جذب اکسیژن در مقابل خوردگی تکاملی هیدروژن: تفاوت های کلیدی

خوردگی آبی رایج‌ترین و مخرب‌ترین شکل تخریب فلزات در صنعت است, دریایی, زیرساخت, و زمینه های فرآوری شیمیایی.

تمام فرآیندهای خوردگی الکتروشیمیایی مرطوب به اکسیداسیون فلزات آندی جفتی و واکنش های احیای کاتدی متکی هستند..

بر اساس مکانیسم های دپلاریزاسیون کاتدی متمایز, خوردگی فلزات آبی به طور دقیق به دو نوع هسته طبقه بندی می شود: خوردگی تکامل هیدروژن (HEC) و خوردگی جذب اکسیژن (OAC).

این دو حالت خوردگی تقریباً تمام سناریوهای شکست فلز فاز مایع را کنترل می کنند, با این حال آنها به شدت در اصول الکتروشیمیایی متفاوت هستند, محرک های محیطی, سینتیک واکنش, ویژگی های مورفولوژیکی, و استراتژی های کنترل.

قضاوت نادرست مکانیسم خوردگی غالب یکی از دلایل اصلی طراحی ضد خوردگی ناکارآمد است, خرابی زودرس تجهیزات, و افزایش هزینه های نگهداری.

1. خوردگی جذب اکسیژن چیست؟?

خوردگی جذب اکسیژن, دقیق تر نامیده می شود خوردگی کاهش اکسیژن, یکی از رایج ترین مکانیسم های خوردگی الکتروشیمیایی است که بر فولاد کربنی و سایر فلزات در محیط های آبی تأثیر می گذارد..

به ویژه در آب خنثی و قلیایی ملایم شایع است, که در آن اکسیژن محلول به عنوان واکنش دهنده کاتدی اصلی عمل می کند که انحلال فلز را حفظ می کند.

این مکانیسم به راحتی قابل چشم پوشی است زیرا لزوماً در ابتدا آسیب سریع یا چشمگیری ایجاد نمی کند. در عوض, خوردگی ممکن است نسبتاً آهسته اما پیوسته پیش رود.

در طول ماه ها یا سال ها, این از دست دادن تدریجی فلز می تواند ضخامت دیوار را کاهش دهد, ایجاد محصولات خوردگی, حمله موضعی را آغاز کنید, و در نهایت منجر به نشتی یا سوراخ شدن می شود.

یک تفسیر ساده مهندسی این است:

آب الکترولیت را تامین می کند, اکسیژن محلول واکنش کاتدی را حفظ می کند, و فلز الکترون ها را از طریق انحلال آندی تامین می کند.

به همین دلیل است که خوردگی اکسیژن به ویژه در سیستم هایی که آب به طور مکرر در معرض هوا قرار می گیرد یا به طور مداوم در گردش است اهمیت دارد..

محیط های صنعتی معمولی شامل سیستم های تهویه مطبوع مرکزی آب سرد است, حلقه های آب خنک کننده صنعتی, برج های خنک کننده, خطوط لوله آب شهری و ساختمانی, تانک ها, مبدل های حرارتی, و انواع سیستم های تصفیه آب.

اگرچه آب خنثی و ضعیف قلیایی محیط کلاسیک است, کاهش اکسیژن همچنین می تواند در خوردگی در شرایط اسیدی شرکت کند.

افزایش اسیدیته به طور کلی سینتیک کاتدی را تغییر می دهد و می تواند خوردگی کلی را تسریع کند., در حالی که کاهش اکسیژن ممکن است در کنار واکنش های تکامل هیدروژن به کار خود ادامه دهد.

جایی که خوردگی جذب اکسیژن رخ می دهد?

هنگامی که یک سطح فلزی در معرض الکترولیت آبی حاوی اکسیژن محلول قرار می گیرد، خوردگی کاهش دهنده اکسیژن می تواند ایجاد شود..

شدت آن به غلظت اکسیژن بستگی دارد, شیمی آب, دما, جریان, وضعیت سطح, و توانایی اکسیژن برای رسیدن به فلز.

سیستم های تهویه مطبوع مرکزی و سیستم های آب سرد

سیستم های گردش خون باز یا هوادهی ضعیف می توانند به طور مداوم اکسیژن را به آب وارد کنند.

پمپ ها, مخازن انبساط, آب آرایش, نشت, و فعالیت های تعمیر و نگهداری ممکن است همه فرصت هایی را برای ورود هوا فراهم کنند.

لوله ها و اجزای فولاد کربنی می توانند به تدریج دچار خوردگی عمومی شوند, رسوبات زنگ زده, و حمله موضعی زمانی که اکسیژن به اندازه کافی کنترل نشده باشد.

سیستم های خنک کننده آب صنعتی

سیستم های خنک کننده اغلب گردش آب را با هم ترکیب می کنند, دمای بالا, نمک های محلول, و تماس مداوم با هوا.

برج های خنک کننده به ویژه مرتبط هستند زیرا آب به طور عمدی در معرض جو قرار می گیرد.

این یک منبع اکسیژن مداوم ایجاد می کند که می تواند از خوردگی در لوله های فولادی کربنی پشتیبانی کند, مبدل های حرارتی, تانک ها, و سایر تجهیزات فلزی.

برج های خنک کننده

برج های خنک کننده محیط های کلاسیک غنی از اکسیژن هستند، زیرا آب در سطح وسیعی توزیع می شود و به طور مستقیم با هوای اتمسفر در تعامل است..

ترکیبی از:

رابط بزرگ آب و هوا + گردش مداوم + نمک های محلول + تغییر دما

اگر شیمی آب و کنترل خوردگی به درستی مدیریت نشود، می تواند شرایط مساعدی برای خوردگی ایجاد کند.

سیستم های آب شهری و ساختمانی

لوله های توزیع آب و سیستم های ذخیره سازی نیز ممکن است دچار خوردگی ناشی از اکسیژن شوند, به ویژه در جاهایی که آب هوادهی شده باقی می ماند و فلزات مستعد خوردگی وجود دارند.

بخش های کم جریان, پاهای مرده, مناطق با زهکشی ضعیف, و آب راکد می تواند تفاوت های اساسی در غلظت اکسیژن موضعی ایجاد کند و در نتیجه به خوردگی موضعی کمک کند..

سیستم های آب خالص یا تصفیه شده با دمای محیط

حتی آب نسبتاً تمیز به طور خودکار خورنده نیست. آلودگی یونی کم ممکن است رسانایی الکترولیت را کاهش دهد, اما اکسیژن محلول هنوز می تواند در واکنش های الکتروشیمیایی شرکت کند.

رفتار خوردگی حاصل به فلز بستگی دارد, دما, غلظت اکسیژن, شرایط جریان, و فیلم سطحی.

چگونه خوردگی جذب اکسیژن کار می کند?

فرآیند خوردگی شامل واکنش های آندی و کاتدی همراه است.

در یک منطقه آندی, این فلز الکترون های خود را از دست می دهد و به عنوان یون های فلزی وارد آب اطراف می شود.

سپس آن الکترون ها از طریق ساختار فلزی به سمت مناطق کاتدی حرکت می کنند, که در آن اکسیژن محلول کاهش می یابد.

برای آهن و فولاد کربن, دنباله ساده شده است:

انحلال فلز → آزادسازی الکترون → کاهش اکسیژن → تشکیل هیدروکسید → توسعه محصول خوردگی

بنابراین اکسیژن محلول به عنوان یک گیرنده الکترون عمل می کند که اجازه می دهد تا واکنش انحلال آندی ادامه یابد..

این توضیح می دهد که چرا خوردگی می تواند ادامه یابد حتی زمانی که سطح فلز از نظر بصری پایدار به نظر می رسد.

فرآیند الکتروشیمیایی در مکان‌های آندی و کاتدی میکروسکوپی رخ می‌دهد که ممکن است در طول زمان جابجا شوند.

محصولات قابل مشاهده نهایی - زنگ قهوه ای, اکسیدهای سیاه, رسوبات پرتقال, یا گره های خوردگی ضخیم - محصولات ثانویه واکنش های الکتروشیمیایی هستند نه خود مکانیسم خوردگی اولیه.

دما همچنین رفتار خوردگی اکسیژن را تغییر می دهد

دما اثرات رقابتی دارد.

افزایش دما به طور کلی سینتیک واکنش الکتروشیمیایی و فرآیندهای مربوط به انتشار را تسریع می کند..

در عین حال, حلالیت اکسیژن در آب به طور کلی با افزایش دما در فشار اتمسفر کاهش می یابد.

در نتیجه, تأثیر دما بر خوردگی کاهش اکسیژن را نمی توان به سادگی از روی دما به تنهایی پیش بینی کرد.

برای سیستم های مهندسی, لازم است در نظر گرفته شود:

دما + اکسیژن محلول + جریان + شیمی آب + پایداری فیلم خوردگی

این امر به ویژه برای سیستم های خنک کننده و مبدل های حرارتی که دمای آب می تواند به طور قابل توجهی در سراسر مدار تغییر کند، مهم است.

ویژگی های معمول خوردگی جذب اکسیژن

استراتژی اصلی ضد خوردگی برای خوردگی جذب اکسیژن

هدف اصلی کاهش شرایطی است که به کاهش اکسیژن اجازه می دهد تا انحلال فلز آندی را حفظ کند.

کاهش قرار گرفتن در معرض اکسیژن

جایی که طراحی سیستم اجازه می دهد, کاهش ورودی هوا و اکسیژن محلول می تواند نیروی محرکه خوردگی کاهش اکسیژن را کاهش دهد..

اقدامات ممکن شامل هوازدایی کنترل شده است, به حداقل رساندن ورود هوای غیر ضروری, و کاهش قرار گرفتن مکرر آب در گردش با اکسیژن اتمسفر.

از بازدارنده های خوردگی استفاده کنید

مهارکننده های مناسب می توانند با انحلال آندی تداخل داشته باشند, واکنش های کاتدی, یا هر دو.

انتخاب باید بر اساس فلز خاص باشد, شیمی آب, دمای عملیاتی, و الزامات زیست محیطی.

فیلم های محافظ را ایجاد کنید

برای برخی از سیستم های آبی, درمان های قبل از فیلمبرداری یا غیرفعال کردن می توانند شرایط سطح محافظتی تری ایجاد کنند. اثربخشی به شدت به شیمی مواد و آب بستگی دارد.

کنترل مقیاس و لجن

حذف رسوبات به جلوگیری از رشد سلول های هوادهی تفاضلی کمک می کند.

تصفیه آب, تصفیه, ضربه, تمیز کردن, بنابراین کنترل رسوب می تواند به طور غیر مستقیم خوردگی موضعی اکسیژن را کاهش دهد.

کنترل شیمی آب

PH, قلیایی بودن, هدایت, کلرید, جامدات محلول, فعالیت میکروبیولوژیکی, و غلظت بازدارنده همگی می توانند بر رفتار خوردگی تأثیر بگذارند.

کنترل pH مهم است, اما خوردگی اکسیژن نباید به یک مشکل ساده «تنظیم pH» کاهش یابد.

در دسترس بودن اکسیژن و هوادهی تفاضلی ممکن است حتی زمانی که PH در محدوده عملیاتی مورد نظر باشد مهم باقی بماند.

2. خوردگی تکامل هیدروژن چیست؟?

تکامل هیدروژن خوردگی یک مکانیسم خوردگی الکتروشیمیایی است که در آن واکنش کاتدی هیدروژن روی سطح فلز تولید می کند.

به شدت با محیط های آبی اسیدی مرتبط است, که در آن یون های هیدروژن برای پذیرش الکترون های آزاد شده در طول انحلال فلز آندی به آسانی در دسترس هستند.

در مقایسه با خوردگی کاهش دهنده اکسیژن, که اغلب یک فرآیند پایدار در آب های هوادهی است, خوردگی تکاملی هیدروژن می تواند در شرایط اسیدی به اندازه کافی تهاجمی تر باشد.

برای فولاد کربن و بسیاری از فلزات فعال دیگر, کاهش pH محلول می تواند به طور قابل ملاحظه ای سرعت انحلال آندی را افزایش دهد زیرا واکنش کاتدی تکامل هیدروژن می تواند به راحتی ادامه یابد..

به همین دلیل است که خوردگی تکاملی هیدروژن به طور مکرر در حین ترشی اسید با آن مواجه می شود, تمیز کردن شیمیایی, رسوب زدایی, عملیات اسیدی, مدیریت فاضلاب اسیدی, و سایر فرآیندهای مربوط به محلول های با pH پایین.

یک توصیف عملی ساده شده است:

فلز الکترون ها را از دست می دهد, یون های هیدروژن آن الکترون ها را مصرف می کنند, و گاز هیدروژن در سطح تشکیل می شود.

بنابراین حباب های هیدروژن قابل مشاهده دلیل خوردگی نیستند. آنها محصول واکنش کاتدی هستند که به اکسیداسیون فلز اجازه می دهد تا ادامه یابد.

سناریوهای وقوع

تکامل هیدروژن به ویژه زمانی که الکترولیت اسیدی است یا زمانی که فلز در معرض قطبش کاتدی قوی قرار می گیرد، اهمیت دارد..

سناریوهای رایج عبارتند از:

• ترشی اسیدی: اسید رسوب اکسید را از فولاد حذف می کند, اما قرار گرفتن در معرض بیش از حد نیز می تواند به فلز پایه حمله کند.
• رسوب زدایی و پاکسازی شیمیایی: محلول‌های اسیدی که برای حذف رسوبات استفاده می‌شوند می‌توانند پس از از بین رفتن رسوب به حل کردن بستر ادامه دهند.
• سیستم های فاضلاب اسیدی: فاضلاب با pH پایین می تواند به طور مداوم به لوله های فولادی کربنی حمله کند, تانک ها, و تجهیزات دیگر.
• سیستم های فرآیند آب اسیدی: سیالات صنعتی حاوی اسیدهای معدنی یا آلی ممکن است خوردگی تهاجمی ایجاد کنند.
• حفاظت کاتدی: پتانسیل منفی بیش از حد می تواند تولید هیدروژن را افزایش دهد, به ویژه در فولادهای با مقاومت بالا.
• پردازش الکتروشیمیایی: هیدروژن می تواند در طول آبکاری الکتریکی تکامل یابد, برنده الکتریکی, ترشی, و سایر فرآیندهای کاتدی.

شدت به بیش از pH بستگی دارد. غلظت اسیدی, دما, مدت زمان قرارگیری در معرض بیماری, نوع اسیدی, ترکیب آلیاژی, وضعیت سطح, جریان, و اثر بازدارنده می تواند به طور قابل ملاحظه ای نرخ خوردگی را تغییر دهد.

مکانیسم خوردگی

خوردگی تکاملی هیدروژن شامل فرآیندهای آندی و کاتدی همراه است.

در سایت های آندی, فلز الکترون ها را از دست داده و در الکترولیت حل می شود.

الکترون های آزاد شده از طریق فلز به سمت مکان های کاتدی حرکت می کنند, جایی که گونه های حاوی هیدروژن آنها را مصرف می کنند.

در محیط های اسیدی, یون های هیدروژن در سطح کاهش می یابد, در نهایت هیدروژن مولکولی را تشکیل می دهد. در محیط های کمتر اسیدی, کاهش آب می تواند منبع هیدروژن را فراهم کند.

بنابراین فرآیند کلی را می توان به این صورت درک کرد:

انحلال فلز → انتقال الکترون → کاهش هیدروژن → تشکیل هیدروژن سطحی → تکامل گاز هیدروژن

محیط اسیدی

در محلول های اسیدی قوی, کاهش پروتون می تواند به آسانی بر روی بسیاری از فلزات فعال ادامه یابد.

این به واکنش کاتدی اجازه می دهد تا انحلال آندی سریع را حفظ کند, به همین دلیل است که فولاد کربنی می تواند در طی عملیات اسیدی کنترل نشده خیلی سریع خورده شود.

سینتیک سطح

تکامل هیدروژن به شدت به سطح فلز وابسته است. پتانسیل بیش از حد هیدروژن, فعالیت کاتالیزوری, فیلم های اکسیدی, عناصر آلیاژ, سپرده, و شرایط سطح همگی بر سرعت واکنش تأثیر می گذارند.

در نتیجه, دو فلز در معرض یک اسید می توانند رفتار خوردگی متفاوتی از خود نشان دهند.

ورود هیدروژن به فلز

همه هیدروژن های تولید شده در سطح لزوماً به صورت گاز خارج نمی شوند. ممکن است کسری در سطح جذب شود و, تحت شرایط مناسب, فلز را وارد کنید.

این یک دنباله بالقوه ایجاد می کند:

تولید هیدروژن → جذب → جذب → انتشار/به دام انداختن

برای فولادهای حساس با مقاومت بالا, هیدروژن جذب شده در صورت ترکیب با تنش مناسب و شرایط ریزساختاری می تواند به شکنندگی هیدروژن یا ترک به کمک هیدروژن کمک کند..

مهمتر, تکامل هیدروژن و شکنندگی هیدروژن مترادف نیستند.

تکامل هیدروژن منبع بالقوه هیدروژن را تامین می کند; حساسیت مواد و جذب هیدروژن تعیین می کند که آیا آسیب قابل توجهی ایجاد می شود یا خیر.

خصوصیات معمولی

خوردگی تکاملی هیدروژن دارای چندین ویژگی است که آن را از خوردگی کاهش دهنده اکسیژن متمایز می کند.

یکی از مشخصه های مهم این است که خوردگی شدید لزوماً زنگ زدگی فراوان ایجاد نمی کند.

در محیط اسیدی, محصولات خوردگی آهن ممکن است به جای تشکیل رسوبات ضخیم قهوه ای مایل به قرمز که معمولاً در آب خنثی هوادهی مشاهده می شود، حل شده باقی بمانند..

در نتیجه, یک جزء می تواند نسبتاً تمیز به نظر برسد در حالی که اتلاف قابل توجهی از فلز پایه رخ می دهد.

استراتژی اصلی ضد خوردگی

هدف اساسی کنترل شرایط شیمیایی و الکتروشیمیایی است که اجازه انحلال بیش از حد فلز و تولید هیدروژن را می دهد.

کنترل غلظت اسید

فقط از غلظت اسید مورد نیاز برای دستیابی به هدف تمیز کردن یا پردازش مورد نظر استفاده کنید. اسیدیته بیش از حد می تواند حمله سوبسترا را تسریع کند.

محدود کردن زمان قرار گرفتن در معرض

اسید درمانی باید یک پنجره فرآیند تعریف شده داشته باشد. هنگامی که رسوبات یا رسوبات برداشته شد, قرار گرفتن در معرض مداوم باعث افزایش تلفات فلز پایه بدون ارائه مزایای فرآیندی معادل می شود.

کنترل دما

دمای بالاتر می تواند سینتیک واکنش الکتروشیمیایی را تسریع کند.

بنابراین تمیز کردن اسیدی باید در یک محدوده دمایی معتبر عمل کند نه اینکه به دماهای غیرضروری بالا متکی باشد.

از بازدارنده های خوردگی مناسب استفاده کنید

بازدارنده‌ها می‌توانند حمله اسیدی به فلز پایه را کاهش دهند در حالی که به اسید اجازه می‌دهند عملکرد پاکسازی مورد نظر خود را انجام دهد.

بازدارنده و غلظت صحیح باید برای اسید خاص تایید شود, آلیاژ, و دمای عملیاتی.

فوراً بشویید و خنثی کنید

پس از اسید درمانی, اسید باقی مانده باید به سرعت از طریق شستشوی مناسب و روش های خنثی سازی حذف شود تا از حمله مداوم در طول ذخیره سازی یا پردازش بعدی جلوگیری شود..

کنترل حفاظت کاتدی

برای سازه های حفاظت شده, پتانسیل باید در محدوده کنترل مشخص شده حفظ شود. پتانسیل های بیش از حد منفی می تواند تکامل هیدروژن را افزایش دهد و خطرات جذب هیدروژن را ایجاد کند.

حساسیت مواد را در نظر بگیرید

جایی که تولید هیدروژن اجتناب ناپذیر است, انتخاب مواد باید حساسیت هیدروژن را در نظر بگیرد, به ویژه برای فولادهای با استحکام بالا و سایر آلیاژهای مستعد ترک خوردگی به کمک هیدروژن.

3. کاهش اکسیژن در مقابل. فرگشت هیدروژن خوردگی: تفاوت اساسی

اگرچه هر دو مکانیسم فرآیندهای کاتدی هستند که از انحلال فلز آندی پشتیبانی می کنند, آنها اساسا در واکنش دهنده های خود متفاوت هستند, الزامات زیست محیطی, عوامل کنترل کننده, رفتار خوردگی, و راهبردهای پیشگیری.

4. کاهش اکسیژن و تکامل هیدروژن در سیستم های خوردگی واقعی

در محیط های صنعتی واقعی, خوردگی به ندرت از یک مکانیسم کاملاً ایزوله پیروی می کند.

کاهش اکسیژن و تکامل هیدروژن می تواند به طور همزمان رخ دهد, رقابت برای جریان کاتدی, یا در مکان ها و مراحل مختلف خدمت مسلط شوند.

تعادل به اکسیژن محلول بستگی دارد, PH, پتانسیل الکترود, دما, ترکیب الکترولیت, شرایط جریان, و خصوصیات الکتروشیمیایی سطح فلز.

این امر به ویژه هنگام تجزیه و تحلیل شکست ها مهم است. شناسایی یک محیط به سادگی به عنوان "خوردگی اکسیژن" یا "خوردگی اسیدی" ممکن است کافی نباشد..

واکنش کاتدی غالب می تواند با تغییر محیط محلی تغییر کند.

آب خنثی هوادهی شده: کاهش اکسیژن معمولاً غالب است

در سیستم های آب باز یا اکسیژن دار, اکسیژن محلول به راحتی در سطح فلز در دسترس است.

برای بسیاری از سیستم‌های فولاد کربنی که نزدیک به pH خنثی کار می‌کنند, بنابراین کاهش اکسیژن یک فرآیند کاتدی مهم است.

نمونه های معمولی عبارتند از:

• مدارهای آب خنک کننده صنعتی
• برج های خنک کننده
• مخازن ذخیره سازی را باز کنید
• سیستم های گردش HVAC
• خطوط لوله آب
• فیلم های آب جوی

تحت این شرایط, خوردگی اغلب با از دست دادن تدریجی اما مداوم فلز مشخص می شود.

گردش آب می تواند به طور مداوم اکسیژن محلول را دوباره پر کند, در حالی که رسوبات و مناطق راکد می توانند اختلاف غلظت اکسیژن موضعی ایجاد کنند.

نگرانی های اصلی مهندسی نازک شدن کلی دیوار است, خوردگی دیفرانسیل هوادهی, سوراخ کردن, و حمله موضعی به کمک سپرده.

آب گاز زدایی شده: حذف اکسیژن مسیر کاتدی را تغییر می دهد

هوازدگی می تواند به طور قابل ملاحظه ای کاهش اکسیژن را سرکوب کند, اما لزوماً خوردگی را از بین نمی برد.

هنگامی که اکسیژن محلول کمیاب می شود, فرآیند کاتدی دیگری ممکن است از مصرف الکترون پشتیبانی کند.

بسته به PH, بالقوه, دما, و سطح مواد, کاهش آب و تکامل هیدروژن می تواند اهمیت فزاینده ای پیدا کند.

این یک تمایز مهندسی مهم ایجاد می کند:

هوازدایی می تواند یک مسیر کاتدی اصلی را بدون اینکه فلز از نظر الکتروشیمیایی غیرفعال شود حذف کند.

نرخ خوردگی حاصل ممکن است به میزان قابل توجهی کاهش یابد, اما فرآیند کاتدی باقی مانده هنوز باید در نظر گرفته شود.

این امر به ویژه در سیستم های آب صنعتی بسته که غلظت اکسیژن می تواند به طور مداوم در طول راه اندازی تغییر کند، بسیار مهم است, خاموش شدن, تعمیر و نگهداری, یا درمان شیمیایی.

محلول های اسیدی و هوادهی شده: هر دو واکنش ممکن است با هم وجود داشته باشند

محلول اسیدی می تواند حاوی یون هیدروژن و اکسیژن محلول باشد.

تحت این شرایط, سطح کاتدی ممکن است پشتیبانی کند:

کاهش اکسیژن

و

تکامل هیدروژن

در همان زمان.

اینکه کدام واکنش بیشتر به جریان کاتدی کل کمک می کند به سینتیک سطح فلز بستگی دارد, انتقال اکسیژن, PH, و پتانسیل الکترود.

در ابتدای قرار گرفتن در معرض, یک محلول اسیدی غنی از اکسیژن ممکن است فعالیت کاهش اکسیژن قابل توجهی را نشان دهد.

همانطور که اکسیژن مصرف می شود یا حمل و نقل محدود می شود, تکامل هیدروژن می تواند نسبتاً مهم تر شود.

بنابراین, مکانیسم کاتدی می تواند با گذشت زمان تکامل یابد:

غنی از اکسیژن ← رفتار کاتدی مختلط ← کمبود اکسیژن ← مشارکت بیشتر هیدروژن

این رفتار پویا به ویژه در شکاف ها مرتبط است, سپرده, رگ های محصور, و بخش های راکد.

شکاف و خوردگی زیر رسوبی

شکاف ها یک مثال کلاسیک از چگونگی تغییر واکنش کاتدی محلی ارائه می دهند.

در ابتدای قرار گرفتن در معرض, اکسیژن ممکن است هم در داخل و هم در خارج از شکاف وجود داشته باشد.

از آنجایی که منطقه محصور اکسیژن را سریعتر از آن که بتوان دوباره پر کرد، مصرف می کند, غلظت اکسیژن در داخل شکاف کاهش می یابد.

سطح خارجی ممکن است به حمایت از کاهش اکسیژن ادامه دهد, در حالی که شکاف تخلیه شده از اکسیژن نسبتا آندی می شود.

این یک سلول الکتروشیمیایی موضعی ایجاد می کند:

As corrosion develops, the local chemistry can become increasingly aggressive.

غلظت کلرید, acidity, hydrolysis products, and corrosion-product accumulation may further accelerate localized attack.

The important point is that oxygen reduction can be responsible for the electrochemical driving force outside the crevice, while the severe metal dissolution occurs inside it.

سیستم های خنک کننده آب: یک مثال صنعتی کاربردی

Cooling-water systems frequently contain all the variables that make corrosion difficult to diagnose:

اکسیژن محلول + جریان + دما + نمک + سپرده + microorganisms + changing chemistry

Oxygen reduction may dominate cathodic behavior in oxygenated portions of the circuit.

در عین حال, deposits and biofilms can create oxygen-depleted microenvironments where localized corrosion becomes severe.

نتیجه می تواند یک نرخ متوسط ​​خوردگی فریبنده خفیف همراه با گودال های عمیق محلی باشد.

به همین دلیل, نظارت بر شیمی آب فله ممکن است به اندازه کافی شرایط خوردگی اجزای جداگانه را توصیف نکند..

ترشی اسید و تمیز کردن شیمیایی

تمیز کردن اسید محیطی متضاد ایجاد می کند.

این اسید برای از بین بردن رسوبات یا رسوبات در نظر گرفته شده است, اما همان شیمی می تواند به بستر در معرض حمله نیز حمله کند.

تکامل هیدروژن به یک واکنش کاتدی مهم تبدیل می شود, به خصوص زمانی که محلول به شدت اسیدی باشد.

حباب قابل مشاهده ممکن است با تولید هیدروژن رخ دهد.

یک توالی فرآیند معمولی است:

حذف رسوب → قرار گرفتن در معرض بستر → ادامه حمله اسیدی → تکامل هیدروژن → از دست دادن فلز

اگر فرآیند تمیز کردن برای مدت طولانی ادامه یابد, اپراتور ممکن است نه تنها رسوب ناخواسته بلکه مقدار فزاینده ای از فلز زیرین را نیز حذف کند.

به همین دلیل غلظت اسید است, دما, زمان درمان, غلظت بازدارنده, و شستشوی پس از تمیز کردن باید به عنوان یک فرآیند کنترل شود و نه مستقل.

حفاظت کاتدی: کنترل خوردگی می تواند تولید هیدروژن را افزایش دهد

حفاظت کاتدی به طور عمدی ساختار محافظت شده را به سمت پتانسیل منفی تر برای سرکوب انحلال آندی سوق می دهد..

این می تواند برای خطوط لوله بسیار موثر باشد, ساختارهای دریایی, تانک ها, و سیستم های فولادی مدفون.

با این حال, همانطور که پتانسیل به طور فزاینده ای منفی می شود, تکامل هیدروژن می تواند اهمیت بیشتری پیدا کند.

این یک مبادله مهندسی حیاتی ایجاد می کند:

خوردگی آندی کمتر ↔ تولید هیدروژن بالقوه بالاتر

برای مواد مستعد ترک خوردگی به کمک هیدروژن, به ویژه برخی از فولادهای با مقاومت بالا, بنابراین پلاریزاسیون کاتدی بیش از حد می تواند مکانیسم شکست متفاوتی را ایجاد کند حتی در حالی که خوردگی معمولی کاهش می یابد..

در نتیجه حفاظت کاتدی باید در اطراف مواد طراحی شود, محیط زیست, وضعیت پوشش, و معیارهای حفاظتی قابل اجرا, به جای به حداکثر رساندن پتانسیل منفی.

آب روان: انتقال اکسیژن و انتقال جرم

جریان می تواند با تغییر انتقال اکسیژن محلول به سطح فلز، به شدت بر خوردگی کاهش اکسیژن تأثیر بگذارد..

جریان بیشتر می تواند ضخامت لایه مرزی انتشار را کاهش دهد و انتقال اکسیژن را افزایش دهد.

با این حال, نتیجه به طور کلی نرخ خوردگی بالاتری ندارد زیرا جریان می تواند به طور همزمان لایه های محافظ را تغییر دهد., حذف محصول خوردگی, توزیع بازدارنده, و فرسایش.

در سرعت های به اندازه کافی بالا, فرسایش - خوردگی می تواند مهم شود.

تکامل هیدروژن نیز می تواند تحت تأثیر جریان قرار گیرد, اما رابطه آن با جریان به طور کلی متفاوت است زیرا واکنش دهنده کاتدی اکسیژن محلول نیست..

جریان ممکن است در عوض غلظت محلی را تغییر دهد, وضعیت سطح, دما, و حذف حباب های هیدروژن.

دما تعادل بین دو مکانیسم را تغییر می دهد

دما هم بر کاهش اکسیژن و هم بر تکامل هیدروژن تأثیر می گذارد, اما از طریق مکانیسم های مختلف و گاه رقیب.

افزایش دما به طور کلی سینتیک الکتروشیمیایی را تسریع می کند.

در عین حال, غلظت اکسیژن محلول در آب معمولاً با افزایش دما در فشار معین کاهش می یابد.

در نتیجه:

دمای بالاتر → سینتیک واکنش سریعتر

بلکه:

دمای بالاتر → حلالیت اکسیژن تعادل کمتر

نتیجه خالص برای خوردگی کاهش اکسیژن بنابراین همیشه ساده نیست.

تکامل هیدروژن همچنین می تواند با دما تسریع شود زیرا سینتیک واکنش عموما افزایش می یابد, اما رفتار خوردگی حاصل هنوز به pH بستگی دارد, بالقوه, وضعیت سطح, و حساسیت مواد.

5. نتیجه گیری

خوردگی تکاملی هیدروژن و خوردگی جذب اکسیژن دو مکانیسم پایه الکتروشیمیایی خوردگی فلزات آبی هستند., با تفاوت های اساسی در سازگاری محیطی, سینتیک واکنش, آسیب مورفولوژیکی, و منطق را کنترل کنید.

خوردگی تکاملی هیدروژن در محیط های اسیدی کم اکسیژن رخ می دهد, دارای انحلال یکنواخت فلز که توسط واکنش های الکتروشیمیایی سطحی کنترل می شود.

خوردگی جذب اکسیژن در آب غنی از اکسیژن خنثی/قلیایی غالب است, ارائه خوردگی موضعی مخرب محدود شده توسط انتقال جرم انتشار اکسیژن.

بیشتر خرابی های تجهیزات آبی صنعتی ناشی از خوردگی جذب اکسیژن است, در حالی که خوردگی تکامل هیدروژن به سناریوهای فرآیند اسیدی خاص محدود می شود.

برای کنترل خوردگی صنعتی, ابتدا مکانیسم خوردگی غالب را شناسایی کنید, then adopting targeted material selection, medium adjustment, and protection measures can maximize anti-corrosion efficiency, reduce equipment failure rates, and lower long-term operational and maintenance costs.

Mastering these two core mechanisms is the basic premise of professional corrosion engineering design and failure analysis.

 

سوالات متداول

تفاوت اصلی بین کاهش اکسیژن و تکامل هیدروژن چیست؟?

Oxygen reduction uses dissolved oxygen as the cathodic reactant, while hydrogen evolution reduces hydrogen ions or water and produces hydrogen.

Oxygen reduction is strongly associated with aerated water, whereas hydrogen evolution becomes particularly important in acidic or strongly cathodically polarized environments.

آیا کاهش اکسیژن و تکامل هیدروژن می تواند همزمان اتفاق بیفتد?

بله. An acidic solution can contain both dissolved oxygen and hydrogen ions, allowing both cathodic reactions to occur simultaneously.

Their relative contributions depend on pH, غلظت اکسیژن, پتانسیل الکترود, سینتیک سطح, and mass transfer.

آیا حذف اکسیژن محلول از خوردگی جلوگیری می کند?

خیر. هوازدگی می تواند به شدت کاهش اکسیژن را سرکوب کند, اما سایر واکنش های کاتدی, از جمله کاهش آب و تکامل هیدروژن, می تواند در شرایط مناسب ادامه یابد.

چرا کاهش اکسیژن باعث خوردگی شکاف می شود؟?

اکسیژن داخل یک شکاف محدود سریعتر از آن که بتوان آن را دوباره پر کرد مصرف می شود.

این یک سلول هوادهی دیفرانسیل ایجاد می کند که در آن ناحیه تخلیه شده از اکسیژن نسبتا آندی می شود و انحلال فلز غلیظ را تجربه می کند..

آیا تکامل هیدروژن همیشه به معنای شکنندگی هیدروژن است؟?

خیر. تکامل هیدروژن منبع بالقوه هیدروژن جذب شده را فراهم می کند, اما شکنندگی هیدروژن به مواد حساس و ترکیبات مناسب جذب هیدروژن نیاز دارد, استرس, و شرایط ریزساختاری.

آیا اکسیژن محلول بالاتر همیشه به معنای خوردگی سریعتر است؟?

نه لزوما. اکسیژن محلول می تواند ظرفیت کاتدی را برای کاهش اکسیژن افزایش دهد, اما خوردگی واقعی به فیلم های غیرفعال بستگی دارد, مهار کننده ها, انتقال جرم, سینتیک آندی, وضعیت سطح, و شیمی موضعی.

کدام مکانیسم خوردگی خطرناک تر است?

هیچ یک از این مکانیسم ها به طور جهانی خطرناک تر نیستند.

کاهش اکسیژن می تواند از خوردگی موضعی شدید و نفوذ طولانی مدت دیوار پشتیبانی کند, در حالی که تکامل هیدروژن می تواند باعث حمله اسیدی سریع شود و ممکن است باعث آسیب به کمک هیدروژن شود. ریسک بستگی به محیط مواد و خدمات دارد.