Apsorpcija kisika nasuprot korozije razvijanjem vodika: Ključne razlike

Vodena korozija je najrašireniji i ekonomski najdestruktivniji oblik razgradnje metala u industriji, morski, infrastruktura, i polja kemijske obrade.

Svi procesi mokre elektrokemijske korozije oslanjaju se na uparenu anodnu metalnu oksidaciju i reakcije katodne redukcije.

Na temelju različitih mehanizama katodne depolarizacije, korozija metala u vodi je strogo kategorizirana u dvije osnovne vrste: korozija razvijanjem vodika (HEC) i korozija apsorpcije kisika (OAC).

Ova dva načina korozije upravljaju gotovo svim scenarijima kvara metala u tekućoj fazi, ipak se drastično razlikuju u elektrokemijskim principima, okidači iz okoline, kinetika reakcije, morfološke karakteristike, i strategije kontrole.

Pogrešna procjena dominantnog mehanizma korozije vodeći je uzrok neučinkovitog dizajna protiv korozije, preuranjeni kvar opreme, i povećane troškove održavanja.

1. Što je korozija apsorpcije kisika?

Korozija apsorpcijom kisika, točnije tzv redukcija kisika korozija, je jedan od najčešćih mehanizama elektrokemijske korozije koji utječe 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 proizvodi nužno brzu ili dramatičnu štetu na početku. Umjesto toga, korozija može teći relativno sporo, ali kontinuirano.

Tijekom mjeseci ili godina, ovaj postupni gubitak metala može smanjiti debljinu stijenke, stvaraju produkte korozije, pokrenuti lokalizirani napad, i na kraju dovesti do curenja ili perforacije.

Jednostavna inženjerska interpretacija je:

Voda osigurava elektrolit, otopljeni kisik održava katodnu reakciju, a metal dovodi elektrone kroz anodno otapanje.

Zbog toga je kisikova korozija posebno važna u sustavima u kojima je voda opetovano izložena zraku ili kontinuirano cirkulira.

Tipična industrijska okruženja uključuju centralne klimatizacijske sustave s rashlađenom vodom, industrijske rashladne vodene petlje, rashladni tornjevi, komunalni i građevinski vodovodi, tenkovi, izmjenjivači topline, i razni sustavi za obradu vode.

Iako neutralna i slabo alkalna voda je klasična sredina, redukcija kisika također može sudjelovati u koroziji u kiselim uvjetima.

Povećanje kiselosti općenito mijenja katodnu kinetiku i može ubrzati ukupnu koroziju, dok redukcija kisika može nastaviti djelovati uz reakcije razvijanja vodika.

Gdje se javlja korozija apsorpcijom kisika?

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

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

Centralni HVAC sustavi i sustavi rashlađene vode

Otvoreni ili slabo odzračeni cirkulacijski sustavi mogu kontinuirano dovoditi kisik u vodu.

Pumpe, ekspanzijski spremnici, vode za šminkanje, propuštanje, i aktivnosti održavanja mogu omogućiti ulazak zraka.

Cjevovodi i komponente od ugljičnog čelika mogu postupno razviti opću koroziju, naslage hrđe, i lokalizirani napad kada kisik nije adekvatno kontroliran.

Industrijski rashladni sustavi vode

Rashladni sustavi često kombiniraju cirkulaciju vode, povišena temperatura, otopljene soli, i kontinuirani kontakt sa zrakom.

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

Ovo stvara kontinuiranu opskrbu kisikom koja može podržati koroziju na cjevovodima od ugljičnog čelika, izmjenjivači topline, tenkovi, i ostala metalna oprema.

Rashladni tornjevi

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

Kombinacija:

Veliko sučelje voda-zrak + kontinuirana cirkulacija + otopljene soli + temperaturna varijacija

može stvoriti povoljne uvjete za koroziju ako se kemijom vode i kontrolom korozije ne upravlja pravilno.

Komunalni i građevinski vodovodni sustavi

Cijevi za distribuciju vode i sustavi za skladištenje također mogu doživjeti koroziju uzrokovanu kisikom, posebno tamo gdje voda ostaje prozračna i gdje su prisutni metali skloni koroziji.

Dijelovi slabog protoka, mrtve noge, slabo drenirana područja, a stajaća voda može stvoriti značajne razlike u lokalnoj koncentraciji kisika i stoga pridonijeti lokalnoj koroziji.

Sustavi čiste ili obrađene vode za temperaturu okoline

Čak i relativno čista voda nije automatski nekorozivna. Niska ionska kontaminacija može smanjiti vodljivost elektrolita, ali otopljeni kisik ipak može sudjelovati u elektrokemijskim reakcijama.

Rezultirajuće korozijsko ponašanje ovisi o metalu, temperatura, koncentracija kisika, uvjeti protoka, i površinski film.

Kako djeluje korozija apsorpcijom kisika?

Proces korozije sastoji se od povezanih anodnih i katodnih reakcija.

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

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

Za željezo i ugljični čelik, pojednostavljeni slijed je:

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

Otopljeni kisik stoga djeluje kao akceptor elektrona koji omogućuje nastavak reakcije anodnog otapanja.

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

Elektrokemijski proces odvija se na mikroskopskim anodnim i katodnim mjestima koja se mogu pomaknuti tijekom vremena.

Eventualni vidljivi proizvodi — smeđa hrđa, crni oksidi, narančaste naslage, ili debeli korozijski noduli — sekundarni su proizvodi elektrokemijskih reakcija, a ne sam početni mehanizam korozije.

Temperatura također mijenja ponašanje kisikove korozije

Temperatura ima konkurentske učinke.

Povećanje temperature općenito ubrzava kinetiku elektrokemijske reakcije i procese povezane s difuzijom.

Istovremeno, topljivost kisika u vodi općenito opada kako temperatura raste pri atmosferskom tlaku.

Stoga, učinak temperature na koroziju redukcijom kisika ne može se predvidjeti samo na temelju temperature.

Za inženjerske sustave, potrebno je razmotriti:

Temperatura + otopljeni kisik + protok + kemija vode + stabilnost korozijskog filma

Ovo je posebno važno za rashladne sustave i izmjenjivače topline gdje se temperatura vode može značajno mijenjati kroz krug.

Tipične karakteristike korozije apsorpcijom kisika

Temeljna antikorozivna strategija za koroziju apsorpcijom kisika

Središnji cilj je smanjiti uvjete koji dopuštaju redukciju kisika za održavanje anodnog otapanja metala.

Smanjite izloženost kisiku

Gdje dizajn sustava dopušta, smanjenje ulaska zraka i otopljenog kisika može smanjiti pokretačku silu za koroziju redukcijom kisika.

Moguće mjere uključuju kontrolirano odzračivanje, minimiziranje nepotrebnog uvlačenja zraka, i smanjenje opetovane 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, kemija vode, radna temperatura, i ekološkim zahtjevima.

Postavite zaštitne folije

Za neke vodovodne sustave, tretmani prije filma ili pasiviziranja mogu stvoriti zaštitnije stanje površine. Učinkovitost uvelike ovisi o kemiji materijala i vode.

Kontrolni kamenac i mulj

Uklanjanje naslaga pomaže u sprječavanju razvoja stanica diferencijalne aeracije.

Obrada vode, filtracija, propuhivanje, čišćenje, a kontrola naslaga stoga može neizravno smanjiti lokaliziranu koroziju uzrokovanu kisikom.

Kontrolna kemija vode

pH, alkalnost, provodljivost, klorid, otopljene čvrste tvari, mikrobiološku aktivnost, i koncentracija inhibitora mogu utjecati na ponašanje korozije.

Kontrola pH je važna, ali kisikovu koroziju ne treba svesti na jednostavan problem "namjesti pH"..

Dostupnost kisika i diferencijalna aeracija mogu ostati važni čak i kada je pH unutar predviđenog radnog raspona.

2. Što je korozija razvijanjem vodika?

Razvoj vodika korozija je elektrokemijski korozijski mehanizam u kojem katodna reakcija proizvodi vodik na metalnoj površini.

Najsnažnije je povezan s kiselim vodenim sredinama, gdje su ioni vodika lako dostupni za prihvaćanje elektrona koji se oslobađaju tijekom anodnog otapanja metala.

U usporedbi s korozijom redukcijom kisika, što je često uporan proces u gaziranoj vodi, korozija razvijanjem vodika može biti puno agresivnija u dovoljno kiselim uvjetima.

Za ugljični čelik i mnoge druge aktivne metale, snižavanje pH otopine može značajno povećati brzinu anodnog otapanja jer se katodna reakcija razvijanja vodika može lako nastaviti.

Zbog toga se korozija razvijanjem vodika često susreće tijekom dekapiranjem kiselinom, kemijsko čišćenje, uklanjanje kamenca, acid-process operacije, rukovanje kiselim otpadnim vodama, i drugi procesi koji uključuju otopine s niskim pH.

Pojednostavljen praktični opis je:

Metal gubi elektrone, ioni vodika troše te elektrone, a na površini se stvara plin vodik.

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

Scenariji pojavljivanja

Oslobađanje vodika je osobito važno kada je elektrolit kiseo ili kada je metal podvrgnut jakoj katodnoj polarizaciji.

Uobičajeni scenariji uključuju:

• Kiselinsko kiseljenje: Kiselina uklanja kamenac oksida s čelika, ali prekomjerno izlaganje također može napasti osnovni metal.
• Kemijsko uklanjanje kamenca i čišćenje: Kisele otopine koje se koriste za uklanjanje naslaga mogu nastaviti otapati podlogu nakon uklanjanja naslaga.
• Sustavi kiselih otpadnih voda: Otpadne vode s niskim pH mogu kontinuirano napadati cijevi od ugljičnog čelika, tenkovi, i druge opreme.
• Sustavi kisele procesne vode: Industrijske tekućine koje sadrže mineralne ili organske kiseline mogu izazvati agresivnu koroziju.
• Katodna zaštita: Pretjerano negativni potencijali mogu povećati proizvodnju vodika, osobito kod čelika visoke čvrstoće.
• Elektrokemijska obrada: Tijekom galvanizacije može se razviti vodik, elektrodobivanje, kiseli, i drugi katodni procesi.

Ozbiljnost ovisi o više od pH. Koncentracija kiseline, temperatura, trajanje izlaganja, tip kiseline, sastav legure, stanje površine, protok, a učinkovitost inhibitora može značajno promijeniti brzinu korozije.

Mehanizam korozije

Korozija razvijanjem vodika sastoji se od povezanih anodnih i katodnih procesa.

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

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

U kiselom mediju, ioni vodika se reduciraju na površini, konačno stvarajući molekularni vodik. U manje kiselim sredinama, redukcija vode može osigurati izvor vodika.

Ukupni proces se stoga može shvatiti kao:

Otapanje metala → prijenos elektrona → redukcija vodika → stvaranje vodika na površini → razvijanje plina vodika

Kisela okolina

U jako kiselim otopinama, redukcija protona može se lako odvijati na mnogim aktivnim metalima.

To omogućuje katodnoj reakciji da održi brzo anodno otapanje, zbog čega ugljični čelik može vrlo brzo korodirati tijekom nekontroliranog tretmana kiselinom.

Kinetika površine

Razvijanje vodika uvelike ovisi o površini metala. Prenapon vodika, katalitička aktivnost, oksidnih filmova, legirajući elementi, naslage, i stanje površine utječu na brzinu reakcije.

Stoga, dva metala izložena istoj kiselini mogu pokazivati ​​značajno različito korozijsko ponašanje.

Ulazak vodika u metal

Ne odlazi sav vodik stvoren na površini nužno kao plin. Frakcija može ostati adsorbirana na površini i, pod odgovarajućim uvjetima, ući u metal.

Ovo stvara potencijalni niz:

Stvaranje vodika → adsorpcija → apsorpcija → difuzija/hvatanje

Za osjetljive čelike visoke čvrstoće, apsorbirani vodik može pridonijeti vodikovoj krtosti ili pucanju uz pomoć vodika u kombinaciji s odgovarajućim stresom i mikrostrukturnim uvjetima.

Važno, razvijanje vodika i vodikova krtost nisu sinonimi.

Razvoj vodika nudi potencijalni izvor vodika; osjetljivost materijala i upijanje vodika određuju hoće li se razviti značajna oštećenja.

Tipične karakteristike

Korozija razvijanjem vodika ima nekoliko karakteristika po kojima se razlikuje od korozije redukcijom kisika.

Jedna posebno važna karakteristika je da jaka korozija ne mora nužno proizvesti obilnu hrđu.

U kiseloj sredini, produkti korozije željeza mogu ostati otopljeni, a ne stvarati guste crvenkasto-smeđe naslage koje se obično uočavaju u gaziranoj neutralnoj vodi.

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

Temeljna antikorozivna strategija

Temeljni cilj je kontrolirati kemijske i elektrokemijske uvjete koji dopuštaju prekomjerno otapanje metala i stvaranje vodika.

Kontrolirajte koncentraciju kiseline

Koristite samo koncentraciju kiseline potrebnu za postizanje predviđenog cilja čišćenja ili obrade. Višak kiselosti može ubrzati napad na supstrat.

Ograničite vrijeme izlaganja

Obrada kiselinom treba imati definiran procesni prozor. Nakon uklanjanja kamenca ili naslaga, kontinuirano izlaganje povećava gubitak osnovnog metala bez pružanja ekvivalentnih prednosti procesa.

Kontrolna temperatura

Više temperature mogu ubrzati kinetiku elektrokemijske reakcije.

Čišćenje kiselinom stoga treba raditi unutar validiranog temperaturnog raspona, a ne oslanjati se na nepotrebno visoke temperature.

Koristite odgovarajuće inhibitore korozije

Inhibitori mogu smanjiti kiselinski napad na osnovni metal dok omogućuju kiselini da izvrši svoju namjeravanu funkciju čišćenja.

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

Odmah isperite i neutralizirajte

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

Kontrolna katodna zaštita

Za zaštićene objekte, potencijal treba održavati unutar navedenog kontrolnog raspona. Pretjerano negativni potencijali mogu povećati razvijanje vodika i stvoriti rizike od preuzimanja vodika.

Uzmite u obzir osjetljivost materijala

Gdje je stvaranje vodika neizbježno, odabir materijala treba uzeti u obzir osjetljivost na vodik, posebno za čelike visoke čvrstoće i druge legure sklone pucanju uz pomoć vodika.

3. Smanjenje kisika vs. Korozija razvijanjem vodika: Temeljna razlika

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

4. Redukcija kisika i razvijanje vodika u stvarnim korozijskim sustavima

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

Redukcija kisika i razvijanje vodika mogu se dogoditi istovremeno, natječu za katodnu struju, ili postati dominantan na različitim lokacijama i stupnjevima službe.

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

Ovo je osobito važno pri analizi kvarova. Identificiranje okoline jednostavno kao "kisikova korozija" ili "kisela korozija" možda neće biti dovoljno.

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

Gazirana neutralna voda: Redukcija kisika obično dominira

U otvorenim ili oksigeniranim vodenim sustavima, otopljeni kisik je lako dostupan na površini metala.

Za mnoge sustave ugljik-čelik koji rade blizu neutralnog pH, redukcija kisika je stoga važan katodni proces.

Tipični primjeri uključuju:

• Industrijski krugovi rashladne vode
• Rashladni tornjevi
• Otvoreni spremnici za skladištenje
• HVAC cirkulacijski sustavi
• Cjevovodi za vodu
• Atmosferski vodeni filmovi

Pod ovim uvjetima, korozija je često karakterizirana postupnim, 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 opće stanjivanje stijenki, diferencijalno-aeracijska korozija, zadirkivanje, i lokalizirani napad potpomognut depozitom.

Odzračena voda: Uklanjanje kisika mijenja katodni put

Deaeracija može znatno potisnuti redukciju kisika, ali ne mora nužno eliminirati koroziju.

Jednom otopljeni kisik postaje rijedak, drugi katodni proces može podržati potrošnju elektrona.

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

Ovo proizvodi važnu inženjersku razliku:

Deaeracija može ukloniti jedan glavni katodni put bez da metal postane elektrokemijski neaktivan.

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

Ovo je posebno važno u zatvorenim industrijskim vodnim sustavima gdje se koncentracija kisika može kontinuirano mijenjati tijekom pokretanja, isključivanje, održavanje, ili kemijskom obradom.

Kisele i gazirane otopine: Obje reakcije mogu koegzistirati

Kisela otopina može sadržavati i vodikove ione i otopljeni kisik.

Pod ovim uvjetima, katodna površina može podržati:

Smanjenje kisika

i

Razvoj vodika

istovremeno.

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

Na početku izlaganja, kisela otopina bogata kisikom može pokazati značajnu aktivnost redukcije kisika.

Budući da se kisik troši ili transport postaje ograničen, razvoj vodika može postati relativno važniji.

Tako, katodni mehanizam može evoluirati s vremenom:

Bogato kisikom → miješano katodno ponašanje → osiromašeno kisikom → veći doprinos vodika

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

Pukotina i korozija ispod naslaga

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

Na početku izlaganja, kisik može biti prisutan unutar i izvan pukotine.

Budući da zatvoreno područje troši kisik brže nego što se može obnoviti, koncentracija kisika unutar pukotine se smanjuje.

Vanjska površina može nastaviti podržavati smanjenje kisika, dok pukotina osiromašena kisikom postaje relativno anodna.

Ovo stvara lokaliziranu elektrokemijsku ćeliju:

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

Koncentracija klorida, kiselost, proizvodi hidrolize, a nakupljanje proizvoda korozije može dodatno ubrzati lokalizirani napad.

Važna je točka da smanjenje kisika može biti odgovorno za elektrokemijsku pokretačku silu izvan pukotine, dok se unutar njega događa ozbiljno otapanje metala.

Sustavi rashladne vode: Praktičan industrijski primjer

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

Otopljeni kisik + protok + temperatura + soli + naslage + mikroorganizama + mijenjanje kemije

Redukcija kisika može dominirati katodnim ponašanjem u oksigeniranim dijelovima kruga.

Istovremeno, naslage i biofilmovi 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 ovog razloga, praćenje samo kemije vode u rasutom stanju možda neće adekvatno opisati stanje korozije pojedinačnih komponenti.

Dekapiranje kiselinom i kemijsko čišćenje

Čišćenje kiselinom pruža kontrastno okruženje.

Kiselina je namijenjena za uklanjanje kamenca ili naslaga, ali ista kemija također može napasti izloženu podlogu.

Osvajanje vodika postaje važna katodna reakcija, posebno kada je otopina jako kisela.

Prilikom stvaranja vodika mogu se pojaviti vidljivi mjehurići.

Tipičan slijed procesa je:

Uklanjanje kamenca → izloženost supstrata → kontinuirani napad kiseline → razvijanje vodika → gubitak metala

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

Zbog toga koncentracija kiseline, temperatura, vrijeme liječenja, koncentracija inhibitora, a ispiranje nakon čišćenja potrebno je kontrolirati kao jedan proces, a ne neovisno.

Katodna zaštita: Kontrola korozije može povećati proizvodnju vodika

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

To može biti vrlo učinkovito za cjevovode, morske strukture, tenkovi, i ukopani čelični sustavi.

Međutim, kako potencijal postaje sve negativniji, razvoj vodika može postati važniji.

Ovo stvara kritičan inženjerski kompromis:

Niža anodna korozija ↔ potencijalno veća proizvodnja vodika

Za materijale osjetljive na pucanje uz pomoć vodika, osobito neki čelici visoke čvrstoće, prekomjerna katodna polarizacija stoga može uvesti drugačiji mehanizam kvara čak i dok se konvencionalna korozija smanjuje.

Katodnu zaštitu stoga treba dizajnirati 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 redukcijom kisika promjenom transporta otopljenog kisika do metalne površine.

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

Međutim, rezultat nije općenito veća stopa korozije jer protok može istodobno modificirati zaštitne filmove, uklanjanje proizvoda korozije, distribucija inhibitora, i erozije.

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

Na razvoj vodika također može utjecati protok, ali je njegov odnos s protokom općenito drugačiji jer katodni reaktant nije otopljeni kisik.

Umjesto toga protok može promijeniti lokalnu koncentraciju, stanje površine, temperatura, i uklanjanje mjehurića vodika.

Temperatura mijenja ravnotežu između dva mehanizma

Temperatura utječe i na redukciju kisika i na razvoj vodika, ali kroz različite i ponekad konkurentne mehanizme.

Povećanje temperature općenito ubrzava elektrokemijsku kinetiku.

Istovremeno, koncentracija otopljenog kisika u vodi obično opada kako temperatura raste pri određenom tlaku.

Stoga:

Viša temperatura → brža kinetika reakcije

ali također:

Viša temperatura → niža ravnotežna topljivost kisika

Konačni rezultat za koroziju redukcijom kisika stoga nije uvijek jednostavan.

Razvijanje vodika također se može ubrzati s temperaturom jer se kinetika reakcije općenito povećava, ali rezultirajuće korozijsko ponašanje još uvijek ovisi o pH, potencijal, stanje površine, i materijalna osjetljivost.

5. Zaključak

Korozija razvijanjem vodika i korozija apsorpcijom kisika dva su temeljna elektrokemijska mehanizma korozije metala u vodi, uz bitne razlike u prilagodbi okolini, kinetika reakcije, morfološka oštećenja, i upravljačku logiku.

Korozija razvijanjem vodika javlja se u kiselim sredinama s niskim sadržajem kisika, karakterizira ravnomjerno otapanje metala kontrolirano međufaznim elektrokemijskim reakcijama.

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

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

Za industrijsku kontrolu korozije, prvo identificirajući dominantni mehanizam korozije, zatim usvajanje ciljanog odabira materijala, srednja prilagodba, i mjere zaštite mogu maksimalno povećati učinkovitost protiv korozije, smanjiti stope kvarova opreme, te niže dugoročne troškove rada i održavanja.

Ovladavanje ova dva temeljna mehanizma osnovna je pretpostavka profesionalnog projektiranja korozijskog inženjeringa i analize kvarova.

 

FAQ

Koja je glavna razlika između redukcije kisika i razvijanja vodika?

Redukcija kisikom koristi otopljeni kisik kao katodni reaktant, dok razvijanje vodika reducira vodikove ione ili vodu i proizvodi vodik.

Smanjenje kisika usko je povezano s gaziranom vodom, dok razvijanje vodika postaje posebno važno u kiselim ili jako katodno polariziranim sredinama.

Može li se redukcija kisika i razvijanje vodika dogoditi istodobno?

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

Njihov relativni doprinos ovisi o pH, koncentracija kisika, potencijal elektrode, površinska kinetika, i prijenos mase.

Zaustavlja li uklanjanje otopljenog kisika koroziju?

Ne. Deaeracija može snažno potisnuti redukciju kisika, ali druge katodne reakcije, uključujući redukciju vode i razvijanje vodika, može nastaviti pod odgovarajućim uvjetima.

Zašto nedostatak kisika uzrokuje koroziju u pukotinama?

Kisik unutar ograničene pukotine troši se brže nego što se može obnoviti.

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

Znači li razvijanje vodika uvijek vodikovu krtost?

Ne. Razvijanje vodika predstavlja potencijalni izvor apsorbiranog vodika, ali vodikova krtost zahtijeva osjetljiv materijal i odgovarajuće kombinacije uzimanja vodika, stres, i mikrostrukturni uvjeti.

Znači li veća količina otopljenog kisika uvijek bržu koroziju??

Nije nužno. Otopljeni kisik može povećati katodni kapacitet redukcije kisika, ali stvarna korozija ovisi o pasivnim filmovima, inhibitori, prijenos mase, anodna kinetika, stanje površine, i lokalizirana kemija.

Koji je mehanizam korozije opasniji?

Niti jedan mehanizam nije univerzalno opasniji.

Smanjenje kisika može podržati jaku lokaliziranu koroziju i dugotrajno prodiranje u zid, dok razvijanje vodika može uzrokovati brz napad kiseline i može dovesti do oštećenja potpomognutog vodikom. Rizik ovisi o materijalu i okruženju usluge.