum. Vor kurzem, elektrochemische Methoden werden immer wichtiger in Korrosion Studien aufgrund ihrer hohen Effizienz und kurze Messzeiten. Darüber hinaus können sie weitere Informationen und einen umfassenderen Blick auf Korrosionsvorgänge oft bieten. Die am häufigsten verwendeten Methoden sind elektrochemische Impedanz Spektroskopie (EIS), potentiodynamischer-Polarisation und die Messung über die Stabilisierung der Korrosionspotenzial rechtzeitig (in eine planare, zwei-Elektroden oder in einer drei Elektrodenanordnung)16 ,17,18,19,20,21,22,23.
Hier präsentieren wir Ihnen fünf Methoden für das kurz- und langfristige Tests der Korrosion Aggressivität der Umgebung, die Korrosionsbeständigkeit metallischer Werkstoffe und die Effizienz von Korrosionsinhibitoren. Alle Methoden sind für Messungen in nichtwässrigen Umgebungen optimiert und sind auf EGBs demonstriert. Die Methoden können für den Erhalt der repräsentativen und reproduzierbare Ergebnisse, die helfen können, um Korrosionsprozesse genauer zu verhindern und zu minimieren Korrosionsschäden zu verstehen.
Für die statische eintauchen Korrosionstest in Metall-flüssig-Systemen statischen Korrosionstests in Metall-Liquid-Systeme können in einem einfachen Apparat, bestehend aus einem 250 mL-Flasche, ausgestattet mit einem Haken zum Aufhängen einer analysierten Probe durchgeführt werden, siehe Abbildung 1.
Für die dynamischen Korrosionstest mit Zirkulation der Flüssigkeit kann in einem Fluss-Apparat mit der Auflage des flüssigen Mediums in Abbildung 2dargestellt Metall Korrosionsinhibitoren oder die Aggressivität von Flüssigkeiten (Brennstoffe) getestet werden. Der Fluss Apparatur besteht aus einem temperierten und ein Reservoir der getesteten Flüssigkeit. Im temperierten Teil ist die getestete Flüssigkeit in Kontakt mit einer metallischen Probe in Gegenwart von Luftsauerstoff oder in inerter Atmosphäre. Die Gasversorgung (Luft) wird durch eine Fritte mit der u-Bahn erreichen die Unterseite des Kolbens gewährleistet. Das Reservoir der getesteten Flüssigkeit mit ca. 400-500 mL der getesteten Flüssigkeit ist mit einem Reflux Kühler verbunden, die für die Verbindung des Geräts mit der Atmosphäre ermöglicht. In den kühleren wird der verdampfte Teil der Flüssigkeit bei-40 ° c eingefroren. Die peristaltische Pumpe ermöglicht für das Pumpen der Flüssigkeit mit einer geeigneten Geschwindigkeit von etwa 0,5 Lh–1 über einen geschlossenen Kreislauf aus chemisch stabil und inerte Materialien (z.B.Teflon, Viton, Tygon) aus dem Speicherteil in den temperierten Teil von die Flüssigkeit über den Überlauf in den Speicherteil zurückgibt.
Für die statische eintauchen Korrosionsprüfung mit einem Reflux Kühler im Beisein von gasförmigen Medium, Korrosionsinhibitoren kann den Widerstand metallischer Werkstoffe oder die Aggressivität einer flüssigen Umgebung in der Vorrichtung, die in Abbildung 3dargestellten getestet werden. Das Gerät besteht aus zwei Teilen. Der erste Teil besteht aus einer zwei-necked, gehärtetem 500 mL-Flasche mit einem Thermometer. Die Flasche enthält eine ausreichende Menge an einer flüssigen Umgebung. Der zweite Teil besteht aus (i) ein Rückfluß Kühler mit einer Mattscheibe gemeinsame, eine enge Verbindung mit der Flasche, (Ii) ein Aufhänger für die Platzierung der metallischen Proben und (Iii) eine Fritte mit einem Schlauch für die Gasversorgung (Luft) erreichen die Unterseite des Kolbens zu erreichen. Das Gerät ist in die Atmosphäre über dem Kühler verbunden, die flüssigen Verdampfung verhindert.
Der Apparat für die elektrochemischen Messungen in der zwei-Elektroden-Anordnung ist in Abbildung 4dargestellt. Die Elektroden bestehen aus Blech (3 x 4 cm, aus Baustahl), die vollständig in Epoxid-Harz auf der einen Seite zum Schutz vor korrosiven Umgebung eingebettet sind. Beide Elektroden werden mit der Matrix verschraubt, so dass der Abstand zwischen ihnen ca. 1 mm22 beträgt.
Die elektrochemischen Messungen in der drei-Elektroden-Anordnung bestehen aus arbeiten, Referenz und zusätzliche Elektroden in der Messzelle, so dass ein kleiner Abstand zwischen den Elektroden gewährleistet ist; siehe Abbildung 5. Als Bezugselektrode, Kalomel oder Argent-Chlorid Elektroden mit einer Salzbrücke, die entweder (i) eine 3 MolL–-1-Lösung von Kaliumnitrat (KNO3) oder (Ii) eine 1 MolL–-1-Lösung von Lithiumchlorid (LiCl) in Ethanol kann verwendet werden. Ein Platindraht, Netz oder Platte kann als die Hilfselektrode verwendet werden. Die Arbeitselektrode besteht aus (i) einem Messteil (geprüfte Material mit einem Gewinde) und (Ii) eine Verschraubung von der Korrosion Umgebung isoliert, siehe Abbildung 6. Die Elektrode muss durch eine Anti-Unterlauf Siegel ausreichend isoliert werden.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
(1) die statische Immersion Korrosionstest in Metall-flüssig-Systemen
- 100 – 150 mL der bewährte flüssige Korrosion Umwelt für die Prüfung der Beständigkeit von metallischen Werkstoffen oder die Effizienz von Korrosionsinhibitoren hinzufügen (d. h., aggressive EGB kontaminiert mit Wasser und Spur Mengen von Chloriden, Sulfaten und Essigsäure) in eine 250 mL Flasche, ausgestattet mit einem Haken zum Aufhängen einer analysierten Probe (Abbildung 1).
- Passen Sie die Oberfläche der metallischen Proben durch Schleifen mit Schleifpapier (1200-Netz) und Polieren unter fließendem Wasser, damit die Oberfläche gleichmäßig angepasst ist. Dann Entfetten der Probenoberfläche gründlich mit ca. 25 mL Aceton und etwa 25 mL Ethanol, trocknen Sie es frei oder mit Zellstoff Gewebe, und Wägen Sie die Probe auf einer Analysenwaage mit einer Genauigkeit von vier Dezimalstellen.
Hinweis: Die Probenbehandlung muss immer auf die gleiche Weise durchgeführt werden, sonst können Messungen durch einen Fehler geladen werden. Es ist wichtig, immer Schleifpapier mit der gleichen Körnung verwenden und der verwendeten Sandpapers müssen Einweg, d. h., ein Stück Schleifpapier für jede Probe und Messung. Die Oberfläche muss gleichmäßig eingestellt werden, es kann nicht enthalten alle Oberflächenfehler wie z. B. Kratzer, Gruben, etc. - Nach der Oberflächenbehandlung, hängen die metallische Probe in die Flüssigkeit in der Flasche, so dass es nicht an der Unterseite der Flasche liegt, siehe Abbildung 1. Verschließen Sie die Flasche fest genug, um Flüssigkeit verdampfen und Luft eindringen zu verhindern.
- Wählen Sie das Volume der getesteten Flüssigkeit, so dass das Flüssigmetall/Oberflächen-Verhältnis etwa 10 cm31 cm2 minimal ist.
- In regelmäßigen Abständen entfernen Sie die metallische Probe aus der Flasche zu, spülen Sie ihn mit etwa 25 mL Aceton und verwenden Sie Pulpagewebe zu trocknen und entfernen die Oberflächenschicht des überschüssigen Korrosionsprodukte zu. Dann Wägen Sie die Probe auf einer Analysenwaage mit einer Genauigkeit von vier Dezimalstellen. Nach dem wiegen, Rückkehr der Probenmaterials zurück in die Flasche.
Hinweis: Die Intervalle für das entfernen und die Proben sollte für jede Probe eine visuelle Beurteilung der Veränderungen in der Oberfläche der Probe während des Tests anhand individuell gewählt werden. Kürzere Intervalle (z.B.8 h oder weniger) sollte angewendet werden, wenn intensive Oberflächenveränderungen eingehalten werden und die Intervalle länger (z.B.24 h, 48 h) als weniger intensiv werden können oder keine Oberflächenveränderungen sichtbar sind. Beim Vergleich zwischen den beiden Stichproben erforderlich ist, muss die Dauer der Prüfung übereinstimmen. - Berechnen Sie aus dem Gewicht der metallischen Probe die Gewichtsabnahme von der Beginn des Experiments im Zusammenhang mit der Oberfläche der Probe für die bestimmten Belichtungszeit. Nach Auftreten der Steady-State in der Metall-Liquid-System (keine Zunahme der Gewichtsverlust im Laufe der Zeit beobachtet worden), das Experiment zu beenden.
- Berechnen Sie die Korrosionsrate nach dem Verfahren in Schritt 4 (vor dem Beizen) präsentiert oder in Schritt 5 (nach dem Beizen der Oberflächenkorrosion Produkte).
Hinweis: Korrosionsraten erhalten nach dem Beizen von Oberflächenkorrosion verwendeten Produkte sind für die Bewertung der Effizienz von Korrosionsinhibitoren für weitere Details siehe Vertreter Ergebnisse.
(2) die dynamischen Korrosionstest mit Zirkulation der Flüssigkeit
- 500 mL der bewährte flüssige Korrosion Umwelt in den vier-necked Kolben der Speicherteil des Apparates hinzugeben. Schmieren Sie die Mattscheibe Gelenke des Kolbens mit einem Silikonfett und fixieren Sie (i) ein Reflux Kühler, (Ii) ein Thermometer, (Iii) eine Saug Kapillare an eine Pumpe angeschlossen und (iv) den Überlauf an der temperierten Teil auf den Hals des Kolbens nach Abbildung 2 angeschlossen .
- Schalten Sie den Kryostaten mit dem Kühler verbunden und stellen Sie die Temperatur auf-40 ° c Füllen Sie den geschlossenen Kühlkreislauf mit Ethanol.
- Verwenden Sie die Kapillare für Kraftstoff Pumpen zum Vorwärmen Spirale der temperierten Teil die Pumpe herstellen bringt einen vorgewärmten Brennstoff über den Boden der Messzelle. Schalten Sie die Pumpe und legen Sie die gewünschten Kraftstoff-Durchfluss (500 mL × h-1). Schalten Sie den Thermostat des temperierten Teils und stellen Sie die Temperatur auf den gewünschten Wert (40 ° C).
- Einmal die temperierten Bereich mit Kraftstoff gefüllt ist und der Kraftstoff beginnt zu fließen über der Überlauf Teil zurück in den Speicher Kolben, offene Messzelle, die aus zwei Teilen besteht über eine Mattscheibe Gelenk verbunden und hängen Sie den Boden, poliert, entfettet und Probe (gewogen Blech mit entsprechenden Proportionen) auf dem Kleiderbügel.
Hinweis: Die Probenbehandlung erfolgt nach dem Verfahren in Schritt 1.2vorgestellt. - Schließen Sie die Fritte an das Rohr für Zuluft mit einem Druckbehälter über einen Druckregler und ein Durchflussmesser und der gewünschten Gasvolumenstrom auf der Durchflussmesser (20 – 30 mL × min-1).
- In regelmäßigen Abständen entfernen Sie die metallische Probe aus dem temperierten Teil und befolgen Sie die Anweisungen in Schritt 1.5.
- Befolgen Sie die Anweisungen in Schritte 1.6 und 1.7.
(3) die statische Immersion Korrosionsprüfung mit einem Reflux Kühler im Beisein von gasförmigen Medium
- Hinzugeben Sie 200 – 300 mL der Probe (z. B.geprüfte Motoröl mit einem aggressiven E100-Kraftstoff) in den temperierten Kolben.
- Hang ein Boden poliert, entfettet und wog Probe an den Haken des Kühlers. Die Mattscheibe Gelenk des Kühlers mit einem Silikonfett schmieren und den Kühler in die Flasche zu beheben.
Hinweis: Die Probenbehandlung erfolgt nach dem Verfahren in Schritt 1.2vorgestellt. - Schließen Sie die Fritte an das Rohr für die Luftversorgung mit einem Druckbehälter über einen Druckregler und ein Durchflussmesser und der gewünschten Gasvolumenstrom (80 mL × min-1) auf der Durchflussmesser.
- Stellen Sie die Temperatur auf 80 ° C auf dem Thermostat zum Temperieren von Kolben und auf-40 ° C auf den Kryostaten mit dem Kühler verbunden.
- Entfernen Sie nach einem angemessenen Zeitraum (z. B.14 Tage) die metallische Probe aus dem Gerät und befolgen Sie die Anweisungen in Schritt 1.5.
- Befolgen Sie die Anweisungen in Schritte 1.6 und 1.7.
4. Berechnung der Korrosionsrate von Gewichtsverluste
- Berechnen Sie von der Korrosion Verluste nach den Methoden, die in Schritten 1-3dargestellten erhalten den Wert der Korrosionsrate nach den Gleichungen 1 und 2.
(1)
(2)
wobei nPm ist die Korrosionsrate in G·m−2·h−1, ρ ist die Dichte des metallischen Werkstoffs in G·cm−3, Δm ist der durchschnittliche Gewichtsverlust in g, S ist die Oberfläche von metallischen Material in t2und T ist die Zeit (in Stunden) vom Anfang des Tests auf die Entfernung der Metallplatte für die Messung.
(1)
(2)(5) Beizen von Korrosionsprodukten auf der Metalloberfläche
- Die korrodierten Proben von Baustahl in einer 10 Gew.% % Lösung von Chelaton III bei 50 ° C für 5 min einlegen. Entfernen Sie dann die Probe aus der Lösung, mit einer Bürste unter fließendem Wasser reinigen Sie, spülen sie mit Aceton, trocken und wiegen Sie es. Danach setzen Sie die Probe wieder in die Chelaton-Lösung und wiederholen Sie den Vorgang, bis man ein konstantes Gewicht erhält.
- Beizen der korrodierten Proben aus Messing, Bronze oder Kupfer in einer 10 Vol. % Lösung von Schwefelsäure unter Stickstoff (Entfernen der gelösten Luftsauerstoff) für 1 min sprudeln. Entfernen Sie dann die Probe aus der Lösung, mit einer Bürste unter fließendem Wasser reinigen Sie, spülen sie mit Aceton, trocken und wiegen Sie es. Danach setzen Sie die Probe wieder in der sauren Lösung und wiederholen Sie den Vorgang, bis ein konstantes Gewicht erreicht ist.
(6) elektrochemischen Messungen in der zwei-Elektroden-Anordnung
- Entfernen Sie die Elektrodensystem von der Messzelle, Schrauben sie, passen Sie die Oberfläche der Elektroden nach dem Verfahren in Schritt 1.2 (ohne Verwiegung) vorgestellt und dann das Elektrodensystem wieder komplett.
- Füllen Sie die Messzelle mit 80 mL der bewährte flüssige Korrosion Umwelt und schließen Sie es durch das Elektrodensystem. Setzen Sie die ganze Zelle in einen geerdeten Faraday-Käfig. So dass eine Elektrode des Systems als Referenzelektrode fungiert und der zweiten Elektrode als eine Arbeits- und eine Hilfselektrode gleichzeitig schließen Sie Galvanostat und Potentiostaten an der Elektrodensystem an.
- In der Gerätesoftware legt die Sequenz mit der offenen Kreislauf mögliche Messungen (OCP, Stabilisierung der Korrosionspotenzial in ein offener Stromkreis) und der elektrochemischen Impedanzmessung Spektroskopie (EIS). Die Stabilisierung führen für mindestens 30 min, die mögliche Veränderung zu minimieren.
- Verpflichten sich die EIS-Messungen bei ausreichend hoher Amplitude entsprechend der Leitfähigkeit Korrosion Umwelt (Kraftstoff).
Hinweis: Je niedriger die Kraftstoff-Leitfähigkeit ist die höhere Amplitudenwerte benötigt werden. Wählen Sie für Kraftstoffe, die mehr als 80 Vol.-% Ethanol enthält die Amplitudenwerte im Bereich von 5 – 10 mV. Wählen Sie für Kraftstoffe, die im Bereich von 10 – 80 Vol.-% Ethanol enthält die Amplitudenwerte im Bereich von 10 – 50 mV. Wählen Sie für Kraftstoffe, die weniger als 10 Vol.-% Ethanol enthält die Amplitudenwerte im Bereich von 50 – 80 mV. - Verpflichten sich die Impedanz-Messungen in einem ausreichend Frequenzbereich (1 – 5 mHz), die tief- und auch Hochfrequenz-Teile der Spektren bewerten zu können.
- Bestimmen Sie die Zellkonstante Ks für jede Elektrode durch Messung in n-Heptan, hat eine Permittivität von ca. 1,92 nach folgender Gleichung:
(3)
wobei C die Kapazität, gewonnen aus dem Hochfrequenz-Teil des Impedanz-Spektrums in n-Heptan-Metall-System in einer planaren Elektrodenanordnung gemessen ist ist εR die Dielektrizitätszahl von n-Heptan und ε0 ist die Relative Permittivität des Vakuums. - Verwenden Sie die erhaltenen Zellkonstante, für die Berechnung der Kraftstoff Permittivität ε und die Neuberechnung der Widerstand R nach den folgenden Gleichungen:
(4)
(5)
(3)
(4)
(5)(7) elektrochemischen Messungen in der drei-Elektroden-Anordnung
- Passen Sie der Messteil die Arbeitselektrode aus dem geprüften metallischen Material gemäß dem Verfahren in Schritt 1.2 (ohne Verwiegung) vorgestellt an und Schrauben Sie ihn auf die Elektrode-Erweiterung.
- Füllen Sie die Messzelle mit 100 mL der bewährte flüssige Korrosion Umwelt und schließen Sie es mit einer Kappe, wodurch die Arbeitselektrode aus dem bewährten Material und Hilfselektrode aus Platin Draht geführt werden. Drehen Sie den Draht, d. h., Hilfselektrode gleichmäßig um die Arbeitselektrode. Einfügen Sie durch den Seiteneingang der Zelle die Bezugselektrode mit einer Brücke, dass es so nah an der Arbeitselektrode wie möglich ist.
Hinweis: Elektroden nicht gegenseitig berühren. - Legen Sie die Zelle in eine geerdete Faraday-Zelle und verbinden Sie die Elektroden über ein Kabel mit dem Galvanostat und Potentiostaten ausgestattet mit der entsprechenden Software.
- Legen Sie in der Software verwendeten Messgeräte den Messablauf mit der Messung von (i) die OCP für einen ausreichend langen Zeitraum (mindestens 60 min), (Ii) das EIS im Bereich von etwa 1 MHz – 1 mHz auf einen Amplitudenwert von 5 – 20 mV und (Iii) die polarizati Eigenschaften (Tafel Scan) im Bereich von 200-500 mV zu Korrosion Potential.
- Berechnen Sie die Stromdichte jCorr nach dem Stern-Geary Gleichung:
(6)
(7)
wo jCorr ist die Korrosion Stromdichte, bein und bk sind konstanten Tafel und Rp ist der Polarisation Widerstand aus den EIS-Messungen geschätzt. Darüber hinaus berechnen Sie die momentane Korrosionsrate von Materialgewicht Verluste. Bestimmen Sie die Materialgewicht Verluste aus der Stromdichte von Faraday´s Gesetz wie folgt:
(8)
(9)
wobei m die Masse des Stoffes in g ist; I ist der Strom; t ist die Zeit; A ist die Proportionalitätskonstante als das elektrochemische Äquivalent des Stoffes, gemessen in Kg· C−1; F ist die Faraday-Konstante (9.6485 × 104 C·mol−1); und z ist die Anzahl der Elektronen ein Molekül schließen musste. 22
(6)
(7)
(8)
(9)8. Berechnung des Wirkungsgrades von Korrosionsinhibitoren
- Verwenden Sie die erhaltenen Werte der Polarisation Widerstand oder Korrosion Rate um zu berechnen, die Effizienz von Korrosionsinhibitoren nach den folgenden Gleichungen:
(10)
oder
(11)
Wo befindet sich Ef die Effizienz von Korrosionsinhibitoren in %; Rich ist der Polarisation Widerstand des Materials; nich ist die Korrosionsrate von Material in einem Metall-Fuel-System mit der Korrosionsinhibitor; R0 ist der Polarisation Widerstand; n0 ist die Korrosionsrate in der Metall-Fuel-System ohne die Korrosionsinhibitor.
(10)
(11)Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Die oben genannten Methoden wurden verwendet, um die Korrosion von Baustahl (bestehend aus 0,16 Gew.-% des C, 0,032 Gew.-% des P, 0,028 Gew.% % S und Balance F)22 in der Umgebung von Ethanol-Benzin-Mischungen (EGBs) mit 10 und 85 Vol.-% Ethanol messen (E10 und (E85), beziehungsweise. Für die Zubereitung von diesen EGBs, Benzin in Übereinstimmung mit den Anforderungen der EN 228 mit 57,4 Vol.% gesättigte Kohlenwasserstoffe, 13,9 Vol. % von Olefinen, 28,7 Vol.-% von aromatischen Kohlenwasserstoffen und 1 Mgkg war–1 von Schwefel verwendet. Die Aggressivität dieser Brennstoffe wurde durch die Zugabe von Wasser und Spur Mengen an Chloriden (3 Mgkg–1), Sulfate (3 Mgkg–1) und Essigsäure (50 Mgkg–1) erhöht. Der E10-Kraftstoff enthalten 0,5 Vol.-% Wasser, so dass keine Trennung in wässrigem Ethanol und Kohlenwasserstoff Phasen aufgetreten ist. E85-Kraftstoff wurde durch 6 Vol.-% Wasser verunreinigt. 22 der getesteten Korrosionsinhibitor enthaltenen Octadecylamin und die Konzentration des Inhibitors in den Brennstoffen war 200 MgL–1. Die gewonnenen Daten ist in Tabelle 1dargestellt.
Der zeitliche Verlauf der statischen und dynamischen Prüfungen wird in Abbildung 7 und Abbildung 8dargestellt. Die Abhängigkeiten des Gewichts verliert in diesen vorgestellten Zahlen beziehen sich auf die Oberfläche der metallischen Probe. Diese Gewichtsverluste können dem Lauf der Korrosionsrate nach dem Verfahren in Schritt 4präsentiert neu berechnet werden. Dies ist für den kontaminierten E85-Kraftstoff in Abbildung 7 und Abbildung 8dargestellt. Aus beiden Zahlen ist es offensichtlich, dass die Zeiträume von 1200 h und 340 h ausreichen, um die Stabilisierung der milden Stahl-E10 (E85) Kraftstoff-Systeme für statische und dynamische Tests, bzw. zu erreichen. Auch zeigt sich die Effizienz der Korrosionsinhibitor in beide Brennstoffe als wesentlich niedriger Material Verluste beobachtet wurden, wenn die Inhibitor angewendet wurde. Der Inhibitor der Effizienz, siehe Tabelle 1, wurden nach dem Experiment und nach dem Beizen der Oberfläche der Probe bei der Lösung der Chelaton III, siehe Schritt 5.1berechnet. Die Entfernung von der Oberfläche Korrosionsprodukte durch Beizen ermöglicht es uns, realen materiellen Verluste zu erhalten, die für die Berechnung des Wirkungsgrades von Korrosionsinhibitoren wichtig sind. Beizen bewirkt eine Erhöhung der realen Korrosionsrate wie dokumentiert die Ergebnisse in Tabelle 1dargestellt. Dies kann vor allem für den dynamischen Test mit der Auflage der ätzenden Umwelt beobachtet werden, wo das Metall-Umwelt-System ist viel mehr betont und die Festigkeit erheblich gesenkt. Nach den Bedingungen des Tests und die Korrosion Umwelt das Metall ist gleichmäßig beschichtet mit einer dicken Schicht von Korrosionsprodukten, siehe Abbildung 9.
Einige Beispiele der Korrosion Umgebungen werden nicht durch den dynamischen Test aufgrund ihrer hohen Viskosität getestet. Solche Proben (z.B.Motoröl kontaminiert mit einem unverbrannten Kraftstoff E100) durch einen statischen Test unter einem Reflux Kühler bei erhöhten Temperaturen getestet werden können, finden Sie unter Schritt 3. Tabelle 2 zeigt die erzielten Ergebnisse die Korrosionsraten aus Normalstahl und zwei Proben aus Messing, die in der oxidierten Motoröl (künstlich gealterten Öl in einer Sauerstoffatmosphäre bei 650 kPa bis 160 ° C) mit einer sauren Gesamtzahl (TAN) von 3,5 mg KOHg– getestet wurden 1 mit 15 Vol.-% eine azeotrope, aggressive E100-Kraftstoff (enthält 6 Vol.-% Wasser und Spuren von Verunreinigungen, die Kraftstoff-Aggressivität oben zu sehen).
Heutzutage elektrochemische Methoden wie elektrochemische Impedanz, Messungen der Polarisation Merkmale, Korrosion Potential usw. haben ein großes Potenzial und können man nicht nur über die Eigenschaften von Umgebungen (Permittivität, informieren Widerstand), aber auch über die Elektrode Eigenschaften wie Polarisation Widerstand und die Kapazität der eine Doppelschicht. Elektrochemische Methoden sind darüber hinaus eine große Bedeutung für die Messungen in nichtwässrigen Umgebungen. Aufgrund der niedrigen Leitfähigkeit nichtwässrigen Umgebungen können Leitfähigkeit Salze angewendet werden, um reduzieren den Widerstand und die Leitfähigkeit einer Umgebung zu erhöhen, so dass auch Elektrode Eigenschaften (Korrosion Daten) gemessen werden können. Jedoch Leitfähigkeit Salze ändere nicht oft nur die Eigenschaften der Korrosion Umgebungen, aber sie können auch negative Auswirkungen auf die erhaltenen Korrosion Daten, z. B.haben, können ätzende oder hemmende Eigenschaften. Diese Effekte können vermieden werden, indem die Durchführung der Messungen ohne diese Salze in speziellen Zellen mit einer modifizierten Geometrie, siehe Schritte 6 und 7, so dass die Abstände zwischen den Elektroden so klein wie möglich sind.
Abbildung 10 und Abbildung 11 zeigen Impedanz Spektren gemessen, in der zwei-Elektroden-Anordnung. Die Form der Spektren der Impedanz ist abhängig von der Leitfähigkeit der verwendeten Umgebung (Kraftstoff). Wenn die Leitfähigkeit einer Umgebung ist niedrig (Benzin, EGBs mit bis zu 10 Volumenprozent Ethanol) das Spektrum besteht aus nur einem Halbkreis (der Hochfrequenz-Teil). Dieser Halbkreis macht es möglich, die Eigenschaften zu bewerten, die die Umgebung verwendete nur (Widerstandsfähigkeit, Hochfrequenz-Kapazität für die Berechnung der Permittivität) charakterisieren. Die Niederfrequenz-Charakterisierung der Elektrode Eigenschaften vollständig fehlt. Wenn die Leitfähigkeit einer Umgebung hoch genug ist, bestehen die Spektren der beiden hoch- und niederfrequenten Teile, die bilden zwei relativ gut getrennt Halbkreise, siehe Abbildung 11. Wieder, die Hochfrequenz-Teil informiert über die Eigenschaften einer Umgebung während die Niederfrequenz-kapazitive Schleife mit der Antwort auf die Schnittstelle und die parallele Polarisation Widerstandswert zwischen den Phasen, eine elektrische Doppelschicht verbunden ist, was ist das wichtigsten Korrosion Quantität und charakterisiert die momentane Korrosionsrate. Das Spektrum kann nach dem Ersatzschaltbild ausgewertet werden, die in Abbildung 11dargestellt ist. Die gemessen und bewertet Ergebnisse für Baustahl in einem planaren Elektrodenanordnung sind in Tabelle 1dargestellt.
Die drei-Elektroden-Anordnung ermöglicht es uns, Messen Sie die Polarisation Eigenschaften in Tabelle 1 dargestellt (d.h., Polarisation Widerstand, Korrosion Potential, Korrosion Stromdichte und Tafel Konstanten der kathodischen und anodische Teile der Tafel Polarisation Kurve). Diese Eigenschaften lässt sich die momentane Korrosionsrate von Stern-Geary Gleichung berechnen, siehe Schritt 7,5. Die Messung der Polarisation Merkmale ist schwierig, insbesondere in Umgebungen mit geringer Leitfähigkeit, da die gemessenen Daten wesentlich durch einen potenziellen Verlust (iR Drop) geladen werden, das ist stark abhängig von der Widerstandsfähigkeit der eine Umwelt und der Abstand der Elektroden Arbeits- und Referenz. Dieser Verlust kann minimiert, geschätzt und subtrahiert von der Polarisation Daten basierend auf die Impedanz Spektroskopie vor der Messung der Polarisation Kurve durchgeführt oder die Impedanz Spektroskopie nach der Messung der Polarisation Kurve. Die ausgewerteten Polarisation Widerstand aus dem vorherigen Impedanz-Spektrum ist wichtig für die Berechnung der Korrosionsrate und Widerstandsfähigkeit für die Berechnung der iR Drop. Abbildung 12 stellt die Tafel-Kurve aus Normalstahl in der Umgebung von der aggressiven E85-Kraftstoff ohne den Inhibitor vor und nach der iR -Tropfen-Ausgleich (blau und rot, beziehungsweise). Diese Abbildung zeigt auch, linearen Bereich der Kathode und Anode Teile, die verwendet werden, um die Tafel-Koeffizienten zu erhalten. Abbildung 11 vergleicht auch die Tafel-Kurve in den Stahl in der Umgebung von der aggressiven E85-Treibstoff mit Amin-basierte Inhibitor, wo befindet sich die gesamte Kurve verschoben mehr in Richtung Kathode Potentiale (negative Werte) und niedriger gemessen Stromdichten, die eine niedrigere Korrosionsrate der momentanen in den Stahl führen.
Abbildung 1: Exposition von Baustahl in den aggressiven E85-Kraftstoff während der statischen Test Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 2: Schema der Fluss Laborgeräte für die dynamische Prüfung: (1) Temperierung Silizium-Bad, Fritte für Luftzufuhr, (3) Vorwärmen (4) Lufteinlass, (5) Musterschal, Spirale, (6) Überlauf in der Lagerung Kolben, (7) Lagerung Kolben, (8) Kühler Kryostat (9), (10) peristaltische Pumpe, Thermometer (11). Angepasst mit freundlicher Genehmigung von Ref14. Copyright 2013. Fakultät für Umwelttechnik, Universität für Chemie und Technologie Prag. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 3: Schema der Vorrichtung zur Prüfung von Korrosion Wirkung der Öle auf Baustoffe in Gegenwart von Sauerstoff bei konstanter Temperatur. (1, 2) Kühlung, (3) Reflux, Spirale mit einem gemeinsamen Mattscheibe und einem Haken für Probe hängen (4) Thermometer, (5) Flasche mit einer Mattscheibe gemeinsame enthaltenden Probe, (6) Thermostat, Kühler (7) FR mit dem Rohr für Gasversorgung (Luft), die Versorgung mit Sauerstoff (8), (9) Probe mit einer Aufhänger. 15 Klicken Sie bitte hier, um eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 4: Geometrie aus einer planaren zwei-Elektroden-Anordnung mit dem Abstand der Elektroden von ca. 1 mm und eine Zellkonstante etwa 0.810-3 cm-1. Angepasst mit freundlicher Genehmigung von Ref10. Copyright 2009. Fakultät für Umwelttechnik, Universität für Chemie und Technologie Prag. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 5: geometrische Anordnung der Elektroden in der Messzelle: (a) Verbindung des Messbechers Zelle zu Potentiostaten, (b) Arbeitselektrode (wir), Bezugselektrode (RE), Zähler (Hilfselektrode) (CE). Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 6: der Bau der Arbeitselektrode: (1) (Messung) Arbeitsteil, (2) Teflon-Dichtung mit einer Teflon Klebeband, (3) Verlängerung für den Anschluss der Elektroden mit einem Gewinde an beiden Enden durch ein Glasrohr, Mutter (4) für die Elektrode ziehen und drücken isoliert den Schlauch an der Arbeitselektrode durch Dichtung. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 7: die zeitliche Entwicklung der Korrosionsrate von Baustahl in kontaminierten E85 Kraftstoff und Korrosion Verluste von Baustahl in den kontaminierten E10 und E85 Kraftstoffen vor der Zugabe von einem Korrosionsinhibitor während der statischen Test Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 8: die zeitliche Entwicklung der Korrosionsrate von Baustahl in den kontaminierten E85 Kraftstoff und Korrosion Verluste von Baustahl in den kontaminierten E10 und E85 Kraftstoffen vor der Zugabe von einem Korrosionsinhibitor während dem dynamischen Test Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 9: die Oberfläche der Baustahl getestet in der Umgebung von der aggressiven E85-Kraftstoff ohne Korrosionsinhibitor (A, C) und mit dem Inhibitor (B, D) während der statischen (A, B) und dynamischen Test (C, D). Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 10: Impedanz Spektrum gemessen in kontaminierten E10-Kraftstoff für Baustahl in einer planaren, zwei-Elektroden Anordnung nach 30 min für Belichtung und das Ersatzschaltbild zur Bewertung (rechts oben). RKraftstoff ist der Widerstand der Umwelt und CPEKraftstoff ist die räumliche Kapazität der Umwelt. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 11: Impedanz Spektrum gemessen im kontaminierten E85-Kraftstoff für Baustahl in einer planaren, zwei-Elektroden Anordnung nach 30 min für Belichtung und das Ersatzschaltbild zur Bewertung (rechts oben). RKraftstoff ist der Widerstand der Umwelt, CPEKraftstoff ist die räumliche Kapazität des Umfelds, Rp ist der Polarisation Widerstand und CPEdl ist die Kapazität Verlust des doppelten Schicht. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 12: Polarisation Kurven von Baustahl im Umfeld der kontaminierten E85-Kraftstoff in eine drei-Elektroden-Anordnung gemessen. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
| Methode | Parameter | E10 + 0,5 % von H2O | E10 + 0,5 % der H2O + inhibitor | E85 + 6 % von H2O | E85 + 6 % von H2O + inhibitor |
| Statische Prüfung | Korrosionsrate vor dem Beizen (mm × Jahr-1) | 0.1 | 0,03 | 9.5 | 1.2 |
| Korrosionsrate nach Beizen (mm × Jahr-1) | 5.5 | 1,3 | 17,9 | 3.4 | |
| Inhibitor Wirkungsgrad (%) | 76,3 | 80,7 | |||
| Dynamische Prüfung | Korrosionsrate vor dem Beizen (mm × Jahr-1) | 1 | 0,6 | 24.3 | 0.1 |
| Korrosionsrate nach Beizen (mm × Jahr-1) | 13.5 | 4,9 | 56,5 | 17,9 | |
| Inhibitor Wirkungsgrad (%) | 63,4 | 68,4 | |||
| Elektrochemie in einer planaren, zwei-Elektroden-Anordnung | Widerstand (kW × m) | 6440 | 6180 | 2,83 | 2.79 |
| Permittivität | 2.9 | 3,0 | 21,8 | 21.5 | |
| Polarisation Widerstand | - | - | 287,5 | 851.3 | |
| (kW × cm2) | |||||
| Kapazität der elektrischen Doppelschicht (mF × cm-2) | - | - | 20.4 | 8.1 | |
| Inhibitor Wirkungsgrad (%) | - | 66,3 | |||
| Elektrochemie in einer drei-Elektroden-Anordnung | Polarisation Widerstand (kW × cm2) | - | - | 20.4 | 49,6 |
| Tafel bk (mV) | - | - | 132,5 | 105 | |
| Tafel bein (mV) | - | - | 325.1 | 213.6 | |
| Korrosionspotenzial (mV) | - | - | -109.5 | -165.1 | |
| Stromdichte (mA × cm-2) | - | - | 2 | 0,6 | |
| Momentane Korrosionsrate (mm × Jahr-1) | - | - | 15.5 | 4.8 | |
| Inhibitor Wirkungsgrad (%) | - | 69,2 | |||
Tabelle 1 : Korrosion Daten der Baustahl und Effizienz der Inhibitor mit fünf verschiedenen Methoden ermittelt.
| Material | Anfängliches Gewicht (g) | Gewicht nach dem Beizen (g) | Probenraum (m2) | Korrosionsrate (μm × Jahr-1) |
| Stahl | 7.8025 | 7.8012 | 0,001 | 2.5 |
| Messing 1 | 11.8687 | 11.8619 | 0.0012 | 9.9 |
| Messing 2 | 10.5686 | 10.5645 | 0,002 | 3.6 |
Tabelle 2 : Korrosionsraten (nach dem Beizen) aus Messing und Stahlproben ausgesetzt in der Umgebung des Motoröls kontaminiert mit einem aggressiven E 100 Kraftstoff (15 Vol. %) innerhalb 14 Tage des statischen Tests unter einem Reflux Kühler.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Das grundlegende Prinzip der dynamischen Test und beide statischen Tests ist die Bewertung der Gewichtsverluste von metallischen Proben in Metall-Korrosion Umwelt (Kraftstoff) Systeme je nach Zeit bis Steady State erreicht ist (d.h.keine weitere Gewichtsabnahme erfolgt). Die Korrosionsrate des Metalls in die Korrosion Umwelt errechnet sich aus der Gewichtsverlust und die Zeit. Der Vorteil der langfristigen statische Korrosionstest (Schritt 1) ist die Zuverlässigkeit der Ergebnisse, die Einfachheit und geringen Anforderungen an Material und instrumentaler Ausrüstung. Auf der anderen Seite ist es eine zeitaufwendige Methode, wie viel Zeit benötigt wird, um Steady-State des Metall-Kraftstoffsystems auszuwertende die Korrosionsraten zu erreichen.
Der Hauptvorteil des vorgestellten dynamischen Tests im Vergleich zu den statischen Test ist eine deutliche Verkürzung der Messzeiten, Steady-State in der Metall-Fuel-System zu erreichen. Das Gerät ist so konzipiert, dass es einfach ist zu bedienen und mit den getesteten Materialien verarbeiten. Die Prüfung kann in einem oxidativen (Luft) oder inerte (Stickstoff) Atmosphäre durchgeführt werden. Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit, Metall-Kraftstoff-Systeme in verschiedenen Test-Bedingungen (Temperatur, Durchfluß von Korrosion Umgebungen und gasförmige Medien) zu testen. Darüber hinaus lässt sich das Gerät für die Vorhersage des Kraftstoffs, die Alterung und die Prüfung der Qualität der Kraftstoffe oder die Prüfung von Kraftstoff Einfluss auf metallischen und nichtmetallischen Werkstoffen. Metalle und Umgebungen werden in wesentlich härteren Bedingungen als im Vergleich zu den statischen test getestet. Der größte Nachteil der Methoden sind höhere Anforderungen an Material und instrumentaler Ausrüstung und Energieverbrauch.
Die statische Prüfung unter einem Reflux Kühler (Schritt 3) ermöglicht die Prüfung von Materialien in einem Umfeld von viskosen Flüssigkeiten (z. B.ein Motor Öl nach Ablauf der Haltbarkeit oder kontaminiert mit Biokraftstoffen) bei erhöhten Temperaturen und in das Vorhandensein einer oxidativen oder inerter Atmosphäre. Die Nachteile sind ähnlich wie diejenigen für den dynamischen Test.
Die vorgestellten elektrochemischen Methoden können man über den zeitlichen Verlauf der Korrosion-Potenziale, die momentane Korrosionsraten, die Prozesse, die an den Metall-Umwelt-Schnittstellen und auch über die Übertragungseigenschaften der Korrosion informieren Umgebungen, z. B. Permittivität und Beständigkeit gegenüber Umwelteinflüssen (Leitfähigkeit). Diese Methoden sind relativ einfache, schnelle und zuverlässige und reproduzierbare Ergebnisse liefern. Auf der anderen Seite haben sie höhere Ansprüche auf instrumentaler Ausrüstung (Potentiostaten, Galvanostat), der Messung in nichtwässrigen Umgebungen ermöglicht.
Die vorgestellte zwei-Elektroden elektrochemische System (Schritt 6) ist sehr einfach und leicht demontierbar, wodurch für die einfache Steuerung von der Elektrodenoberfläche und deren Behandlung durch Schleifen und Polieren vor Messungen. Weitere Vorteile sind die große Oberfläche der beiden Elektroden ermöglicht eine gleichmäßige Verteilung der Korrosion Dichte, und auch der kleine Abstand zwischen beiden Elektroden, wodurch es möglich ist, zur Durchführung von Messungen auch in weniger leitfähigen Umgebungen, wie z. B. Benzine ohne base Elektrolyte. Das Systemdesign ermöglicht für die Messung der Elektrode Eigenschaften für die Bewertung der momentanen Korrosionsraten von metallischen Werkstoffen auch für kontaminierte oder oxidierte E10-Kraftstoffe nach längeren22,23 Belichtungszeiten. Es wurde festgestellt, dass die wichtigsten limitierenden Faktoren für die Korrosion Daten Messungen mit EIS in einem zwei-Elektroden-Anordnung Widerstand von 4,7 MΩ·m und Dielektrizitätszahl des Kraftstoffs von 2,6922,23.
Der vorgestellten drei-elektrochemischen Elektrodensystem (Step 7) ermöglicht, die Polarisation Eigenschaften zu messen, die im zwei-Elektroden-System gemessen werden kann. Durch die geeignete Zellengeometrie ist es möglich, die Polarisation Merkmale in weniger leitfähigen, nichtwässrigen Umgebungen wie unberührte EGBs enthält 40 Vol.-% Ethanol22,23messen.
Um Daten aus den vorgestellten Methoden miteinander zu vergleichen, ist es notwendig, dem Verhältnis der Flüssigkeit (Kraftstoff) vs. Metall Fläche für jede Methode beibehalten. Wenn dies nicht der Fall ist, nur die Trends der einzelnen Methoden erzielten Ergebnisse können miteinander verglichen werden, wie in unserer vorherigen Veröffentlichungen22,23, wo unterschiedliche Tendenzen in den Ergebnissen der elektrochemischen Methoden und statische tests (vorgestellt unterschiedliche Verhältnisse der metallischen Probe Bereich und korrosiven Umgebung) werden je nach der Ethanol-Anteil des Kraftstoffs, der Verschmutzung und der Grad der Oxidation (Wassergehalt, säurehaltigen Substanzen, Peroxide, etc.) verglichen.
Bei allen vorgestellten Methoden ist es notwendig, auf die Behandlung der metallischen Proben zu achten. Die Probenbehandlung muss immer in der gleichen Weise durchgeführt werden, sonst können Messungen durch einen Fehler geladen werden. Es ist wichtig, immer Schleifpapier mit der gleichen Körnung verwenden und der verwendeten Sandpapers müssen Einweg, d. h., ein Stück Schleifpapier für jede Probe und Messung. Die Oberfläche muss gleichmäßig eingestellt werden, es darf keine Oberfläche Mängel wie Kratzer, Gruben, etc. enthalten
Für elektrochemische Methoden ist es wichtig, auf die Elektroden gegen überlaufen, vor allem für die Arbeitselektrode in einer drei-Elektroden-Anordnung zu achten. Für die Arbeitselektrode ist es auch wichtig, den Kontakt zwischen der arbeitende Teil der Elektrode und die Anlage für die Befestigung des Potentiostaten achten. Elektroden dürfen sich nicht berühren. Es ist wünschenswert, dass die Brücke der Bezugselektrode so nah wie möglich an der Arbeitselektrode. Es ist wünschenswert, gleichmäßig Hilfselektrode um die Arbeitselektrode so anordnen, dass die Stromdichte zwischen ihnen gleichmäßig verteilt wird.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Die Autoren haben nichts preisgeben.
Acknowledgments
Diese Forschung wurde von der institutionellen Unterstützung für die langfristigen konzeptionellen Entwicklung der Forschungsorganisation (Registernummer CZ60461373) zur Verfügung gestellt durch das Ministerium für Bildung, Jugend und Sport, der Tschechischen Republik, die Operational finanziert. Prag - Rahmenprogramm für Wettbewerbsfähigkeit (CZ.2.16/3.1.00/24501) und "nationale Nachhaltigkeit" Programm (NPU ich 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
- 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).
- 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).
- 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).
- Tshiteya, R. Properties of alcohol transportation fuels. , Meridian Corporation. Alexandria, VA. (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. , CRC Press, Taylor Francis Group. Boca Raton, USA. (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. , WO2009/015318A1 (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. , WO2004/044094A1 (2003).
- 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).
- 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).
