Apsorpcija kisika naspram korozije evolucije vodika: Ključne razlike

Vodena korozija je najrasprostranjeniji i ekonomski najrazorniji oblik degradacije metala u industriji, marinac, infrastrukture, i oblasti hemijske obrade.

Svi procesi mokre elektrohemijske korozije oslanjaju se na uparenu anodnu oksidaciju metala i reakcije katodne redukcije.

Zasnovan na različitim mehanizmima katodne depolarizacije, vodena korozija metala je striktno kategorizirana u dva tipa jezgra: korozija evolucijom vodonika (HEC) i korozija apsorpcije kiseonika (OAC).

Ova dva načina korozije upravljaju gotovo svim scenarijima kvara metala tečne faze, ipak se drastično razlikuju u elektrohemijskim principima, ekološki okidači, kinetika reakcije, morfološke karakteristike, i strategije kontrole.

Pogrešna procjena dominantnog mehanizma korozije je vodeći uzrok neučinkovitog antikorozivnog dizajna, preranog kvara opreme, i povećani troškovi održavanja.

1. Šta je korozija apsorpcije kiseonika?

Korozija apsorpcije kiseonika, tačnije nazvan korozija redukcije kiseonika, jedan je od najčešćih elektrohemijskih mehanizama korozije koji utječu na ugljični čelik i druge metale u vodenim sredinama.

Posebno je zastupljen u neutralnoj i blago alkalnoj vodi, gdje otopljeni kisik djeluje kao glavni katodni reaktant koji održava otapanje metala.

Mehanizam je lako previdjeti jer ne uzrokuje nužno brzu ili dramatičnu štetu na početku. Umjesto toga, korozija se može odvijati relativno sporo, ali kontinuirano.

Tokom mjeseci ili godina, ovaj postepeni gubitak metala može smanjiti debljinu zida, stvaraju produkte korozije, pokrenuti lokalizovani napad, i na kraju dovode do curenja ili perforacije.

Jednostavna inženjerska interpretacija je:

Voda obezbjeđuje elektrolit, otopljeni kisik održava katodnu reakciju, a metal opskrbljuje elektrone kroz anodno otapanje.

Zbog toga je korozija kiseonikom posebno važna u sistemima u kojima je voda stalno izložena vazduhu ili neprekidno cirkuliše.

Tipična industrijska okruženja uključuju centralne sisteme za klimatizaciju rashlađene vode, industrijske rashladne vodene petlje, rashladni tornjevi, komunalnih i građevinskih vodovoda, tenkovi, Izmjenjivači topline, i razni sistemi za prečišćavanje vode.

Iako neutralna i slabo alkalna voda je klasično okruženje, redukcija kiseonika takođe može učestvovati u koroziji u kiselim uslovima.

Povećanje kiselosti općenito mijenja katodnu kinetiku i može ubrzati ukupnu koroziju, dok redukcija kisika može nastaviti djelovati zajedno s reakcijama evolucije vodika.

Gdje se javlja korozija apsorpcije kisika?

Korozija redukcijom kisika može se razviti kad god je metalna površina izložena vodenom elektrolitu koji sadrži otopljeni kisik.

Ozbiljnost ovisi o koncentraciji kisika, hemija vode, temperatura, protok, stanje površine, i sposobnost kiseonika da dopre do metala.

Centralni HVAC sistemi i sistemi rashlađene vode

Otvoreni ili slabo odzračivani cirkulacioni sistemi mogu kontinuirano unositi kiseonik u vodu.

Pumpe, ekspanzioni rezervoari, vode za šminkanje, curenja, i aktivnosti održavanja mogu pružiti prilike za ulazak zraka.

Cevovodi i komponente od ugljeničnog čelika mogu postepeno razviti opštu koroziju, naslage rđe, i lokalizirani napad kada kisik nije adekvatno kontroliran.

Industrijski sistemi rashladne vode

Sistemi za hlađenje često kombinuju cirkulaciju vode, povišena temperatura, otopljene soli, i kontinuirani kontakt sa vazduhom.

Rashladni tornjevi su posebno važni jer je voda namjerno izložena atmosferi.

Ovo stvara kontinuiranu opskrbu kisikom koja može podržati koroziju na cijevima od ugljičnog čelika, Izmjenjivači topline, tenkovi, i drugu metalnu opremu.

Rashladni tornjevi

Rashladni tornjevi su klasična okruženja bogata kisikom jer se voda distribuira na velikim površinama i direktno stupa u interakciju s atmosferskim zrakom..

Kombinacija:

Veliki interfejs voda-vazduh + kontinuirana cirkulacija + otopljene soli + varijacija temperature

može stvoriti povoljne uslove za koroziju ako se hemijom vode i kontrola korozije ne upravlja pravilno.

Komunalni i građevinski vodovodni sistemi

Cijevi za distribuciju vode i sistemi za skladištenje također mogu iskusiti koroziju uzrokovanu kisikom, posebno tamo gdje voda ostaje gazirana i gdje su prisutni metali skloni koroziji.

Sekcije sa malim protokom, mrtve noge, slabo isušena područja, i stajaća voda može stvoriti značajne razlike u lokalnoj koncentraciji kisika i stoga doprinijeti lokaliziranoj koroziji.

Sistemi čiste ili tretirane vode na sobnoj temperaturi

Čak i relativno čista voda nije automatski nekorozivna. Niska ionska kontaminacija može smanjiti provodljivost elektrolita, ali rastvoreni kiseonik i dalje može da učestvuje u elektrohemijskim reakcijama.

Rezultirajuće ponašanje korozije ovisi o metalu, temperatura, koncentracija kiseonika, uslovi protoka, i površinski film.

Kako djeluje korozija apsorpcije kisika?

Proces korozije se sastoji od spregnutih anodnih i katodnih reakcija.

U anodnom području, metal gubi elektrone i ulazi u okolnu vodu kao metalni joni.

Ti elektroni zatim putuju kroz metalnu strukturu prema katodnim područjima, gdje se smanjuje otopljeni kisik.

Za željezo i ugljični čelik, pojednostavljeni niz je:

Otapanje metala → oslobađanje elektrona → redukcija kisika → stvaranje hidroksida → razvoj proizvoda korozije

Otopljeni kisik stoga djeluje kao akceptor elektrona koji omogućava da se reakcija anodnog rastvaranja nastavi.

Ovo objašnjava zašto se korozija može nastaviti čak i kada se metalna površina čini vizualno stabilnom.

Elektrohemijski proces se dešava na mikroskopskim anodnim i katodnim mestima koja se mogu pomerati tokom vremena.

Eventualni vidljivi proizvodi - smeđa rđa, crni oksidi, narandžaste naslage, ili debeli korozijski noduli—su sekundarni produkti elektrohemijskih reakcija, a ne sam početni mehanizam korozije.

Temperatura takođe menja ponašanje korozije kiseonikom

Temperatura ima konkurentne efekte.

Povećanje temperature općenito ubrzava kinetiku elektrokemijskih reakcija i procese povezane s difuzijom.

Istovremeno, rastvorljivost kiseonika u vodi generalno opada kako temperatura raste na atmosferskom pritisku.

Samim tim, uticaj temperature na koroziju redukcije kiseonika ne može se predvideti samo iz temperature.

Za inženjerske sisteme, potrebno je razmotriti:

Temperatura + rastvorenog kiseonika + protok + hemija vode + stabilnost korozionog filma

Ovo je posebno važno za sisteme hlađenja i izmjenjivače topline gdje se temperatura vode može značajno promijeniti u cijelom krugu.

Tipične karakteristike korozije pri apsorpciji kiseonika

Osnovna strategija protiv korozije za koroziju koja apsorbuje kiseonik

Centralni cilj je smanjiti uslove koji omogućavaju redukciju kiseonika da bi se održalo anodno otapanje metala.

Smanjite izlaganje kiseoniku

Gdje to dozvoljava dizajn sistema, smanjenje ulaska zraka i otopljenog kisika može smanjiti pokretačku silu korozije koja smanjuje kisik.

Moguće mjere uključuju kontrolirano odzračivanje, minimiziranje nepotrebnog uvlačenja zraka, i smanjenje ponovljene izloženosti cirkulirajuće vode atmosferskom kisiku.

Koristite inhibitore korozije

Odgovarajući inhibitori mogu ometati anodno otapanje, katodne reakcije, ili oboje.

Odabir se mora temeljiti na specifičnom metalu, hemija vode, radna temperatura, i ekološke zahtjeve.

Postavite zaštitne folije

Za neke vodovodne sisteme, tretmani pre snimanja ili pasivizacije mogu stvoriti zaštitno stanje površine. Efikasnost u velikoj meri zavisi od hemije materijala i vode.

Kontrolna skala i mulj

Uklanjanje naslaga pomaže u sprečavanju razvoja ćelija diferencijalne aeracije.

Tretman vode, filtracija, blowdown, čišćenje, i kontrola naslaga stoga može indirektno smanjiti lokaliziranu koroziju kisika.

Kontrolna hemija vode

pH, alkalnost, provodljivost, hlorid, rastvorene čvrste materije, mikrobiološka aktivnost, i koncentracija inhibitora može uticati na ponašanje korozije.

Kontrola pH je važna, ali korozija kiseonikom ne bi trebalo da se svede na jednostavan problem „podešavanja pH”..

Dostupnost kiseonika i diferencijalna aeracija mogu ostati važni čak i kada je pH unutar predviđenog radnog opsega.

2. Šta je korozija evolucije vodonika?

Evolucija vodonika korozija je elektrohemijski mehanizam korozije u kojem katodna reakcija proizvodi vodik na metalnoj površini.

Najjače je povezan s kiselim vodenim sredinama, gde su joni vodonika lako dostupni da prihvate elektrone oslobođene tokom anodnog rastvaranja metala.

U poređenju sa korozijom redukcijom kiseonika, što je često uporan proces u gaziranoj vodi, korozija evolucijom vodonika može biti mnogo agresivnija u dovoljno kiselim uslovima.

Za ugljični čelik i mnoge druge aktivne metale, snižavanje pH otopine može značajno povećati brzinu anodnog rastvaranja jer katodna reakcija evolucije vodika može teći lako.

Zbog toga se tokom kiselog kiseljenja često susreće korozija izazvana evolucijom vodonika, hemijsko čišćenje, uklanjanje kamenca, operacije kiselinskog procesa, rukovanje kiselim otpadnim vodama, i drugi procesi koji uključuju rastvore sa niskim pH.

Pojednostavljeni praktični opis je:

Metal gubi elektrone, joni vodonika troše te elektrone, a na površini se formira gas vodonik.

Vidljivi mjehurići vodonika stoga nisu uzrok korozije. Oni su produkt katodne reakcije koja omogućava nastavak oksidacije metala.

Scenariji pojavljivanja

Evolucija vodika je posebno važna kada je elektrolit kiseo ili kada je metal podvrgnut jakoj katodnoj polarizaciji.

Uobičajeni scenariji uključuju:

• Kiselo kiseljenje: Kiselina uklanja oksidni kamenac sa čelika, ali prekomjerno izlaganje može također napasti osnovni metal.
• Hemijsko uklanjanje kamenca i čišćenje: Kiseli rastvori koji se koriste za uklanjanje naslaga mogu nastaviti sa otapanjem podloge nakon što se talog eliminiše.
• Sistemi kiselih otpadnih voda: Otpadna voda niskog pH može kontinuirano napadati cijevi od ugljičnog čelika, tenkovi, i drugu opremu.
• Sistemi kisele procesne vode: Industrijske tekućine koje sadrže mineralne ili organske kiseline mogu izazvati agresivnu koroziju.
• Katodna zaštita: Previše negativni potencijali mogu povećati proizvodnju vodonika, posebno na čelicima visoke čvrstoće.
• Elektrohemijska obrada: Vodonik može evoluirati tokom galvanizacije, electrowinning, kiselo, i drugi katodni procesi.

Ozbiljnost zavisi od više od pH vrednosti. Koncentracija kiseline, temperatura, vrijeme izloženosti, kiselinski tip, sastav legure, stanje površine, protok, a efikasnost inhibitora može značajno promijeniti brzinu korozije.

Mehanizam korozije

Korozija evolucijom vodika sastoji se od spregnutih anodnih i katodnih procesa.

Na anodnim mjestima, metal gubi elektrone i rastvara se u elektrolitu.

Oslobođeni elektroni putuju kroz metal prema katodnim mjestima, gdje ih konzumiraju vrste koje sadrže vodonik.

U kiseloj sredini, ioni vodonika se reduciraju na površini, konačno formirajući molekularni vodonik. U manje kiselim sredinama, redukcija vode može obezbijediti izvor vodonika.

Ukupni proces se stoga može shvatiti kao:

Otapanje metala → prijenos elektrona → redukcija vodonika → površinsko formiranje vodonika → razvijanje plinovitog vodonika

Kiselo okruženje

U jako kiselim rastvorima, redukcija protona može se lako nastaviti na mnogim aktivnim metalima.

Ovo omogućava katodnoj reakciji da održi brzo anodno otapanje, zbog čega ugljenični čelik može veoma brzo korodirati tokom nekontrolisanog tretmana kiselinom.

Kinetika površine

Evolucija vodika u velikoj mjeri ovisi o površini metala. Previsok potencijal vodonika, katalitička aktivnost, oksidnih filmova, Legirani elementi, depoziti, i stanje površine utiču na brzinu reakcije.

Samim tim, dva metala izložena istoj kiselini mogu pokazati značajno različito ponašanje korozije.

Ulazak vodonika u metal

Ne mora sav površinski generiran vodonik izlaziti kao plin. Frakcija može ostati adsorbirana na površini i, pod odgovarajućim uslovima, ući u metal.

Ovo stvara potencijalni niz:

Generisanje vodonika → adsorpcija → apsorpcija → difuzija/hvatanje

Za osjetljive čelike visoke čvrstoće, apsorbirani vodonik može doprinijeti krhkosti vodika ili pucanju uz pomoć vodika kada se kombinira s odgovarajućim naprezanjem i mikrostrukturnim uvjetima.

Važno je, evolucija vodika i vodikova krtost nisu sinonimi.

Evolucija vodika daje potencijalni izvor vodonika; osjetljivost materijala i uzimanje vodonika određuju da li će doći do značajnih oštećenja.

Tipične karakteristike

Korozija evolucijom vodika ima nekoliko karakteristika koje je razlikuju od korozije redukcije kisika.

Jedna posebno važna karakteristika je da jaka korozija ne proizvodi nužno obilje rđe.

U kiseloj sredini, proizvodi korozije gvožđa mogu ostati otopljeni umjesto da formiraju debele crvenkasto-smeđe naslage koje se obično uočavaju u gaziranoj neutralnoj vodi.

Kao rezultat, komponenta može izgledati relativno čisto dok dolazi do značajnog gubitka osnovnog metala.

Osnovna strategija protiv korozije

Osnovni cilj je kontrola hemijskih i elektrohemijskih uslova koji dozvoljavaju prekomerno otapanje metala i stvaranje vodonika.

Kontrolirajte koncentraciju kiseline

Koristite samo koncentraciju kiseline koja je potrebna za postizanje predviđenog cilja čišćenja ili obrade. Višak kiselosti može ubrzati napad supstrata.

Ograničite vrijeme ekspozicije

Tretman kiselinom treba da ima definisan prozor procesa. Kada se kamenac ili naslage uklone, kontinuirano izlaganje povećava gubitak osnovnog metala bez pružanja ekvivalentnih prednosti procesa.

Kontrola temperature

Više temperature mogu ubrzati kinetiku elektrohemijske reakcije.

Kiselinsko čišćenje bi stoga trebalo raditi unutar validiranog temperaturnog raspona umjesto da se oslanja na nepotrebno visoke temperature.

Koristite odgovarajuće inhibitore korozije

Inhibitori mogu smanjiti napad kiseline na osnovni metal, a istovremeno omogućavaju kiselini da izvrši svoju predviđenu funkciju čišćenja.

Tačan inhibitor i koncentracija moraju biti validirani za određenu kiselinu, legura, i radna temperatura.

Odmah isperite i neutralizirajte

Nakon tretmana kiselinom, ostatke kiseline treba brzo ukloniti odgovarajućim postupcima ispiranja i neutralizacije kako bi se spriječio nastavak napada tijekom skladištenja ili naknadne obrade.

Kontrolirajte katodnu zaštitu

Za zaštićene objekte, potencijal treba održavati unutar specificiranog raspona kontrole. Pretjerano negativni potencijali mogu povećati evoluciju vodonika i stvoriti rizik od uzimanja vodonika.

Uzmite u obzir podložnost materijala

Gdje je proizvodnja vodonika neizbježna, odabir materijala treba uzeti u obzir osjetljivost na vodonik, posebno za čelike visoke čvrstoće i druge legure sklone pucanju uz pomoć vodika.

3. Redukcija kiseonika vs. Korozija evolucijom vodonika: Fundamentalna razlika

Iako su oba mehanizma katodni procesi koji podržavaju anodno otapanje metala, suštinski se razlikuju po svojim reaktantima, ekološki zahtjevi, kontrolni faktori, ponašanje korozije, i strategije prevencije.

4. Redukcija kiseonika i evolucija vodonika u realnim korozivnim sistemima

U stvarnim industrijskim okruženjima, korozija rijetko prati savršeno izolirani mehanizam.

Smanjenje kisika i evolucija vodika mogu se dogoditi istovremeno, takmičiti za katodnu struju, ili postati dominantan na različitim lokacijama i fazama usluge.

Ravnoteža ovisi o otopljenom kisiku, pH, potencijal elektrode, temperatura, sastav elektrolita, uslovi protoka, i elektrohemijske karakteristike metalne površine.

Ovo je posebno važno kada se analiziraju kvarovi. Identificiranje okoline jednostavno kao “kiseonička korozija” ili “kiselina korozija” možda neće biti dovoljno.

Dominantna katodna reakcija može se mijenjati kako se mijenja lokalno okruženje.

Gazirana neutralna voda: Redukcija kiseonika obično dominira

U otvorenim ili oksigeniranim sistemima vode, rastvoreni kiseonik je lako dostupan na površini metala.

Za mnoge sisteme ugljičnog čelika koji rade blizu neutralnog pH, redukcija kiseonika je stoga važan katodni proces.

Tipični primjeri uključuju:

• Industrijski krugovi rashladne vode
• Rashladni tornjevi
• Otvoreni rezervoari za skladištenje
• HVAC cirkulacioni sistemi
• Vodovodni cjevovodi
• Atmosferski vodeni filmovi

Pod ovim uslovima, korozija se često karakterizira postepenim, ali upornim gubitkom metala.

Kruženje vode može kontinuirano obnavljati otopljeni kisik, dok naslage i stagnirajuće zone mogu stvoriti lokalne razlike u koncentraciji kisika.

Glavni inženjerski problemi su opšte stanjivanje zidova, diferencijalno-aerirajuća korozija, pitting, i lokalizirani napad uz pomoć depozita.

Deaerated Water: Uklanjanje kiseonika menja katodni put

Odzračivanje može značajno potisnuti redukciju kisika, ali to ne mora nužno eliminirati koroziju.

Jednom otopljeni kiseonik postaje oskudan, drugi katodni proces može podržati potrošnju elektrona.

Ovisno o pH, potencijal, temperatura, i površine materijala, smanjenje vode i evolucija vodika mogu postati sve važniji.

Ovo proizvodi važnu inženjersku distinkciju:

Odzračivanje može ukloniti jedan glavni katodni put, a da metal ne učini elektrohemijski neaktivnim.

Rezultirajuća stopa korozije može se značajno smanjiti, ali preostali katodni proces se i dalje mora uzeti u obzir.

Ovo je posebno važno u zatvorenim industrijskim sistemima vode gdje se koncentracija kisika može kontinuirano mijenjati tokom pokretanja, shutdown, održavanje, ili hemijski tretman.

Kisela i gazirana rješenja: Obje reakcije mogu koegzistirati

Kisela otopina može sadržavati i ione vodika i otopljeni kisik.

Pod ovim uslovima, katodna površina može podržavati:

Redukcija kiseonika

i

Evolucija vodonika

u isto vreme.

Koja reakcija više doprinosi ukupnoj katodnoj struji ovisi o kinetici površine metala, transport kiseonika, pH, i potencijal elektrode.

Na početku ekspozicije, kiseli rastvor bogat kiseonikom može pokazati značajnu aktivnost redukcije kiseonika.

Kako se kisik troši ili transport postaje ograničen, evolucija vodonika može postati relativno važnija.

Dakle, katodni mehanizam može evoluirati s vremenom:

Bogat kiseonikom → mešovito katodno ponašanje → osiromašen kiseonikom → veći doprinos vodonika

Ovo dinamičko ponašanje je posebno važno u pukotinama, depoziti, zatvorene posude, i stagnirajući dijelovi.

Korozija pukotina i ispod naslaga

Pukotine predstavljaju klasičan primjer kako se lokalna katodna reakcija može promijeniti.

Na početku ekspozicije, kiseonik može biti prisutan i unutar i izvan pukotine.

Kako zatvorena regija troši kiseonik brže nego što se može napuniti, koncentracija kisika unutar pukotine se smanjuje.

Vanjska površina može i dalje podržavati smanjenje kisika, dok pukotina osiromašena kiseonikom postaje relativno anodna.

Ovo stvara lokaliziranu elektrohemijsku ćeliju:

Kako se korozija razvija, lokalna hemija može postati sve agresivnija.

Koncentracija hlorida, kiselost, proizvodi hidrolize, a nakupljanje produkata korozije može dodatno ubrzati lokalizirani napad.

Važna stvar je da redukcija kiseonika može biti odgovorna za elektrohemijsku pokretačku silu izvan pukotine, dok se unutar njega događa ozbiljno otapanje metala.

Sistemi rashladne vode: Praktični industrijski primjer

Sistemi rashladne vode često sadrže sve varijable koje otežavaju dijagnosticiranje korozije:

Otopljeni kiseonik + protok + temperatura + soli + depoziti + mikroorganizmi + menjanje hemije

Redukcija kisika može dominirati katodnim ponašanjem u oksigeniranim dijelovima kruga.

Istovremeno, naslage i biofilmi mogu stvoriti mikrookruženje osiromašeno kisikom gdje lokalizirana korozija postaje ozbiljna.

Rezultat može biti varljivo blaga prosječna stopa korozije u kombinaciji s lokalno dubokim jamama.

Iz tog razloga, praćenje samo hemije vode u rasutom stanju možda neće na adekvatan način opisati stanje korozije pojedinačnih komponenti.

Kiselo kiseljenje i hemijsko čišćenje

Kiselinsko čišćenje pruža kontrastno okruženje.

Kiselina je namijenjena uklanjanju kamenca ili naslaga, ali ista hemija takođe može napasti izloženu podlogu.

Evolucija vodika postaje važna katodna reakcija, posebno kada je rastvor jako kisel.

Mogu se pojaviti vidljivi mjehurići kada se stvara vodonik.

Tipičan slijed procesa je:

Uklanjanje kamenca → izloženost supstratu → kontinuirani napad kiseline → razvijanje vodonika → gubitak metala

Ako proces čišćenja traje predugo, operater može ukloniti ne samo neželjene naslage već i sve veću količinu osnovnog metala.

Zbog toga koncentracija kiseline, temperatura, vrijeme tretmana, koncentracija inhibitora, a ispiranje nakon čišćenja treba kontrolisati kao jedan proces, a ne nezavisno.

Katodna zaštita: Kontrola korozije može povećati proizvodnju vodonika

Katodna zaštita namjerno pomiče zaštićenu strukturu prema negativnijem potencijalu za suzbijanje anodnog rastvaranja.

Ovo može biti vrlo efikasno za cjevovode, Morske strukture, tenkovi, i ukopani čelični sistemi.

Međutim, kako potencijal postaje sve negativniji, evolucija vodonika može postati važnija.

Ovo stvara kritičan inženjerski kompromis:

Niža anodna korozija ↔ potencijalno veće stvaranje vodonika

Za materijale osjetljive na pucanje uz pomoć vodika, posebno neki čelici visoke čvrstoće, pretjerana katodna polarizacija stoga može dovesti do drugačijeg mehanizma kvara čak i dok se uobičajena korozija smanjuje.

Katodna zaštita bi stoga trebala biti dizajnirana oko materijala, okruženje, stanje premaza, i primjenjive kriterije zaštite, nego jednostavno maksimiziranje negativnog potencijala.

Tekuća voda: Prijenos kisika i prijenos mase

Protok može snažno utjecati na koroziju redukcije kisika promjenom transporta otopljenog kisika do metalne površine.

Veći protok može smanjiti debljinu graničnog sloja difuzije i povećati transport kisika.

Međutim, rezultat nije univerzalno veća stopa korozije jer protok može istovremeno modificirati zaštitne filmove, uklanjanje proizvoda korozije, distribucija inhibitora, i erozija.

Pri dovoljno velikim brzinama, erozija-korozija može postati važno.

Na evoluciju vodonika takođe može uticati protok, ali njegov odnos sa protokom je općenito drugačiji jer katodni reaktant nije otopljeni kisik.

Umjesto toga, protok može modificirati lokalnu koncentraciju, stanje površine, temperatura, i uklanjanje vodoničnih mjehurića.

Temperatura mijenja ravnotežu između dva mehanizma

Temperatura utiče i na redukciju kiseonika i na evoluciju vodonika, ali kroz različite i ponekad konkurentne mehanizme.

Povećanje temperature općenito ubrzava elektrohemijsku kinetiku.

Istovremeno, koncentracija rastvorenog kiseonika u vodi se obično smanjuje kako temperatura raste pri datom pritisku.

Samim tim:

Viša temperatura → brža kinetika reakcije

ali isto tako:

Viša temperatura → niža ravnotežna rastvorljivost kiseonika

Neto rezultat korozije redukcije kisika stoga nije uvijek jednostavan.

Evolucija vodika se također može ubrzati s temperaturom jer se kinetika reakcije općenito povećava, ali rezultirajuće ponašanje korozije i dalje ovisi o pH, potencijal, stanje površine, i podložnost materijala.

5. Zaključak

Korozija evolucije vodika i korozija apsorpcije kisika dva su temeljna elektrohemijska mehanizma vodene korozije metala, sa bitnim razlikama u prilagođavanju životne sredine, kinetika reakcije, morfološko oštećenje, i kontrolnu logiku.

Korozija evolucijom vodika javlja se u kiselim sredinama sa niskim sadržajem kisika, karakteriše jednolično otapanje metala kontrolisano elektrohemijskim reakcijama na međufaznoj površini.

Korozija apsorpcije kiseonika dominira u neutralnoj/alkalnoj vodi bogatoj kiseonikom, predstavlja destruktivnu lokaliziranu koroziju ograničenu prijenosom mase difuzijom kisika.

Većina kvarova industrijske vodene opreme proizlazi iz korozije apsorpcije kisika, dok je korozija evolucijom vodika ograničena na specifične scenarije kiselog procesa.

Za industrijsku kontrolu korozije, prvo identificirati dominantni mehanizam korozije, zatim usvajanje ciljanog odabira materijala, srednje podešavanje, i mjere zaštite mogu maksimizirati antikorozivnu efikasnost, smanjiti stope kvarova opreme, i niži dugoročni troškovi rada i održavanja.

Ovladavanje ova dva osnovna mehanizma je osnovna pretpostavka profesionalnog inženjeringa korozije i analize kvarova.

 

FAQ

Koja je glavna razlika između redukcije kisika i evolucije vodika?

Redukcija kisika koristi otopljeni kisik kao katodni reaktant, dok evolucija vodika smanjuje ione vodika ili vodu i proizvodi vodonik.

Smanjenje kiseonika je snažno povezano sa gaziranom vodom, dok evolucija vodika postaje posebno važna u kiselim ili jako katodno polariziranim sredinama.

Mogu li se redukcija kisika i evolucija vodika dogoditi u isto vrijeme?

Da. Kisela otopina može sadržavati i otopljeni kisik i vodikove ione, omogućavajući da se obe katodne reakcije odvijaju istovremeno.

Njihov relativni doprinos zavisi od pH vrednosti, koncentracija kiseonika, potencijal elektrode, kinetika površine, i masovni transfer.

Da li uklanjanje otopljenog kiseonika zaustavlja koroziju?

Ne. Odzračivanje može snažno potisnuti redukciju kisika, ali druge katodne reakcije, uključujući redukciju vode i evoluciju vodika, može nastaviti pod odgovarajućim uslovima.

Zašto nedostatak kisika uzrokuje koroziju u pukotinama?

Kiseonik unutar ograničenog pukotina se troši brže nego što se može napuniti.

Ovo stvara ćeliju diferencijalne aeracije u kojoj područje osiromašeno kisikom postaje relativno anodno i doživljava koncentrirano otapanje metala.

Da li evolucija vodonika uvijek znači krhkost vodonika?

Ne. Evolucija vodika predstavlja potencijalni izvor apsorbiranog vodonika, ali vodonično krhkost zahtijeva osjetljiv materijal i odgovarajuće kombinacije upijanja vodonika, stres, i mikrostrukturni uslovi.

Da li veći rastvoreni kiseonik uvek znači bržu koroziju?

Nije nužno. Otopljeni kisik može povećati katodni kapacitet za redukciju kisika, ali stvarna korozija zavisi od pasivnih filmova, inhibitori, transfer mase, anodna kinetika, stanje površine, i lokalizovana hemija.

Koji mehanizam korozije je opasniji?

Nijedan mehanizam nije univerzalno opasniji.

Smanjenje kisika može podržati ozbiljnu lokaliziranu koroziju i dugotrajno prodiranje u zid, dok evolucija vodika može uzrokovati brzi napad kiseline i može dovesti do oštećenja uz pomoć vodika. Rizik ovisi o materijalnom i uslužnom okruženju.