Corrosão do metal e a eficiência de inibidores de corrosão em meios menos condutivos
Summary
Os testes dos processos associados à corrosão material muitas vezes podem ser difícil, especialmente em ambientes aquosos. Aqui, apresentamos diferentes métodos para curto e longo prazo de teste do comportamento de corrosão de ambientes aquosos como biocombustíveis, especialmente aqueles que contêm a bioetanol.
Abstract
Corrosão de material pode ser um fator limitante para diferentes materiais em muitas aplicações. Assim, é necessário para melhor compreender os processos de corrosão, preveni-los e minimizar os danos que lhes estão associados. Uma das características mais importantes dos processos de corrosão é a taxa de corrosão. A medição de taxas de corrosão é frequentemente muito difícil ou mesmo impossível, especialmente em ambientes menos condutivos, aquosos como os biocombustíveis. Aqui, apresentamos cinco diferentes métodos para a determinação das taxas de corrosão e a eficiência de proteção anticorrosiva em biocombustíveis: (i) um estático, (ii) um teste dinâmico, (iii) um ensaio estático com uma medidas de refrigerador e eletroquímica de refluxo (iv) em um arranjo de dois elétrodos e (v) em um arranjo de três-elétrodo. O ensaio estático é vantajoso devido a suas exigências de baixas de ao material e instrumental. O ensaio dinâmico permite o teste de taxas de corrosão de materiais metálicos em condições mais severas. O ensaio estático com um refrigerador de refluxo permite o teste em ambientes com maior viscosidade (por exemplo, óleos de motor) em temperaturas mais altas na presença de oxidação ou atmosfera inerte. As medições eletroquímicas fornecem uma visão mais abrangente sobre os processos de corrosão. A célula apresentado geometrias e arranjos (os sistemas de eletrodo de dois e três-elétrodo) tornam possível de realizar medições em ambientes de biocombustível sem eletrólitos base que poderiam ter um impacto negativo sobre os resultados e carregá-los com erros de medição. Os métodos apresentados tornam possível estudar a agressividade de corrosão de um ambiente, a resistência à corrosão de materiais metálicos e a eficiência de inibidores de corrosão com resultados representativos e reprodutíveis. Os resultados obtidos usando estes métodos podem ajudar a compreender os processos de corrosão mais detalhadamente para minimizar os danos causados pela corrosão.
Introduction
Corrosão provoca grande material e danos econômicos ao redor do mundo. Causa consideráveis perdas materiais devido à desintegração material parcial ou completa. As partículas lançadas podem ser entendidas como impurezas; negativamente podem mudar a composição do ambiente circundante ou a funcionalidade de vários dispositivos. Também, a corrosão pode causar mudanças visuais negativas de matérias. Assim, há uma necessidade de compreender processos de corrosão mais detalhadamente a desenvolver medidas para impedir a corrosão e minimizar seus potenciais riscos1.
Considerando as questões ambientais e as reservas de combustível fóssil limitado, há um crescente interesse em combustíveis alternativos, entre os quais biocombustíveis a partir de fontes renováveis desempenham um papel importante. Há um número de diferentes biocombustíveis potencialmente disponíveis, mas o bioetanol produzido a partir de biomassa no momento é a alternativa mais adequada para substituir (ou mistura com) gasolinas. O uso de bioetanol é regulado pela Directiva 2009/28/CE na União Europeia,2,3.
Etanol (bioetanol) tem propriedades substancialmente diferentes em comparação com gasolinas. É altamente polar, condutora, completamente miscível com água, etc. estas propriedades tornam o etanol (e combustível misturas contendo etanol também) agressivo em termos de corrosão4. Para combustíveis com teor de etanol baixa, contaminação por pequenas quantidades de água pode causar a separação da fase água-etanol desde a fase de hidrocarbonetos e isto pode ser altamente corrosivo. Etanol anidro em si pode ser agressivo para alguns metais menos nobres e causar “secar corrosão”5. Com carros existentes, a corrosão pode ocorrer em algumas partes metálicas (especialmente de cobre, latão, alumínio ou aço carbono) que entram em contacto com o combustível. Além disso, contaminantes polares (especialmente cloretos) podem contribuir para a corrosão como uma fonte de contaminação; reações de oxidação e solubilidade oxigênio (que podem ocorrer em misturas de etanol-gasolina (EGBs) e ser uma fonte de substâncias ácidas) também podem desempenhar um papel importante de6,7.
Uma das possibilidades sobre como proteger os metais contra a corrosão é o uso de inibidores de corrosão chamada que tornam possível a substancialmente mais devagar (inibir)8processos de corrosão. A seleção de inibidores de corrosão depende do tipo de ambiente corrosivo, a presença de estimuladores de corrosão e particularmente o mecanismo de um inibidor de determinado. Atualmente, não há nenhum banco de dados versátil ou classificação disponível que permita uma orientação simples em inibidores de corrosão.
Ambientes de corrosão podem ser divididos em aquosa ou aquosos, como a intensidade e a natureza dos processos de corrosão nesses ambientes diferem significativamente. Para ambientes aquosos, conectada com diferentes reações químicas de corrosão eletroquímica é típica, Considerando que apenas uma corrosão eletroquímica (sem outras reações químicas) ocorre em ambientes aquosos. Além disso, a corrosão eletroquímica é muito mais intensiva em ambientes aquosos9.
Em ambientes orgânicos não-aquosa, líquidas, processos de corrosão dependem do grau de polaridade dos compostos orgânicos. Isto é associado com a substituição de hidrogênio em alguns grupos funcionais por metais, que é conectado com a mudança das características dos processos de corrosão de eletroquímica de química, para que menores taxas de corrosão são típicas em comparação com processos eletroquímicos. Ambientes não-aquosa geralmente têm baixos valores de condutividade elétrica9. Para aumentar a condutividade em ambientes orgânicos, é possível adicionar chamados eletrólitos de suporte como tetraalkylammonium tetrafluoroborates ou percloratos. Infelizmente, essas substâncias têm propriedades inibidora, ou, pelo contrário, aumentar taxas de corrosão10.
Existem vários métodos para a curto e a longo prazo, testes de corrosão taxas de materiais metálicos ou a eficiência de inibidores de corrosão, ou seja, com ou sem circulação de ambiente, ou seja, corrosão estática e dinâmica de teste, respectivamente 11 , 12 , 13 , 14 , 15. para ambos os métodos, o cálculo das taxas de corrosão de materiais metálicos baseia-se nas perdas de peso dos materiais testados durante um determinado período de tempo. Recentemente, métodos eletroquímicos são cada vez mais importantes nos estudos de corrosão devido a sua alta eficiência e tempos de medição curto. Além disso, eles muitas vezes podem fornecer mais informações e uma visão mais abrangente sobre os processos de corrosão. Os métodos mais comumente usados são a espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS), polarização de potentiodynamic e a medição a estabilização da corrosão potencial no tempo (em um planar, dois-eletrodo ou em um arranjo de três eletrodos)16 ,17,18,19,20,21,22,23.
Aqui, apresentamos cinco métodos para o curto prazo e a longo prazo de teste da agressividade de corrosão de um ambiente, a resistência à corrosão de materiais metálicos e a eficiência de inibidores de corrosão. Todos os métodos são otimizados para medições em ambientes aquosos e são demonstrados na EGBs. Os métodos permitem obter resultados reprodutíveis e representativos, que podem ajudar a compreender os processos de corrosão mais detalhadamente para prevenir e minimizar danos de corrosão.
Para o teste de corrosão de imersão estática em sistemas líquido-metal, testes de corrosão estático em sistemas metal-líquido pode ser executada em um aparelho simples, constituído por uma garrafa de 250 mL, equipada com um gancho para pendurar uma amostra analisada, veja a Figura 1.
Para o teste de corrosão dinâmico com circulação líquida, inibidores de corrosão do metal ou a agressividade de líquidos (combustíveis) pode ser testada em um aparelho de fluxo com a circulação do líquido médio apresentado na Figura 2. O aparelho de fluxo consiste em uma parte moderada e um reservatório do líquido testado. Na parte de moderado, o líquido testado está em contato com uma amostra metálica, na presença de oxigênio do ar ou em atmosfera inerte. O fornecimento de gás (ar) é assegurado por um frit com o tubo, atingindo o fundo do frasco. O reservatório do líquido testado contendo cerca de 400-500 mL do líquido testado está conectado com um refrigerador de refluxo que permite a conexão do aparelho com a atmosfera. No refrigerador, a parte evaporada do líquido é congelada a-40 ° C. A bomba peristáltica permite o bombeamento do líquido a uma taxa adequada de cerca de 0,5-Lh–1 através de um circuito fechado de quimicamente estáveis e inertes materiais (por exemplo, Teflon, Viton, Tygon) da parte de armazenamento na parte moderada, de que o líquido retorna através do estouro na parte de armazenamento.
Para o teste de corrosão de imersão estática com refluxo de refrigerador na presença de gases médio, inibidores de corrosão, a resistência de materiais metálicos ou a agressividade de um ambiente líquido pode ser testada no aparelho apresentado na Figura 3. O aparelho contém duas partes. A primeira parte consiste em um balão de 500 mL de-de-pescoço-dois, temperado com um termômetro. O frasco contém uma quantidade suficiente de um ambiente líquido. A segunda parte consiste em (i) um refrigerador com um vidro comum para atingir uma conexão firme com o balão, (ii) um gancho para a colocação das amostras metálicas e (iii) uma fritas com um tubo de fornecimento de gás (ar) atingindo o fundo do frasco de refluxo. O aparelho é ligado à atmosfera através do cooler que evita a evaporação líquida.
O aparelho para as medições eletroquímicas no arranjo 2-eletrodo é apresentado na Figura 4. Os eletrodos são feitos de folhas de metal (3 x 4 cm, de aço-carbono), que são completamente encaixadas em resina epoxídica, de um lado, proteger o meio ambiente corrosivo. Os dois eléctrodos são parafusados à matriz, para que a distância entre eles é de cerca de 1 mm22.
As medições eletroquímicas no arranjo do três-elétrodo consistem em trabalho, referência e auxiliares eletrodos colocados na célula de medição para que uma pequena distância entre os eléctrodos é assegurada; consulte a Figura 5. Como o eletrodo de referência, calomelano ou eletrodos de cloreto de prata com uma ponte de sal contendo (i) uma solução de13 molL–de nitrato de potássio (KNO3) ou (ii) uma solução de11 molL–de cloreto de lítio (LiCl) em o etanol pode ser usado. Um fio de platina, malha ou chapa pode ser usada como o eletrodo auxiliar. O eletrodo de trabalho consiste em (i) uma parte de medição (material testado com um parafuso de rosca) e (ii) uma fixação de parafuso isolado do ambiente de corrosão, veja a Figura 6. O eletrodo deve ser suficientemente isolado por um selo antiestouro negativo.
Protocol
Representative Results
Discussion
O princípio básico do teste dinâmico e ambos os testes estáticos é a avaliação das perdas de peso das amostras metálicas em sistemas metal-corrosão ambiente (combustível), dependendo do tempo, até ser atingido o estado estacionário (i.e., sem mais perda de peso ocorre). A taxa de corrosão do metal no ambiente de corrosão é calculada a partir da perda de peso e altura. A vantagem do teste de corrosão estático de longo prazo (etapa 1) é a confiabilidade dos resu…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Esta pesquisa foi financiada de apoio institucional para o desenvolvimento conceitual a longo prazo da organização de pesquisa (número de registo de empresa CZ60461373) fornecido pelo Ministério da educação, juventude e desportos, República Checa, o operacional Praga – competitividade (CZ.2.16/3.1.00/24501) e o “Programa nacional de sustentabilidade” do programa (NPU eu 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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