Summary
Тестирование процессов, связанных с коррозией материалов часто может быть трудно, особенно в неводных средах. Здесь мы представляем различные методы для краткосрочного и долгосрочного тестирования поведения коррозии неводных средах, таких как биотопливо, особенно те, которые содержат биоэтанола.
Abstract
Материал от коррозии может быть ограничивающим фактором для различных материалов во многих приложениях. Таким образом необходимо лучше понять процессы коррозии, их предотвращения и сведения к минимуму убытков, связанных с ними. Одним из наиболее важных характеристик процессов коррозии является скорость коррозии. Измерение скорости коррозии часто очень трудно или даже невозможно, особенно в менее проводящего, неводных средах, таких как биотопливо. Здесь мы представляем пять различных методов для определения скорости коррозии и эффективности защиты от коррозии в биотопливо: (i) статическое испытание, (ii) динамического испытания, (iii) статическое испытание с рефлюкс кулер и электрохимических измерений (iv) в Организация двух электрод и (v) в 3 электрод договоренности. Статическое испытание выгодно из-за его низкого спроса на материал и инструментальной оснастки. Динамическое испытание позволяет для тестирования скорости коррозии металлических материалов в более тяжелых условиях. Статическое испытание с рефлюксом кулер позволяет для тестирования в средах с высокой вязкостью (например, масла) при высоких температурах в присутствии окисления или инертной атмосфере. Электрохимические измерения дают более полное представление о процессах коррозии. Представленные клеток геометрии и договоренностей (двух электрода и тремя электродами системы) позволяют выполнять измерения в средах биотоплива без базового электролитов, которые могли бы оказать негативное воздействие на результаты и загрузить их с погрешности измерения. Представленные методы делают возможным изучение коррозионной агрессивности среды, коррозии металлических материалов и эффективности ингибиторов коррозии с представительным и воспроизводимые результаты. Результаты, полученные с помощью этих методов может помочь понять процессы коррозии более подробно, чтобы свести к минимуму ущерб, причиненный коррозии.
Introduction
Коррозия вызывает большой материальный и экономический ущерб во всем мире. Это вызывает значительные материальные потери вследствие частичного или полного разрушения материала. Выпущенные частиц может быть понято как примеси; они могут негативно изменить состав окружающей среды или функциональных возможностей различных устройств. Кроме того коррозии может вызвать отрицательные визуальные изменения материалов. Таким образом существует необходимость понять процессы коррозии более подробно разработать меры для предотвращения коррозии и свести к минимуму ее потенциальных рисков1.
Принимая во внимание экологические проблемы и запасы ограничены ископаемого топлива существует растущий интерес к альтернативных видов топлива, биотоплива из возобновляемых источников, среди которых играют важную роль. Существует ряд различных потенциально доступных биотоплива, но Биоэтанол производится из биомассы в настоящее время является наиболее подходящей альтернативой для замены (или смешивания с) бензинов. Использование биоэтанола регулируется директива 2009/28/EC Европейского союза2,3.
Этанол (биоэтанол) имеет существенно различные свойства по сравнению с бензинов. Это весьма полярные, проводящие, полностью смешивается с водой и т.д. эти свойства делают этанола (и топлива смесей, содержащих этанол также) агрессивным с точки зрения коррозии4. Для топлива с содержанием этанола низким загрязнение небольшое количество воды может вызвать разделение этапа воды этанола от этапа углеводородов, и это может быть весьма агрессивных. Безводный этанола, сама может быть агрессивным для некоторых менее благородных металлов и вызвать «сухой коррозии»5. С существующие автомобили коррозии может произойти в некоторых металлических деталей (особенно из меди, латуни, алюминия или углеродистая сталь), которые вступают в контакт с топливом. Кроме того Полярный загрязнители (особенно хлориды) может способствовать коррозии как источник загрязнения; растворимость и окисления реакции кислорода (которые могут произойти в смеси этанола бензин (EGBs) и стать источником кислотных веществ) также могут играть важную роль в6,7.
Одна из возможностей как для защиты металлов от коррозии является использование так называемых коррозии ингибиторов, которые позволяют существенно замедлить (подавляют) коррозии обрабатывает8. Выбор ингибиторов коррозии зависит от типа агрессивной среды, присутствие стимуляторы коррозии и особенно механизм данного ингибитор. В настоящее время нет универсальной базы данных или классификации, которая позволила бы простой ориентации в ингибиторов коррозии.
Коррозионной среды можно разделить водных и неводных, как интенсивность и характер процессов коррозии в этих средах значительно отличаются. В неводных средах электрохимической коррозии, связанные с различных химических реакций является типичным, тогда как только электрохимической коррозии (без других химических реакций) происходит в водной среде. Кроме того гораздо более интенсивной в водной среде9электрохимической коррозии.
В неводных, жидких органических средах процессы коррозии зависят от степени полярности органических соединений. Это связано с замещение водорода в некоторых функциональных групп металлов, который связан с изменением характеристик процессов коррозии от электрохимических химического вещества, для которого типичны темпов коррозии в Сравнение с электрохимических процессов. Неводные средах, как правило, имеют низкие значения электропроводности9. Чтобы увеличить проводимости в органических средах, можно добавить, так называемые вспомогательные электролитов, таких как tetraalkylammonium tetrafluoroborates или перхлораты. К сожалению эти вещества может иметь тормозящее свойства, или, напротив, увеличить темпы коррозии10.
Существует несколько методов для краткосрочного и долгосрочного тестирования коррозии, ставки металлических материалов или эффективность ингибиторов коррозии, а именно с или без циркуляции среды, т.е., коррозии статические и динамические испытания, соответственно 11 , 12 , 13 , 14 , 15. для обоих методов расчета темпов коррозии металлических материалов основана на потери веса проверенных материалов за определенный период времени. Недавно электрохимические методы становятся все более важным в исследованиях коррозии вследствие их высокой эффективности и короткие измерения времени. Кроме того они часто могут предоставить более подробную информацию и более полное представление о процессах коррозии. Наиболее часто используемые методы являются электрохимических импедансной спектроскопии (EIS), потенциодинамической поляризации и измерение стабилизации потенциал в время коррозии (в плоский, два электрода или в механизме три электрода)16 ,,1718,19,20,21,22,23.
Здесь мы представляем пять методов для краткосрочного и долгосрочного тестирования коррозионной агрессивности среды, коррозии металлических материалов и эффективности ингибиторов коррозии. Все методы оптимизированы для измерений в неводных средах и демонстрируются на EGBs. Методы позволяют для получения представительной и воспроизводимые результаты, которые могут помочь понять процессы коррозии более подробно для предотвращения и минимизации коррозионных повреждений.
Для статических погружения коррозия металла жидких систем тесты статические коррозии в системах метал жидкость может быть выполнена в простой аппарат, состоящий из 250 мл бутылки, оснащен крючком для подвешивания анализируемого образца, см. Рисунок 1.
Для испытания динамической коррозии с циркуляции жидкости ингибиторы коррозии металлов или агрессивности жидкостей (топлива) может испытываться в поток аппарат с циркуляцией жидкой среды, представлен на рисунке 2. Аппарат поток состоит из закаленного части и водохранилище тестируемой жидкости. В части закаленное протестированных жидкость находится в контакте с металлических образцов в присутствии кислорода воздуха или в инертной атмосфере. Поставки газа (воздуха) обеспечивается фритта с трубки, достигнув в нижней части колбы. Водохранилище протестированных жидкость, содержащая около 400-500 мл жидкости, протестированных связана с рефлюкс кулер, который позволяет для подключения аппарата с атмосферой. В кулер выварочная часть жидкости замораживается при-40 ° C. Перистальтический насос позволяет для перекачки жидкости со скоростью подходит около 0,5 Lh–1 через замкнутой от химически стабильной и инертных материалов (например, тефлон, Витон, Tygon) из части хранения в закаленного часть, от возвращающий жидкости через переполнение в части хранения.
Для испытания коррозии Статическое погружение с рефлюксом, кулер присутствии газообразные среды, ингибиторы коррозии сопротивление материалов, металлических или агрессивность жидкой среде может испытываться в аппарат, представлен на рисунке 3. Аппарат состоит из двух частей. Первая часть состоит из двух шеей, закаленное 500 мл флакон с помощью термометра. Флакон содержит достаточное количество жидкой среде. Вторая часть состоит из (i рефлюкс кулер с матового стекла, совместные добиться плотного соединения с колбой, (ii) вешалка для размещения металлических образцов и (iii фритта с трубки подачи газа (воздуха), достигнув нижней части колбы. Аппарат подключен в атмосферу через кулер, что позволяет избежать испарения жидкости.
Приборы для электрохимических измерений в механизме двухэлектродное представлена на рисунке 4. Электроды выполнены из металлических листов (3 x 4 см, из мягкой стали), которые полностью встроены в эпоксидной смолы на одной стороне, чтобы защитить их от окружающих коррозионной среде. Обоих электродов привинчены к матрице, таким образом, что расстояние между ними составляет около 1 мм22.
Электрохимические измерения в механизме тремя электродами состоят из рабочих, справочные и вспомогательные электродов, расположенных в измерительной ячейке, так что обеспечивается малое расстояние между электродами; Смотрите Рисунок 5. Электрод сравнения, каломель или Серебряного хлорид электроды с мостом соли, содержащие либо (i) 3 Молл–1раствор нитрата калия (KNO3) или (ii) 1 Молл–1раствор хлорида лития (LiCl) в этанол может быть использован. Платиновой проволоки, сетки или плита может использоваться как вспомогательный электрод. Рабочие электрод состоит из (i) измерения часть (проверенный материал с резьбой) и (ii винт крепления изолированы от коррозионной среды, см. Рисунок 6. Электрода должен быть достаточно изолированно анти underflow печать.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1 Статическое погружение коррозия металла жидкость систем
- Добавить 100 – 150 мл протестированных жидких коррозии среды для тестирования сопротивления металлических материалов или эффективность ингибиторов коррозии (т.е., агрессивный EGB, загрязненные воды и отслеживать количество хлоридов, сульфатов и уксусная кислота) во флаконе 250 мл, оснащен крючком для подвешивания анализируемого образца (рис. 1).
- Отрегулируйте поверхности металлических образцов, шлифование наждачной бумагой (1200 сетки) и полировка под проточной водой, так что поверхности регулируется равномерно. Затем, обезжирить поверхность образца тщательно с около 25 мл ацетона и около 25 мл этанола, сушить свободно или с помощью мякоть ткани и взвесить образец на аналитические весы с точностью до четырех десятичных.
Примечание: Пример лечения должны всегда выполняться в том же порядке, иначе измерений могут быть загружены из-за ошибки. Важно, чтобы всегда использовать наждачную бумагу с тем же размером зерна и используется шкурки должна быть одноразовые, то есть, один кусок наждачной бумаги для каждой выборки и измерения. Поверхность должна быть скорректирована равномерно, не может содержать каких-либо дефектов поверхности, такие как царапины, ямы и т.д. - После обработки поверхности, повесить металлических образцов в жидкости в бутылке так, чтобы он не лежат на дне бутылки, Рисунок1. Плотно бутылки достаточно для предотвращения испарения и воздуха жидком.
- Выберите объем тестируемой жидкости так, чтобы жидкость/металлические поверхности соотношение составляет около 10 см31 см2 минимально.
- На регулярной основе удалить металлический образец из бутылки, промойте его с около 25 мл ацетона и использовать ткани пульпы высушить его и удалить поверхностный слой продуктов коррозии избыток. Затем взвесить образец на аналитические весы с точностью до четырех десятичных. После взвешивания, возвращение обратно в бутылку образца.
Примечание: Интервалы для удаления и весом образцы должны быть выбраны индивидуально для каждого испытуемого образца на основе визуального оценки изменений в поверхности образца в ходе испытания. Более короткие промежутки времени (например, 8 часов или меньше) следует применять при интенсивной поверхности изменения наблюдаются и интервалов может стать больше (например, 24 h, 48 ч) при менее интенсивных или не поверхности изменения видны. Когда требуется сравнение между образцами, продолжительность теста должны быть одинаковыми. - Масса металлической образца вычислить потери веса с самого начала эксперимента, относящиеся к поверхности образца для заданной экспозиции время. После того, как происходит, установившемся в системе металла жидкости (не увеличение потери веса с течением времени наблюдается), прекратить эксперимент.
- Рассчитать скорость коррозии в порядке представлен на шаге 4 (травление) или на шаге 5 (после травления продуктов коррозии поверхности).
Примечание: Скорость коррозии, полученные после травления поверхности коррозии, что продукты используются для оценки эффективности ингибиторов коррозии, для более подробной информации, смотрите Результаты представитель.
2. тест динамического коррозии с циркуляции жидкости
- Добавьте 500 мл протестированных жидких коррозии окружающей среды в четырех шеей колбу для хранения части аппарата. Смажьте силиконовой смазки суставов матовое стекло колбы и исправить (i рефлюкс кулер, (ii) термометр, (iii) подключены к насоса всасывания капилляр и (iv переполнения, подключенных к части закаленное на шеях колбу согласно Рисунок 2 .
- Включите криостата подключен к кулер и установите температуру до-40 ° C. Заполните закрытый контур охлаждения с этанолом.
- Используйте капилляра для топлива насосные для подключения насоса к предварительный нагрев спирали закаленное части, которая приносит разогретой топлива через нижней части измерительной ячейки. Включите насос и установите скорость потока желаемого топлива (500 мл × h-1). Включите термостат закаленное части и установите температуру на нужное значение (40 ° C).
- Когда закаленное часть заполняется с топливом и топливо начинает течь через часть переполнения обратно в колбу хранения, открытой измерительной ячейки, которое состоит из двух частей подключен через совместный матового стекла и повесить земли, полированная, обезжирить и весил образца ( металлический лист с соответствующей пропорции) на вешалке.
Примечание: Образец лечение проводится в порядке, представленные в шаге 1.2. - Подключите фритты для трубки для подачи воздуха с сосуд под давлением через регулятор давления и расходомера и задайте требуемый расход рабочего газа на расходомера (20 – 30 мл × мин-1).
- Через регулярные интервалы удалить металлический образец из закаленного части и следуйте инструкциям в шаге 1.5.
- Следуйте инструкциям в шаги 1.6 и 1.7.
3 статическое испытание коррозии с рефлюксом кулер присутствии газовой среде
- Добавьте 200 – 300 мл испытуемого образца (например, испытания моторного масла, содержащих агрессивные топлива E100) в закаленного колбу.
- Повесьте образец грунта, полировка, обезжирить и весил на крючке кулер. Смажьте силиконовой смазкой совместное матовое стекло кулер и исправить кулер в колбу.
Примечание: Образец лечение проводится в порядке, представленные в шаге 1.2. - Подключите фритты для трубки для подачи воздуха с сосуд под давлением через регулятор давления и расходомера и установить скорость потока желаемого газа (80 мл × мин-1) на расходомера.
- Установите температуру до 80 ° C на термостате для закалки колбу и до-40 ° C на криостат, подключенных к кулер.
- После соответствующего периода (например, 14 дней) удалить металлический образец из аппарата и следуйте инструкциям в шаге 1.5.
- Следуйте инструкциям в шаги 1.6 и 1.7.
4. Расчет скорости коррозии от потери веса
- От коррозии убытки, полученные согласно методы, представленные в шаги 1-3вычислить значение скорости коррозии согласно уравнений 1 и 2.
(1)
(2)
где nпп -скорость коррозии в g·m−2·h−1, ρ — плотность металлического материала в g·cm−3, Δm является средняя потеря веса в g, S — площадь поверхности металлических материал в м2и T это время (в часах) с самого начала теста для удаления металлической пластины для измерения.
(1)
(2)5. консервирование продуктов коррозии на поверхности металла
- Рассол коррозия образцы мягкой стали в 10% растворе массовая chelaton III на 50 ° C за 5 мин. Затем удалите образец из раствора, чистить щеткой под проточной водой, промойте его с ацетоном, сухой и взвесить его. После этого положить образец обратно в chelaton решение и повторите процедуру до тех пор, пока постоянный вес получается.
- Рассол коррозия образцы из латуни, бронзы или меди в 10 vol. % раствором серной кислоты под азота, восходящей (для удаления растворенного воздуха кислорода) за 1 мин. Затем удалите образец из раствора, чистить щеткой под проточной водой, промойте его с ацетоном, сухой и взвесить его. После этого вставьте образец в раствор кислоты и повторите процедуру до тех пор, пока постоянный вес получается.
6. электрохимические измерения в механизме двух электрод
- Удалить системы электрода из измерительной ячейки, отвинтить его, отрегулировать поверхности электродов согласно процедуре представлены в шаге 1.2 (без взвешивания) и затем завершить разработку системы электрода снова.
- Заполните измерительной ячейки с 80 мл среды испытания жидкость коррозии и закрыть его через систему электродов. Поместите всю ячейку в заземленной клетку Фарадея. Подключите к системе электрод galvanostat и потенцио, так что один электрод системы действует как электрод сравнения и второй электрод выступает в качестве рабочих и вспомогательный электрод в то же время.
- В документе программное обеспечение, установить последовательность, содержащую измерение потенциала разомкнутой цепи (OCP, стабилизации коррозии потенциал в открытой цепи) и измерения электрохимических импеданс спектроскопии (EIS). Стабилизации выполнить по крайней мере 30 минут, чтобы свести к минимуму потенциальные изменения.
- Проведение измерений EIS на достаточно высокой амплитуды согласно проводимость коррозионной среды (топливо).
Примечание: Ниже проводимости топлива, необходимы более высокие значения амплитуды. Для топлива, содержащие более чем 80 об. % этанола выберите значения амплитуды в диапазоне 5 – 10 МВ. Для топлива, содержащие этанол в диапазоне 10-80% vol. Выберите значения амплитуды в диапазоне от 10-50 МВ. Для топлива, содержащие менее 10 об. % этанола выберите значения амплитуды в диапазоне 50-80 м. - Проведение измерения импеданса в достаточной диапазоне частот (1 – 5 МГц) чтобы иметь возможность оценить части низкой - и также ВЧ-спектров.
- Определите ячейки константа Ks для каждого электрода, измерения в n Гептан, который имеет диэлектрической проницаемости около 1,92 по следующему уравнению:
(3)
где C — это емкость, полученные от высокочастотной части спектра импеданс, измеряется в механизме плоский электрод в системе n Гептан металл, εr — относительная диэлектрическая проницаемость n Гептан, и ε0 является относительная диэлектрическая проницаемость вакуума. - Используйте полученные клетки константу для расчета топлива диэлектрическая проницаемость ε и пересчет сопротивления R по следующим формулам:
(4)
(5)
(3)
(4)
(5)7. электрохимические измерения в механизме тремя электродами
- Отрегулировать измерительный частью рабочих электродом из протестированных металлического материала согласно процедуре представлены в шаге 1.2 (без взвешивания) и прикрутите его расширением электрода.
- Заполните измерительной ячейки с 100 мл среды испытания жидкость коррозии и закройте его крышкой, через который привел рабочих электродом из протестированных материала и вспомогательный электрод из платиновой проволоки. Твист, проволока, т.е., вспомогательный электрод, равномерно вокруг рабочих электродом. Через боковой вход ячейки вставьте электрод сравнения с моста, так что это как можно ближе к рабочих электродом как можно скорее.
Примечание: Электроды нельзя касаться друг друга. - Вставить ячейки в заземленной ячейку Фарадея и подключить электроды через систему кабель к galvanostat и потенцио с соответствующим программным обеспечением.
- В программном обеспечении используемых измерительных приборов установите измеряя последовательность, содержащую измерения (i от перегрузки по току для достаточно длительного периода времени (по крайней мере 60 мин.), (ii ЭИС в диапазоне от около 1 – 1 МГц на амплитудное значение 5 – 20 МВ и (iii Возможен по характеристикам (тафелевских сканирования) в диапазоне 200 – 500 мВ на потенциал коррозии.
- Вычислите плотность тока jcorr по Stern-Гири уравнению:
(6)
(7)
corr j — плотность тока коррозии, b и bk являются константами Тафеля, где Rp является поляризационного сопротивления, оценивается от EIS измерений. Кроме того Рассчитайте мгновенное корродирования от потерь, вес материала. Определите вес материала потери от плотности тока от Faraday´s закона следующим образом:
(8)
(9)
где m — масса вещества в g; I является текущей; t — время; A это пропорциональности назначен электрохимический эквивалент вещества, измеренная в kg· C−1; F — Постоянная Фарадея (9.6485 × 104 C·mol−1); и z количество электронов, необходимо исключить одной молекулы. 22
(6)
(7)
(8)
(9)8. Расчет эффективности ингибиторов коррозии
- Используйте полученные значения коэффициента сопротивления или коррозии поляризации для расчета эффективности ингибиторов коррозии по следующим формулам:
(10)
или
(11)
где Ef -эффективность ингибиторов коррозии в %; R,я это поляризационного сопротивления материала; n,я это скорость коррозии материала в метал топливной системы, содержащий ингибитор коррозии; R0 является поляризационного сопротивления; n0 представляет скорость коррозии в метал топливной системы без ингибитора коррозии.
(10)
(11)Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Вышеуказанные методы были использованы для оценки коррозии данных22 мягкая сталь (состоящие из 0,16% веса C, 0,032% массы P, 0,028% веса S и баланс F) в среде смесей этанола бензин (EGBs), содержащий vol. 10 и 85% этанола (E10 и E85), соответственно. Для подготовки этих EGBs, бензин в соответствии с требованиями EN 228 содержащий 57.4 vol. % насыщенных углеводородов, 13,9% vol. олефинов, 28,7% vol. ароматических углеводородов и 1 mgkg1 –серы был использован. Агрессивность этих видов топлива была увеличена путем добавления воды и отслеживать количество хлоридов (3 mgkg–1), сульфаты (3 mgkg–1) и уксусной кислоты (50 mgkg–1). E10 топлива содержит 0,5% vol. воды так, чтобы произошло без разделения этапов водный этанол и углеводородов. 6% vol. воды загрязненных Топливо Е85. 22 протестированных коррозии содержится octadecylamin и концентрации ингибитора в топлива 200 mgL–1. Полученные данные представлены в таблице 1.
Время курса статических и динамических испытаний представлены в 7 Рисунок и Рисунок 8. Зависимостей вес теряет представлена в эти цифры относятся к площади поверхности испытуемого образца металлик. Эти потери веса могут быть пересчитаны в курс скорость коррозии в порядке представлены на шаг 4. Это показано на загрязненных E85 топливо в 7 Рисунок и Рисунок 8. Обе цифры очевидно, что периоды времени 1200 h и 340 h были достаточны для достижения стабилизации мягкая сталь E10 (E85) топливных систем для статических и динамических испытаний, соответственно. Кроме того эффективность ингибитора коррозии проявляется в обоих видов топлива, как значительно ниже материал, что потери были замечены при применении ингибиторов. Эффективность ингибитора, см. таблицу 1, были рассчитаны после эксперимента и после травления поверхности образца в решении chelaton III, см. шаг 5.1. Удаление продуктов коррозии поверхности путем травления позволяет нам получить реальные материальные потери, которые имеют важное значение для расчета эффективности ингибиторов коррозии. Травления причины увеличения реальных корродирования как документально подтверждается результатами представлена в таблице 1. Это можно наблюдать специально для динамического испытания с циркуляцией агрессивной среды, где металл-окружающей среды системы гораздо более подчеркнул и стойкость материала значительно сократилось. Согласно условиям теста и коррозионной среды металл равномерно покрытые толстым слоем продуктов коррозии, смотри Рисунок 9.
Некоторые образцы коррозионной среды не может быть проверен динамического испытания из-за их высокой вязкости. Такие пробы (например, моторного масла, загрязненные несгоревшего топлива E100) может быть проверена статическое испытание под рефлюкс кулер при повышенных температурах, см. шаг 3. Таблица 2 представлены полученные результаты коррозии из мягкой стали и двух образцов латуни, которые были протестированы в окисленном моторного масла (искусственно возрасте нефти в атмосфере кислорода на 650 кПа и 160 ° C) с общее кислотное число (TAN) 3,5 мг KOHg– 1 , содержащий 15% vol. азеотропная, агрессивный E100 топлива (содержит 6% vol. воды и отслеживать количество загрязняющих веществ, смотрите агрессивность топлива выше).
В настоящее время имеют большой потенциал и может сообщить не только о свойствах сред (диэлектрическая проницаемость, электрохимические методы как электрохимических импеданс, измерения поляризационных характеристик, потенциал коррозии, и т.п. Удельное сопротивление), но также о электродные свойства как поляризационного сопротивления и способность двойного слоя. Кроме того электрохимические методы имеют большое значение для измерения в неводных средах. Из-за низкой теплопроводности неводных сред проводимость соли могут применяться к уменьшить сопротивление и повышения теплопроводности окружающей среды, так что электродные свойства (коррозии данных) может быть измерена также. Однако проводимость соли не часто только изменить свойства коррозии сред, но они также могут иметь негативное воздействие на данных полученных коррозии, например, они могут иметь коррозионных или тормозящее свойств. Эти эффекты можно избежать путем выполнения измерений без этих солей в специальных клетках с изменение геометрии, см. шаги 6 и 7, чтобы как можно меньше расстояния между электродами.
Рисунок 10 и рис 11 Показать спектров импеданса, измеряется в механизме два электрода. Форма спектров импеданса зависит от проводимости используемых среды (топливо). Когда теплопроводности окружающей среды является низким (бензин, EGBs, содержащих до 10 об. % этанола) спектра состоит из только один полукруг (ВЧ-часть). Это полукруг позволяет оценить свойства, которые характеризуют подержанные окружающей среды только (удельное сопротивление, ВЧ-емкость для расчета диэлектрическая проницаемость). Полностью отсутствует часть низкой частоты, характеризующие свойства электродов. При достаточно высокой теплопроводности окружающей среды, спектры состоят из обеих частей высокой и низкой частоты, которые образуют два относительно хорошо разделенных полукруги, см. Рисунок 11. Опять же, высокочастотной части сообщает о свойствах окружающей среды, тогда как низкочастотные емкостным цикла связанные с ответом электрические двойного слоя на этапе интерфейс и параллельно поляризационного сопротивления, который является количество основных коррозии и характеризует уровень мгновенной коррозии. Спектра может быть оценена в соответствии эквивалентная схема, которая представлена на рисунке 11. Измеренные и оценить результаты для мягкой стали в механизме плоский электрод представлены в таблице 1.
Механизм 3 электрод позволяет нам оценить характеристики поляризации представлена в таблице 1 (то есть, поляризационного сопротивления, коррозии потенциал, плотность тока коррозии и тафелевских константы катодной и Анодные части кривой поляризации тафелевских). Эти характеристики может использоваться для расчета мгновенной корродирования от Stern-Гири уравнение, шаг 7,5см. Измерения поляризационных характеристик трудно, особенно в средах с низкой проводимости, как по потенциальной потери (iR падение), которая сильно зависит от сопротивление существенно загружается измеренных данных окружающей среды и расстояние между рабочим и справочным электродов. Это потенциальные потери могут быть сведены к минимуму, оценкам и вычитается из поляризации данные, основанные на импедансной спектроскопии, перед измерения поляризации кривой или импедансной спектроскопии после измерения поляризации кривая. Оцененные поляризационного сопротивления от предыдущих спектра импеданс имеет важное значение для расчета скорости коррозии и сопротивление для расчета падения ИК . Рисунок 12 представляет тафелевских кривой мягкой стали в среде агрессивных E85 топлива без добавления ингибитора до и после компенсации падения iR (синий и красный, соответственно). Кроме того эта цифра показывает линейной области катода и анода частей, которые используются для получения тафелевских коэффициенты. Рисунок 11 также сравнивает тафелевских кривой из мягкой стали, измеряется в среде агрессивных топлива E85, содержащий ингибитор Амин основе, где вся кривая смещается более к катоду потенциалов (для отрицательных значений) и Нижняя плотностях тока, которые ведут к более низкий уровень мгновенной коррозии мягкой стали.
Рисунок 1: воздействия мягкой стали в агрессивной E85 топлива во время статической test. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 2: Схема аппарата лаборатории потока для динамических испытаний: (1) закалки кремния Ванна, фритты для подачи воздуха, (3) предварительный нагрев спирали, Воздухозаборное отверстие (4), (5) образец вешалка, (6) переполнения в колбу хранения, (7) хранения колбу, кулер (8), (9) криостат, (10) Перистальтический насос, термометр (11). Адаптированный с разрешения ссылка14. Авторское право 2013. Факультет экологической технологии, Университет химии и технологии Прага. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 3: Схема аппарата для тестирования коррозионного воздействия масел на строительные материалы в присутствии кислорода при постоянной температуре. (1, 2) охлаждение, (3) рефлюкс, винтовой охладитель с матового стекла совместных и крючок для подвешивания образца (4) термометра, (5) флакон с совместной содержащий образец матового стекла, (6) термостат, (7) фритта с трубки для поставок газа (воздуха), кислорода (8), (9) образца с вешалка. 15 пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 4: Геометрия плоская двухэлектродное механизма с расстоянием электродов около 1 мм и константа ячейки около 0.810-3 см-1. Адаптированный с разрешения ссылка10. Авторское право 2009. Факультет экологической технологии, Университет химии и технологии Прага. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 5: геометрическое расположение электродов в измерительной ячейке: () подключение измерительной ячейки потенцио, (b) рабочих электродом (мы), электрод сравнения (RE), счетчик (вспомогательные) электродом (CE). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 6: строительство рабочих электродом: часть (1) Рабочая (измерения), (2) тефлоновые уплотнения с тефлоновой ленты, (3) расширение для подключения электрода с резьбой, изолированные на обоих концах, на стеклянной трубки, (4) гайка для вытягивать электрода и нажав трубка для рабочих электродом через печать. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 7: время эволюции скорости коррозии мягкой стали в загрязненных потерь топлива и коррозии E85 мягкой стали в загрязненных E10 и E85 топлива перед добавлением ингибитора коррозии во время статической test. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 8: время эволюции скорости коррозии мягкой стали в загрязненных потерь топлива и коррозии E85 мягкой стали в загрязненных E10 и E85 топлива перед добавлением ингибитора коррозии во время динамического test. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 9: поверхности мягкой стали испытания в условиях агрессивной E85 топлива без коррозии (A, C) и ингибитор (B, D) статические (A, B) и динамического испытания (C, D). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 10: сопротивление спектра измеряется в загрязненных E10 топливо для мягкой стали в механизме Вселенский, двухэлектродное после 30 мин экспозиции и эквивалентной схемы, используемые для оценки (в правом верхнем углу). Rтоплива является устойчивость окружающей среды и CPEтоплива является пространственной емкость среды. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 11: сопротивление спектра измеряется в загрязненных Топливо Е85 для мягкой стали в механизме Вселенский, двухэлектродное после 30 мин экспозиции и эквивалентной схемы, используемые для оценки (в правом верхнем углу). Rтоплива является сопротивление среды, CPEтоплива является пространственной емкость среды, Rp поляризационного сопротивления и CPEdl является потеря емкости двойной слой. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 12: поляризации кривые мягкой стали в среде загрязненного топлива Е85 измеряется в механизме тремя электродами. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
| Метод | Параметр | E10 + 0.5% H2O | E10 + 0,5% H2O + ингибитор | E85 + 6% H2O | E85 + 6% H2O + ингибитор |
| Статическое испытание | Скорость коррозии перед травления (мм × год-1) | 0.1 | 0,03 | 9.5 | 1.2 |
| Скорость коррозии после травления (мм × год-1) | 5.5 | 1,3 | 17.9 | 3.4 | |
| Эффективность ингибитора (%) | 76,3 | 80,7 | |||
| Динамическое испытание | Скорость коррозии перед травления (мм × год-1) | 1 | 0,6 | 24.3 | 0.1 |
| Скорость коррозии после травления (мм × год-1) | 13.5 | 4,9 | 56,5 | 17.9 | |
| Эффективность ингибитора (%) | 63.4 | 68,4 | |||
| Электрохимии в механизме Вселенский, два электрода | Удельное сопротивление (кВт × m) | 6440 | 6180 | 2,83 | 2,79 |
| Диэлектрическая проницаемость | 2.9 | 3,0 | 21,8 | 21.5 | |
| Поляризационного сопротивления | - | - | 287,5 | 851.3 | |
| (кВт × см2) | |||||
| Мощность электрических двухслойные (mF × см-2) | - | - | 20.4 | 8.1 | |
| Эффективность ингибитора (%) | - | 66.3 | |||
| Электрохимии в механизме тремя электродами | Поляризационного сопротивления (кВт × см2) | - | - | 20.4 | 49,6 |
| Тафелевских bk (mV) | - | - | 132,5 | 105 | |
| Тафелевских b (mV) | - | - | 325,1 | 213.6 | |
| Коррозия потенциальных (mV) | - | - | -109.5 | -165.1 | |
| Плотность тока (мА × см-2) | - | - | 2 | 0.6 | |
| Мгновенная скорость (мм × год-1) | - | - | 15.5 | 4.8 | |
| Эффективность ингибитора (%) | - | 69,2 | |||
Таблица 1 : Коррозии данных мягкой стали и эффективности определяется пять различных методов ингибитора.
| Материал | Начальный вес (г) | Вес после травления (g) | Область образца (2m) | Скорость коррозии (мкм × год-1) |
| Сталь | 7.8025 | 7.8012 | 0.001 | 2.5 |
| Латунный 1 | 11.8687 | 11.8619 | 0.0012 | 9,9 |
| Латунь 2 | 10.5686 | 10.5645 | 0,002 | 3.6 |
Таблица 2 : Скорость коррозии (после засолки) латуни и стальные образцы подвергаются в среде масла в двигателе, загрязненных с агрессивным E 100 топливо (15 vol. %) в рамках 14 дней после статического испытания под рефлюкс кулер.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Основной принцип динамического испытания и оба статических испытаний является оценка потери веса металлических образцов в метал коррозийной среде (топливо) систем в зависимости от времени, пока не будет достигнуто устойчивое состояние (т.е., без дальнейшей потеря веса происходит). Скорость коррозии металла в коррозийной среде рассчитывается от потери веса и времени. Преимуществом долгосрочный статические коррозия (шаг 1) является надежность полученных результатов, простота и низкие требования на материал и инструментальной оснастки. С другой стороны это трудоемкий метод, как много времени необходимо для достижения устойчивого состояния металла топливной системы для оценки скорости коррозии.
Главное преимущество представленной динамического испытания по сравнению с статических испытаний является значительное сокращение измерения времени для достижения устойчивого состояния металла топливной системы. Аппарат разработан таким образом, что он прост в эксплуатации и обрабатывать с использованием проверенных материалов. Тестирование может выполняться в окислительной (воздуха) или атмосфере инертных (азот). Еще одним преимуществом является возможность протестировать метал топливных систем в разных тестовых условий (температуры, расхода сред коррозии и газообразных сред). Кроме того аппарат позволяет для прогнозирования топлива, старение, тестирование качества топлива или тестирования топлива влияние на металлических и неметаллических материалов. Металлы и средах тестируются на значительно более тяжелых условиях, чем по сравнению с статические испытания. Основным недостатком методов являются более высокие требования на материал и инструментальной оснастки и потребление энергии.
Статическое испытание под рефлюкс кулер (шаг 3) позволяет для тестирования материалов в среде вязких жидкостей (например, двигатель нефти после истечения срока его годности или загрязненные биотоплива) при повышенных температурах и в присутствие окислительная или инертной атмосфере. Недостатки же как те для динамического испытания.
Представленные электрохимические методы могут сообщить о времени курс коррозии потенциалов, мгновенно коррозии, процессы, происходящие на интерфейсы, металл-окружающей среды, а также о свойствах передачи коррозии среды, например, проницаемости и экологической устойчивости (проводимость). Эти методы являются сравнительно простой, быстрый и дать надежных и воспроизводимых результатов. С другой стороны они имеют более высокие требования на инструментальной оснастки (потенцио, galvanostat), который позволяет для измерения в неводных средах.
Представлены два электрода электрохимические системы (шаг 6) очень прост и легко демонтируемые, который позволяет для легкого управления поверхности электрода и его лечение, шлифовки и полировки до измерения. Другими преимуществами являются большой поверхности обоих электродов, которая позволяет даже распространения коррозии плотности, а также небольшое расстояние между обоих электродов, которые делает его возможным для выполнения измерений даже в менее проводящих средах, таких как бензинов без базового электролитов. Конструкция системы позволяет для измерения электродные свойства для оценки мгновенной коррозии металлических материалов даже для загрязненных или окисленного топлива E10 после длительного воздействия раз22,23. Было установлено, что основных ограничивающих факторов для коррозии данных измерений с помощью ЭИС в механизме двухэлектродное удельным сопротивлением 4,7 MΩ·m и относительная диэлектрическая проницаемость топлива 2.6922,23.
Представлена тремя электродами электрохимические системы (шаг 7) делает возможным для измерения поляризационных характеристик, которые не могут быть измерены в системе двух электрода. Благодаря геометрии подходящих клеток это возможно для измерения поляризационных характеристик в менее проводящего, неводных средах, таких как незагрязненный EGBs, содержащих 40 vol. % этанола22,23.
Для того чтобы сравнить данные, полученные из представленных методов друг другу, необходимо сохранить соотношение жидкости (топливо) vs. металлические поверхности, то же самое для каждого метода. Если нет, только тенденции результатов, полученных от отдельных методов можно сравнить с друг друга как представлены в нашей предыдущей публикации22,23, где различные тенденции в результатах электрохимических методов и статические испытания) различные соотношения металлических образцов области и коррозионные среды) сравниваются в зависимости от содержания этанола топлива, загрязнение и степени окисления (пероксиды, кислотные вещества, содержание воды, и т.д.).
Для всех представленных методов необходимо обратить внимание на лечении металлических образцов. Пример лечения всегда должны быть выполнены в том же порядке, иначе измерений могут быть загружены из-за ошибки. Важно, чтобы всегда использовать наждачную бумагу с тем же размером зерна и используется шкурки должна быть одноразовые, то есть, один кусок наждачной бумаги для каждой выборки и измерения. Поверхность должна быть скорректирована равномерно, не может содержать любой поверхностные дефекты, такие как царапины, ямы и т.д.
Для электрохимических методов важно обратить внимание на электроды против переполнения, особенно для рабочих электродом в механизм тремя электродами. Для рабочих электродом важно также уделять внимание контакт между рабочей частью электрода и крепления для крепления потенцио. Электроды не должны касаться друг друга. Желательно, что мост электрод сравнения как можно ближе к рабочих электродом. Желательно, чтобы равномерно расположить вспомогательный электрод вокруг рабочем электроде, тем, что плотность тока между ними равномерно распределены.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Авторы не имеют ничего сообщать.
Acknowledgments
Это исследование финансировалось из институциональной поддержки для долгосрочного концептуального развития научно-исследовательской организации (регистрационный номер компании CZ60461373), представленной министерством образования, молодежи и спорта, Чешская Республика, рабочие Программа Прага - конкурентоспособности (CZ.2.16/3.1.00/24501) и «Национальная программа устойчивого развития» (НПУ я 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).
