Metallkorrosion und die Effizienz von Korrosionsinhibitoren in weniger leitfähigen Medien
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.
Protocol
Representative Results
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 Ergebn…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
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
| 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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