电化学腐蚀的研究基础

这一过程涉及恶化或退化的金属称为腐蚀。腐蚀的最典型的例子是合金或金属的退化。通常,在本质上是电化学腐蚀现象和由两个或两个以上的反应表面的腐蚀金属。

的一个反应是还原反应(例如,减少氧气),和被称为阴极部分反应。另一种是氧化(如溶解的铁),也称为阳极部分反应。电化学反应的产品可以相互发生化学反应来创建最终的产品(如生锈)。例如,腐蚀的铁创建锈病发生根据总体反应:

这个反应包括减少氧、铁的溶解,和锈的形成:

类型的腐蚀

微生物腐蚀(MIC)

微生物腐蚀(MIC)指的是生物有机体或微生物造成的腐蚀。这些微生物分类等共同特征化合物(即他们的影响。、硫氧化)或其副产品(即。污泥生产)。

他们都是分类的两组根据他们的氧气要求;一个是有氧(需要氧气),如硫氧化细菌,和其他被厌氧(需要很少或根本没有氧气),如硫酸盐还原菌。

缝隙腐蚀

缝隙腐蚀是一种局部的腐蚀发生的停滞不前的解决方案在一个小(微)裂缝。当地的化学变化的裂缝(屏蔽区域)如在绝缘材料形成,垫圈,disbonded涂料、线程、紧固件,表面沉积,垫圈,搭接接头和夹子,可以导致缝隙腐蚀。

电化学腐蚀

电化学腐蚀是指腐蚀损害发生在两个不同的腐蚀电解质材料是耦合的。亚博网站下载当两个或两个以上不同的金属是进入水下电接触。

当电偶的形式,这对夫妇成为阴极的金属之一,腐蚀低于单独另成为阳极腐蚀速度比自己。当在海水中,夫妻可能会腐蚀金属。

均匀腐蚀

均匀腐蚀导致的损失材料直到失败。它的特点是腐蚀作用对整个表面均匀,或者大部分的面积金属受到攻击。这是最普遍的形式的腐蚀。

点状腐蚀

点状腐蚀是一种局部的腐蚀的销孔或坑中创建的材料。将被认为是比均匀腐蚀损害更危险更难以预测,因此设计。腐蚀产物通常涵盖了坑,这常常使极难被发现。窄,小坑以最小的整体金属损失会导致整个工程的失败系统。

图1- - - - - -不同类型的腐蚀:

1。均匀腐蚀2。和3所示。点状腐蚀4所示。电化学腐蚀5。缝隙腐蚀6。微生物腐蚀

腐蚀电化学表征方法

电化学噪声(ECN)

在局部腐蚀、电化学噪声是由随机(随机)流程的组合,例如被动电影和repassivation的崩溃。ECN的测量电流和/或潜在的噪音和数据的分析利用快速傅里叶变换(FFT)。

电化学阻抗谱(EIS)

电化学阻抗谱或EIS已成功应用于近年来腐蚀系统的研究。的一个好处EIS /直流(DC)方法是利用的可能性非常小的振幅信号没有明显干扰被度量的属性。

线性扫描伏安法(LSV)

最普遍采用的技术之一是线性扫描伏安法或LSV描述腐蚀现象。它涉及广泛的潜在的工作电极,然后测量电流响应。有价值的信息可以发现腐蚀速率、腐蚀机制和具体材料的磁化率在各种环境中运用LSV腐蚀。亚博网站下载

腐蚀速率的测定

暴露样品测试介质(如海水)和测量材料的重量损失作为时间的函数是最简单的方法测量金属的腐蚀速率。然而,尽管这些测试很简单,没有简单的方法来推断结果预测系统的生命周期进行调查。

此外,一些腐蚀过程发生质量无显著变化(如点状腐蚀)这使得他们很难检测重量的方法。电化学技术提供一个替代传统方法用来建立腐蚀的速度。直接和定量测定腐蚀速率可以通过建立一个简单的像LSV电化学测试。

大多数是电化学腐蚀现象在自然界和由反应表面的腐蚀金属。因此电化学测试技术可以用来描述腐蚀机制和预测腐蚀速率。

腐蚀速率的计算

的腐蚀速率依赖于动力学阴极(减少)和阳极氧化反应。有金属溶解率之间的线性相关或腐蚀速率,R_米,腐蚀电流我_相关系数根据法拉第定律:

在哪里米的原子量是金属,ρ是密度,n的电荷数量显示的电子交换和溶解反应吗F是法拉第常数(96.485 C /摩尔),样品的面积。M / n比率有时也称为当量。

腐蚀电流的计算

腐蚀电流的确定需要计算腐蚀速率。腐蚀电流可以计算使用塔费尔斜率分析一旦反应建立了腐蚀反应的机制。

电流密度之间的关系和潜在的阳极和阴极电极反应电荷转移控制由Butler-Volmer方程给出:

在上面的方程E应用潜力和吗我测量电流密度。的超电势η被定义为应用潜力和腐蚀电位之间的区别。腐蚀电位,E_相关系数的开路电位腐蚀金属。腐蚀电流,我_相关系数和塔菲尔常数b_一个,b_c从实验数据可以测量。

塔费尔方程Butler-Volmer方程简化为大阳极过电压(η/b_一个> > 1)阳极反应:

类似地,对于大的阴极过电位(η/b_c< < 1)阴极反应的塔费尔方程给出:

使用塔费尔直线预测方程的变化电流密度的对数与潜力。所以,半对数图所示电流常常被称为塔费尔情节。这种类型的分析被称为塔费尔斜率分析。

图2——当前潜在阴谋铁螺丝沉浸在海水。

有必要信息电极表面积,当量和材料的密度来进行塔费尔分析。塔费尔斜率分析供应极化阻力和腐蚀速率。然而,如果线性塔费尔地区包括至少1十年当前,正确估计的塔菲尔斜坡是可能的。

图3——塔费尔情节铁螺丝沉浸在海水。塔菲尔的线性部分情节进行标识。

极化电阻测量

极化电阻R_p

当其潜在被迫远离其价值在开路或腐蚀电位,电极极化。由于电化学反应,诱发一个电极的电极表面极化电流。显示了极化电阻由以下方程:

如果ΔE的变化应用潜在的腐蚀电位和吗Δi由此产生的极化电流。极化电阻,R_p就像一个电阻,可以通过测量当前的势能曲线的斜率的倒数在开路或腐蚀电位。

在电极的极化电流的大小由反应动力学和扩散控制反应物远离电极和向它。使用Butler-Volmer方程为小η,即为潜力接近腐蚀电位,Butler-Volmer方程可以简化为:

此外,如果表达式是重新安排:

的腐蚀电流极化电阻可以使用上面的方程计算如果塔费尔斜坡是已知的。

如果塔费尔斜坡是未知的,例如当腐蚀机理不清楚,R_p仍然可以用作定量参数以比较耐腐蚀金属的条件下。低R_p意味着低耐蚀性和高R_p金属意味着高耐腐蚀。

图4——LSV数据在海水中腐蚀的铁螺丝。

测量R_p运用LSV

LSV实验的结果进行一个铁螺丝沉浸在海水中可以观察到图4。通过执行线性回归数据从- 0.329 V至0.309 V(即10 mV阴极和10 mV阳极相对于腐蚀电位),曲线的斜率在腐蚀电位(- 0.319 V)可以计算。

图5显示了回归的结果。极化电阻R_p从逆斜率计算(1 /斜率)和建立9.442 kΩ。

图5——计算回归直线方程的腐蚀铁螺丝在海水中。

R的测量_p利用电化学阻抗谱(EIS)

电化学阻抗谱也可以用来测量极化电阻。一个反等效电路(如图6所示)可以用来估计R_p对于简单系统的奈奎斯特图显示了一个半圆,

尼奎斯特图硫酸腐蚀的铁的实验数据解决方案是如图7所示。实线代表的回归反电路测量极化电阻R_p。

图6——反等效电路。

图7——奈奎斯特图估计使用EIS Rp在海水腐蚀的铁。

腐蚀抑制剂

缓蚀剂是一种物质,当添加在一个小浓度的环境会降低金属的腐蚀速率是暴露于环境。抑制剂经常扮演一个关键的部分在石油加工和提取行业一直被视为对腐蚀的第一道防线。

混合抑制剂

混合抑制剂函数通过减少阳极和阴极反应。他们通常是成膜化合物导致表面沉淀物的形成块阴极和阳极间接的网站。

硬质水,富含镁和钙腐蚀性不如软水。这是因为的趋势在硬质水盐沉淀金属表面形成保护膜。

最常见的这类抑制剂是磷酸盐和硅酸盐。例如,硅酸钠是利用在许多国内水软化剂为了防止铁锈水发生。硅酸钠保护铜、钢和黄铜充气热水系统。然而,保护在很大程度上依赖于pH值和并不总是可靠的。

为有效抑制,磷酸盐也需要氧气。磷酸盐和硅酸盐不承担保护的程度由亚硝酸盐、铬酸盐,但他们是非常有用的在无毒添加剂的情况下是必要的。

阴极抑制剂

阴极抑制剂通过选择性地沉淀在阴极区域限制减少物种的扩散到表面或通过减缓阴极反应本身。阴极反应的速度可以降低阴极毒药的利用率。然而,阴极毒药也可以提高金属氢致开裂的敏感性,这是因为氢也可以吸收的金属在阴极充电或水腐蚀。

氧利用率的拾荒者与溶解氧反应,腐蚀速率也可以降低了。亚硫酸盐及亚硫酸氢离子是食腐动物,可以结合氧的例子创建硫酸。

阳极抑制剂

阳极抑制剂通常通过形成一个保护性氧化膜表面的金属会引起一个大阳极腐蚀电位的转变。这一转变迫使金属表面钝化区域。他们有时也被称为钝化剂。一些阳极抑制剂的例子有钼酸盐,硝酸盐、铬酸盐、钨酸盐。

挥发性缓蚀剂

挥发性缓蚀剂(VCI),也称为汽相抑制剂(新品),在一个封闭的化合物运输环境腐蚀的蒸发源的网站。

在锅炉、挥发性基本化合物如肼或吗啉,进行与蒸汽在冷凝器管来防止腐蚀表面的pH值转向低酸性和腐蚀性的值,或者通过二氧化碳中和酸性。在封闭的蒸汽空间像集装箱,挥发性固体盐等dicyclo-hexylamine, hexamethylene-amine和环己胺。

这些盐的蒸汽凝结,由任何水分解放保护离子水解当这些抑制剂接触金属表面。是有利的,对于一个高效的VCI,快速供给抑制同时也持续很长一段时间。这两个品质取决于这些化合物的波动;迅速采取行动要高波动而持久的保护需要低波动。

评价缓蚀剂

电化学技术通常用于评估腐蚀抑制剂的效率。电化学方法的好处是测量时间短和机械的信息供应,不仅有助于防腐设计的策略也在设计新的抑制剂。

LSV实验可以评估缓蚀剂的性能。阴极电位的实验开始之前确保任何氧化层存在实验的开始减少。

极化曲线的解决方案没有抑制剂,分别用红色和蓝色的,如图8所示。阳极极化曲线的一部分没有抑制剂通常为活性金属溶解。

图8——线性极化测量没有(蓝色)和腐蚀抑制剂的存在(红色)。

数据表明,有一个转变的腐蚀电位阳极方向和阳极电流的减少当一个阳极钝化剂添加到解决方案。腐蚀抑制剂也会导致钝化膜的形成钝化高原的出现证明了这一点。

资源

在全球范围内,ASTM国际标准
www.astm.org/Standard/standards-and-publications.html

NACE国际标准
nace.org/resources

腐蚀科学概论亚博老虎机网登录
作者:大肠McCafferty Springer 2010

腐蚀的基本原理
作者:JC史高丽帕加马3 e 1990

原则和防止腐蚀
作者:丹尼皮尔逊琼斯2 e 2013

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