Penyerapan Oksigen vs Korosi Evolusi Hidrogen: Perbedaan utama

Korosi air adalah bentuk degradasi logam yang paling umum dan merusak secara ekonomi di industri, laut, infrastruktur, dan bidang pengolahan kimia.

Semua proses korosi elektrokimia basah bergantung pada reaksi oksidasi logam anodik dan reduksi katodik berpasangan.

Berdasarkan mekanisme depolarisasi katodik yang berbeda, Korosi logam berair secara ketat dikategorikan menjadi dua jenis inti: korosi evolusi hidrogen (HEC) Dan korosi penyerapan oksigen (OAC).

Kedua mode korosi ini mengatur hampir semua skenario kegagalan logam fase cair, namun keduanya berbeda secara drastis dalam prinsip elektrokimia, pemicu lingkungan, kinetika reaksi, ciri-ciri morfologi, dan strategi pengendalian.

Salah menilai mekanisme korosi yang dominan adalah penyebab utama tidak efektifnya desain anti korosi, kegagalan peralatan prematur, dan peningkatan biaya pemeliharaan.

1. Apa Itu Korosi Penyerapan Oksigen?

Korosi penyerapan oksigen, lebih tepatnya disebut korosi reduksi oksigen, adalah salah satu mekanisme korosi elektrokimia paling umum yang mempengaruhi baja karbon dan logam lainnya di lingkungan berair.

Hal ini terutama terjadi pada air netral dan sedikit basa, di mana oksigen terlarut bertindak sebagai reaktan katodik utama yang mempertahankan pelarutan logam.

Mekanisme ini mudah untuk diabaikan karena tidak serta merta menghasilkan kerusakan yang cepat atau dramatis pada awalnya. Alih-alih, korosi dapat berlangsung relatif lambat tetapi terus menerus.

Selama berbulan-bulan atau bertahun-tahun, hilangnya logam secara bertahap ini dapat mengurangi ketebalan dinding, menghasilkan produk korosi, memulai serangan lokal, dan akhirnya menyebabkan kebocoran atau perforasi.

Interpretasi teknik sederhana adalah:

Air menyediakan elektrolit, oksigen terlarut menopang reaksi katodik, dan logam memasok elektron melalui pelarutan anodik.

Inilah sebabnya mengapa korosi oksigen sangat penting dalam sistem di mana air berulang kali terkena udara atau terus bersirkulasi.

Lingkungan industri yang umum mencakup sistem air dingin AC sentral, loop air pendingin industri, menara pendingin, jaringan pipa air kota dan bangunan, tank, Penukar panas, dan berbagai sistem pengolahan air.

Meskipun air netral dan sedikit basa adalah lingkungan klasik, reduksi oksigen juga dapat berpartisipasi dalam korosi dalam kondisi asam.

Peningkatan keasaman umumnya mengubah kinetika katodik dan dapat mempercepat korosi secara keseluruhan, sementara reduksi oksigen mungkin terus berjalan seiring dengan reaksi evolusi hidrogen.

Dimana Terjadi Korosi Penyerapan Oksigen?

Korosi reduksi oksigen dapat terjadi setiap kali permukaan logam terkena elektrolit berair yang mengandung oksigen terlarut.

Tingkat keparahannya tergantung pada konsentrasi oksigen, kimia air, suhu, mengalir, kondisi permukaan, dan kemampuan oksigen untuk mencapai logam.

Sistem HVAC Pusat dan Air Dingin

Sistem sirkulasi yang terbuka atau mengalami deaerasi yang buruk dapat terus menerus memasukkan oksigen ke dalam air.

Pompa, tangki ekspansi, air riasan, kebocoran, dan aktivitas pemeliharaan semuanya dapat memberikan peluang masuknya udara.

Pipa dan komponen baja karbon secara bertahap dapat menimbulkan korosi umum, endapan karat, dan serangan lokal ketika oksigen tidak dikontrol secara memadai.

Sistem Air Pendingin Industri

Sistem pendingin sering kali menggabungkan sirkulasi air, suhu tinggi, garam terlarut, dan kontak terus menerus dengan udara.

Menara pendingin sangat relevan karena air sengaja diekspos ke atmosfer.

Hal ini menciptakan pasokan oksigen terus menerus yang dapat mendukung korosi pada pipa baja karbon, Penukar panas, tank, dan peralatan logam lainnya.

Menara Pendingin

Menara pendingin adalah lingkungan klasik yang kaya oksigen karena air didistribusikan ke area permukaan yang luas dan berinteraksi langsung dengan udara atmosfer.

Kombinasi dari:

Antarmuka air-udara yang besar + sirkulasi terus menerus + garam terlarut + variasi suhu

dapat menciptakan kondisi yang menguntungkan bagi korosi jika kimia air dan pengendalian korosi tidak dikelola dengan baik.

Sistem Air Kota dan Bangunan

Pipa distribusi air dan sistem penyimpanan juga mungkin mengalami korosi terkait oksigen, terutama jika air tetap diangin-anginkan dan terdapat logam yang rentan korosi.

Bagian aliran rendah, kaki mati, daerah yang mempunyai drainase buruk, dan genangan air dapat menciptakan perbedaan besar dalam konsentrasi oksigen lokal dan oleh karena itu berkontribusi terhadap korosi lokal.

Sistem Air Murni atau Air yang Diolah dengan Suhu Sekitar

Bahkan air yang relatif bersih pun tidak otomatis bersifat non-korosif. Kontaminasi ionik yang rendah dapat mengurangi konduktivitas elektrolit, tetapi oksigen terlarut masih dapat berpartisipasi dalam reaksi elektrokimia.

Perilaku korosi yang dihasilkan bergantung pada logamnya, suhu, konsentrasi oksigen, kondisi aliran, dan film permukaan.

Bagaimana Cara Kerja Korosi Penyerapan Oksigen?

Proses korosi terdiri dari reaksi anodik dan katodik yang digabungkan.

Di wilayah anodik, logam kehilangan elektron dan memasuki air di sekitarnya sebagai ion logam.

Elektron tersebut kemudian melakukan perjalanan melalui struktur logam menuju daerah katodik, dimana oksigen terlarut berkurang.

Untuk besi dan baja karbon, barisan yang disederhanakan adalah:

Pelarutan logam → pelepasan elektron → reduksi oksigen → pembentukan hidroksida → pengembangan produk korosi

Oleh karena itu, oksigen terlarut bertindak sebagai akseptor elektron yang memungkinkan reaksi pelarutan anodik berlanjut.

Hal ini menjelaskan mengapa korosi dapat terus berlanjut meskipun permukaan logam tampak stabil secara visual.

Proses elektrokimia terjadi pada situs anodik dan katodik mikroskopis yang dapat berubah seiring waktu.

Hasil akhirnya terlihat—karat coklat, oksida hitam, deposit jeruk, atau nodul korosi yang tebal—merupakan produk sekunder dari reaksi elektrokimia dan bukan mekanisme korosi awal itu sendiri.

Suhu Juga Mengubah Perilaku Korosi Oksigen

Suhu mempunyai efek yang saling bersaing.

Peningkatan suhu umumnya mempercepat kinetika reaksi elektrokimia dan proses yang berhubungan dengan difusi.

Pada saat yang sama, kelarutan oksigen dalam air umumnya menurun seiring dengan kenaikan suhu pada tekanan atmosfer.

Akibatnya, pengaruh suhu terhadap korosi reduksi oksigen tidak dapat diprediksi hanya dari suhu saja.

Untuk sistem rekayasa, itu perlu untuk dipertimbangkan:

Suhu + oksigen terlarut + mengalir + kimia air + stabilitas film korosi

Hal ini sangat penting untuk sistem pendingin dan penukar panas dimana suhu air dapat berubah secara substansial di seluruh sirkuit.

Ciri Khas Korosi Penyerapan Oksigen

Strategi Inti Anti Korosi untuk Korosi Penyerapan Oksigen

Tujuan utamanya adalah untuk mengurangi kondisi yang memungkinkan reduksi oksigen untuk mempertahankan pelarutan logam anodik.

Kurangi Paparan Oksigen

Jika desain sistem mengizinkan, mengurangi masuknya udara dan oksigen terlarut dapat menurunkan kekuatan pendorong korosi reduksi oksigen.

Tindakan yang mungkin dilakukan termasuk deaerasi terkendali, meminimalkan masuknya udara yang tidak diperlukan, dan mengurangi paparan berulang dari air yang bersirkulasi terhadap oksigen atmosfer.

Gunakan Inhibitor Korosi

Inhibitor yang tepat dapat mengganggu pembubaran anodik, reaksi katodik, atau keduanya.

Pemilihan harus didasarkan pada logam tertentu, kimia air, suhu operasi, dan persyaratan lingkungan.

Buat Film Pelindung

Untuk beberapa sistem air, perawatan pra-pembuatan film atau pasif dapat menciptakan kondisi permukaan yang lebih protektif. Efektivitasnya sangat bergantung pada bahan kimia dan air.

Skala Kontrol dan Lumpur

Menghilangkan endapan membantu mencegah berkembangnya sel aerasi diferensial.

Pengolahan air, penyaringan, ledakan, pembersihan, dan pengendalian endapan secara tidak langsung dapat mengurangi korosi oksigen lokal.

Kontrol Kimia Air

ph, alkalinitas, daya konduksi, khlorida, padatan terlarut, aktivitas mikrobiologi, dan konsentrasi inhibitor semuanya dapat mempengaruhi perilaku korosi.

Kontrol pH itu penting, tetapi korosi oksigen tidak boleh direduksi menjadi masalah sederhana “sesuaikan pH”..

Ketersediaan oksigen dan aerasi diferensial mungkin tetap penting meskipun pH berada dalam kisaran pengoperasian yang diinginkan.

2. Apa Itu Korosi Evolusi Hidrogen?

Evolusi hidrogen korosi adalah mekanisme korosi elektrokimia dimana reaksi katodik menghasilkan hidrogen pada permukaan logam.

Hal ini paling kuat terkait dengan lingkungan berair asam, di mana ion hidrogen tersedia untuk menerima elektron yang dilepaskan selama pelarutan logam anodik.

Dibandingkan dengan korosi reduksi oksigen, yang seringkali merupakan proses persisten dalam air aerasi, Korosi evolusi hidrogen bisa menjadi jauh lebih agresif dalam kondisi yang cukup asam.

Untuk baja karbon dan banyak logam aktif lainnya, menurunkan pH larutan dapat meningkatkan laju disolusi anodik secara signifikan karena reaksi evolusi hidrogen katodik dapat berlangsung dengan mudah.

Inilah sebabnya mengapa korosi evolusi hidrogen sering ditemui selama pengawetan asam, pembersihan kimia, membersihkan kerak, operasi proses asam, penanganan air limbah yang bersifat asam, dan proses lain yang melibatkan larutan pH rendah.

Deskripsi praktis yang disederhanakan adalah:

Logam kehilangan elektron, ion hidrogen mengkonsumsi elektron tersebut, dan gas hidrogen terbentuk di permukaan.

Oleh karena itu, gelembung hidrogen yang terlihat bukanlah penyebab korosi. Mereka adalah produk dari reaksi katodik yang memungkinkan oksidasi logam berlanjut.

Skenario Kejadian

Evolusi hidrogen sangat penting ketika elektrolit bersifat asam atau ketika logam mengalami polarisasi katodik yang kuat.

Skenario umum meliputi:

• Pengawetan asam: Asam menghilangkan kerak oksida dari baja, namun paparan berlebihan juga dapat menyerang logam dasar.
• Kerak dan pembersihan kimia: Larutan asam yang digunakan untuk menghilangkan endapan dapat terus melarutkan substrat setelah endapan tersebut dihilangkan.
• Sistem air limbah asam: Air limbah dengan pH rendah dapat terus menerus menyerang pipa baja karbon, tank, dan peralatan lainnya.
• Sistem air proses yang bersifat asam: Cairan industri yang mengandung mineral atau asam organik dapat menghasilkan korosi yang agresif.
• Perlindungan katodik: Potensi negatif yang berlebihan dapat meningkatkan produksi hidrogen, khususnya pada baja berkekuatan tinggi.
• Pemrosesan elektrokimia: Hidrogen dapat berevolusi selama pelapisan listrik, pemenang listrik, acar, dan proses katodik lainnya.

Tingkat keparahannya tidak hanya bergantung pada pH. Konsentrasi asam, suhu, waktu paparan, tipe asam, komposisi paduan, kondisi permukaan, mengalir, dan efektivitas inhibitor dapat secara substansial mengubah laju korosi.

Mekanisme Korosi

Korosi evolusi hidrogen terdiri dari proses anodik dan katodik yang digabungkan.

Di situs anodik, logam kehilangan elektron dan larut ke dalam elektrolit.

Elektron yang dilepaskan bergerak melalui logam menuju situs katodik, dimana spesies yang mengandung hidrogen mengkonsumsinya.

Dalam media asam, ion hidrogen tereduksi di permukaan, akhirnya membentuk molekul hidrogen. Di lingkungan yang kurang asam, pengurangan air dapat menyediakan sumber hidrogen.

Oleh karena itu, keseluruhan proses dapat dipahami sebagai:

Pelarutan logam → transfer elektron → reduksi hidrogen → pembentukan hidrogen permukaan → evolusi gas hidrogen

Lingkungan Asam

Dalam larutan yang sangat asam, reduksi proton dapat berlangsung dengan mudah pada banyak logam aktif.

Hal ini memungkinkan reaksi katodik mempertahankan pelarutan anodik yang cepat, itulah sebabnya baja karbon dapat terkorosi dengan sangat cepat selama perlakuan asam yang tidak terkontrol.

Kinetika Permukaan

Evolusi hidrogen sangat bergantung pada permukaan logam. Potensi berlebih hidrogen, aktivitas katalitik, film oksida, elemen paduan, deposito, dan kondisi permukaan semuanya mempengaruhi laju reaksi.

Akibatnya, dua logam yang terkena asam yang sama dapat menunjukkan perilaku korosi yang berbeda secara signifikan.

Masuknya Hidrogen ke dalam Logam

Tidak semua hidrogen yang dihasilkan di permukaan akan menjadi gas. Sebagian kecil mungkin tetap teradsorpsi di permukaan dan, dalam kondisi yang sesuai, masukkan logam.

Hal ini menciptakan rangkaian potensial:

Pembentukan hidrogen → adsorpsi → penyerapan → difusi/perangkap

Untuk baja berkekuatan tinggi yang rentan, hidrogen yang terserap dapat berkontribusi terhadap penggetasan hidrogen atau perengkahan yang dibantu hidrogen bila dikombinasikan dengan tegangan dan kondisi mikrostruktur yang sesuai.

Penting, evolusi hidrogen dan penggetasan hidrogen tidak sama.

Evolusi hidrogen memasok sumber hidrogen yang potensial; kerentanan material dan serapan hidrogen menentukan apakah terjadi kerusakan yang signifikan.

Karakteristik Khas

Korosi evolusi hidrogen memiliki beberapa karakteristik yang membedakannya dengan korosi reduksi oksigen.

Salah satu karakteristik yang sangat penting adalah bahwa korosi yang parah tidak serta merta menghasilkan banyak karat.

Dalam lingkungan asam, produk korosi besi mungkin tetap terlarut daripada membentuk endapan tebal berwarna coklat kemerahan yang biasa diamati dalam air netral yang diangin-anginkan.

Sebagai akibat, suatu komponen dapat tampak relatif bersih ketika terjadi kehilangan logam dasar yang signifikan.

Strategi Inti Anti-Korosi

Tujuan mendasarnya adalah untuk mengendalikan kondisi kimia dan elektrokimia yang memungkinkan pelarutan logam berlebihan dan pembentukan hidrogen.

Kontrol Konsentrasi Asam

Gunakan hanya konsentrasi asam yang diperlukan untuk mencapai tujuan pembersihan atau pemrosesan yang diinginkan. Keasaman yang berlebihan dapat mempercepat serangan substrat.

Batasi Waktu Pemaparan

Perlakuan asam harus memiliki jendela proses yang ditentukan. Setelah kerak atau endapan telah dihilangkan, pemaparan yang terus-menerus akan meningkatkan kehilangan logam dasar tanpa memberikan manfaat proses yang setara.

Kontrol Suhu

Temperatur yang lebih tinggi dapat mempercepat kinetika reaksi elektrokimia.

Oleh karena itu, pembersihan asam harus dilakukan dalam kisaran suhu yang divalidasi daripada mengandalkan suhu tinggi yang tidak perlu.

Gunakan Inhibitor Korosi yang Sesuai

Inhibitor dapat mengurangi serangan asam pada logam dasar sekaligus membiarkan asam melakukan fungsi pembersihan yang diharapkan.

Inhibitor dan konsentrasi yang benar harus divalidasi untuk asam spesifik, paduan, dan suhu pengoperasian.

Bilas dan Netralkan Segera

Setelah perawatan asam, sisa asam harus dihilangkan dengan cepat melalui prosedur pembilasan dan netralisasi yang tepat untuk mencegah serangan lanjutan selama penyimpanan atau pemrosesan selanjutnya.

Kontrol Perlindungan Katodik

Untuk struktur yang dilindungi, potensinya harus dipertahankan dalam rentang kendali yang ditentukan. Potensi negatif yang berlebihan dapat meningkatkan evolusi hidrogen dan menimbulkan risiko serapan hidrogen.

Pertimbangkan Kerentanan Material

Dimana generasi hidrogen tidak dapat dihindari, pemilihan bahan harus mempertimbangkan kerentanan hidrogen, khususnya untuk baja berkekuatan tinggi dan paduan lainnya yang rentan terhadap retak yang dibantu hidrogen.

3. Pengurangan Oksigen vs. Korosi Evolusi Hidrogen: Perbedaan Mendasar

Meskipun kedua mekanisme tersebut merupakan proses katodik yang mendukung pelarutan logam anodik, mereka berbeda secara mendasar dalam reaktannya, persyaratan lingkungan, faktor pengendali, perilaku korosi, dan strategi pencegahan.

4. Pengurangan Oksigen dan Evolusi Hidrogen dalam Sistem Korosi Nyata

Dalam lingkungan industri yang sebenarnya, korosi jarang mengikuti mekanisme yang terisolasi sempurna.

Pengurangan oksigen dan evolusi hidrogen dapat terjadi secara bersamaan, bersaing untuk arus katodik, atau menjadi dominan di berbagai lokasi dan tahapan pelayanan.

Keseimbangannya tergantung pada oksigen terlarut, ph, potensial elektroda, suhu, komposisi elektrolit, kondisi aliran, dan karakteristik elektrokimia permukaan logam.

Hal ini sangat penting ketika menganalisis kegagalan. Mengidentifikasi suatu lingkungan hanya sebagai “korosi oksigen” atau “korosi asam” mungkin tidak cukup.

Reaksi katodik yang dominan dapat berubah seiring dengan perubahan lingkungan setempat.

Air Netral Aerasi: Pengurangan Oksigen Biasanya Mendominasi

Dalam sistem perairan terbuka atau beroksigen, oksigen terlarut tersedia di permukaan logam.

Untuk banyak sistem baja karbon yang beroperasi mendekati pH netral, Oleh karena itu reduksi oksigen merupakan proses katodik yang penting.

Contoh tipikalnya meliputi:

• Sirkuit air pendingin industri
• Menara pendingin
• Tangki penyimpanan terbuka
• Sistem sirkulasi HVAC
• Saluran pipa air
• Film air atmosfer

Dalam kondisi ini, korosi sering kali ditandai dengan hilangnya logam secara bertahap namun terus-menerus.

Sirkulasi air dapat terus menerus mengisi kembali oksigen terlarut, sementara endapan dan zona stagnan dapat menimbulkan perbedaan konsentrasi oksigen lokal.

Masalah teknik utama adalah penipisan dinding secara umum, korosi aerasi diferensial, pitting, dan serangan lokal yang dibantu deposit.

Air Deaerasi: Menghilangkan Oksigen Mengubah Jalur Katodik

Deaerasi secara substansial dapat menekan pengurangan oksigen, tapi itu tidak serta merta menghilangkan korosi.

Begitu oksigen terlarut menjadi langka, proses katodik lain mungkin mendukung konsumsi elektron.

Tergantung pada pH, potensi, suhu, dan permukaan material, pengurangan air dan evolusi hidrogen bisa menjadi semakin penting.

Hal ini menghasilkan perbedaan teknik yang penting:

Deaerasi dapat menghilangkan satu jalur katodik utama tanpa membuat logam menjadi tidak aktif secara elektrokimia.

Laju korosi yang dihasilkan dapat menurun secara signifikan, namun proses katodik yang tersisa masih harus diperhatikan.

Hal ini sangat relevan dalam sistem air industri tertutup di mana konsentrasi oksigen dapat berubah terus-menerus selama penyalaan, penutupan, pemeliharaan, atau perawatan kimia.

Larutan Asam dan Aerasi: Kedua Reaksi Dapat Hidup Berdampingan

Larutan asam dapat mengandung ion hidrogen dan oksigen terlarut.

Dalam kondisi ini, permukaan katodik mungkin mendukung:

Pengurangan oksigen

Dan

Evolusi hidrogen

pada saat yang sama.

Reaksi mana yang memberikan kontribusi lebih besar terhadap arus katodik total bergantung pada kinetika permukaan logam, transportasi oksigen, ph, dan potensial elektroda.

Pada awal pemaparan, larutan asam yang kaya oksigen mungkin menunjukkan aktivitas reduksi oksigen yang besar.

Karena oksigen dikonsumsi atau transportasi menjadi terbatas, evolusi hidrogen bisa menjadi relatif lebih penting.

Dengan demikian, mekanisme katodik dapat berkembang seiring waktu:

Kaya oksigen → perilaku katodik campuran → kekurangan oksigen → kontribusi hidrogen lebih besar

Perilaku dinamis ini sangat relevan pada celah-celah, deposito, kapal tertutup, dan bagian yang stagnan.

Korosi Celah dan Under-Deposit

Celah memberikan contoh klasik bagaimana reaksi katodik lokal dapat berubah.

Pada awal pemaparan, oksigen mungkin ada baik di dalam maupun di luar celah.

Karena wilayah yang tertutup mengkonsumsi oksigen lebih cepat daripada yang dapat diisi ulang, konsentrasi oksigen di dalam celah berkurang.

Permukaan luar mungkin terus mendukung pengurangan oksigen, sedangkan celah yang kekurangan oksigen menjadi relatif anodik.

Ini menciptakan sel elektrokimia lokal:

Saat korosi berkembang, kimia lokal bisa menjadi semakin agresif.

Konsentrasi klorida, keasaman, produk hidrolisis, dan akumulasi produk korosi selanjutnya dapat mempercepat serangan lokal.

Hal yang penting adalah bahwa reduksi oksigen bertanggung jawab atas gaya penggerak elektrokimia di luar celah, sedangkan pelarutan logam yang parah terjadi di dalamnya.

Sistem Air Pendingin: Contoh Industri Praktis

Sistem air pendingin sering kali mengandung semua variabel yang membuat korosi sulit didiagnosis:

Oksigen terlarut + mengalir + suhu + garam + deposito + mikroorganisme + mengubah kimia

Reduksi oksigen mungkin mendominasi perilaku katodik pada bagian rangkaian yang teroksigenasi.

Pada saat yang sama, endapan dan biofilm dapat menciptakan lingkungan mikro yang kekurangan oksigen sehingga korosi lokal menjadi parah.

Hasilnya adalah laju korosi rata-rata yang terlihat ringan dan dikombinasikan dengan lubang yang dalam secara lokal.

Untuk alasan ini, pemantauan kimia air curah saja mungkin tidak cukup menggambarkan kondisi korosi masing-masing komponen.

Pengawetan Asam dan Pembersihan Kimia

Pembersihan asam memberikan lingkungan yang kontras.

Asam dimaksudkan untuk menghilangkan kerak atau endapan, tetapi bahan kimia yang sama juga dapat menyerang substrat yang terbuka.

Evolusi hidrogen menjadi reaksi katodik yang penting, terutama bila larutannya sangat asam.

Gelembung yang terlihat dapat terjadi saat hidrogen dihasilkan.

Urutan proses yang khas adalah:

Penghapusan kerak → paparan substrat → serangan asam berkelanjutan → evolusi hidrogen → hilangnya logam

Jika proses pembersihan berlangsung terlalu lama, operator dapat menghilangkan tidak hanya endapan yang tidak diinginkan tetapi juga logam yang mendasarinya dalam jumlah yang semakin banyak.

Inilah sebabnya mengapa konsentrasi asam, suhu, waktu perawatan, konsentrasi inhibitor, dan pembilasan pasca pembersihan perlu dikontrol sebagai satu proses dan bukan secara terpisah.

Perlindungan katodik: Pengendalian Korosi Dapat Meningkatkan Produksi Hidrogen

Proteksi katodik dengan sengaja menggeser struktur terlindung ke arah potensial yang lebih negatif untuk menekan disolusi anodik.

Ini bisa sangat efektif untuk jaringan pipa, struktur laut, tank, dan sistem baja terkubur.

Namun, karena potensinya menjadi semakin negatif, evolusi hidrogen bisa menjadi lebih penting.

Hal ini menciptakan trade-off rekayasa yang penting:

Korosi anodik lebih rendah ↔ potensi produksi hidrogen yang lebih tinggi

Untuk material yang rentan terhadap retak yang dibantu hidrogen, khususnya beberapa baja berkekuatan tinggi, Oleh karena itu, polarisasi katodik yang berlebihan dapat menimbulkan mekanisme kegagalan yang berbeda bahkan ketika korosi konvensional sedang dikurangi.

Oleh karena itu, proteksi katodik harus dirancang di sekitar material, lingkungan, kondisi pelapisan, dan kriteria perlindungan yang berlaku, daripada sekadar memaksimalkan potensi negatifnya.

Air Mengalir: Transportasi Oksigen dan Perpindahan Massa

Aliran dapat sangat mempengaruhi korosi reduksi oksigen dengan mengubah pengangkutan oksigen terlarut ke permukaan logam.

Aliran yang lebih tinggi dapat mengurangi ketebalan lapisan batas difusi dan meningkatkan transpor oksigen.

Namun, hasilnya tidak selalu berupa laju korosi yang lebih tinggi karena aliran secara bersamaan dapat memodifikasi lapisan pelindung, penghilangan produk korosi, distribusi penghambat, dan erosi.

Dengan kecepatan yang cukup tinggi, erosi-korosi bisa menjadi penting.

Evolusi hidrogen juga dapat dipengaruhi oleh aliran, namun hubungannya dengan aliran umumnya berbeda karena reaktan katodik bukanlah oksigen terlarut.

Aliran malah dapat mengubah konsentrasi lokal, kondisi permukaan, suhu, dan penghilangan gelembung hidrogen.

Suhu Mengubah Keseimbangan Antara Dua Mekanisme

Suhu mempengaruhi reduksi oksigen dan evolusi hidrogen, namun melalui mekanisme yang berbeda dan terkadang bersaing.

Peningkatan suhu umumnya mempercepat kinetika elektrokimia.

Pada saat yang sama, Konsentrasi oksigen terlarut dalam air biasanya menurun seiring dengan kenaikan suhu pada tekanan tertentu.

Akibatnya:

Suhu lebih tinggi → kinetika reaksi lebih cepat

tapi juga:

Suhu lebih tinggi → kelarutan oksigen kesetimbangan lebih rendah

Oleh karena itu, hasil akhir dari korosi reduksi oksigen tidak selalu langsung.

Evolusi hidrogen juga dapat dipercepat seiring dengan peningkatan suhu karena kinetika reaksi umumnya meningkat, namun perilaku korosi yang dihasilkan masih bergantung pada pH, potensi, kondisi permukaan, dan kerentanan material.

5. Kesimpulan

Korosi evolusi hidrogen dan korosi penyerapan oksigen adalah dua mekanisme elektrokimia dasar dari korosi logam berair, dengan perbedaan mendasar dalam adaptasi lingkungan, kinetika reaksi, kerusakan morfologi, dan mengendalikan logika.

Korosi evolusi hidrogen terjadi di lingkungan asam rendah oksigen, menampilkan pembubaran logam seragam yang dikendalikan oleh reaksi elektrokimia antarmuka.

Korosi penyerapan oksigen mendominasi air netral/basa yang kaya oksigen, menghadirkan korosi lokal yang merusak yang dibatasi oleh perpindahan massa difusi oksigen.

Sebagian besar kegagalan peralatan berair industri berasal dari korosi penyerapan oksigen, sedangkan korosi evolusi hidrogen terbatas pada skenario proses asam tertentu.

Untuk pengendalian korosi industri, mengidentifikasi mekanisme korosi yang dominan terlebih dahulu, kemudian mengadopsi pemilihan material yang ditargetkan, penyesuaian sedang, dan tindakan perlindungan dapat memaksimalkan efisiensi anti-korosi, mengurangi tingkat kegagalan peralatan, dan menurunkan biaya operasional dan pemeliharaan jangka panjang.

Menguasai dua mekanisme inti ini adalah premis dasar desain rekayasa korosi profesional dan analisis kegagalan.

 

FAQ

Apa perbedaan utama antara reduksi oksigen dan evolusi hidrogen?

Reduksi oksigen menggunakan oksigen terlarut sebagai reaktan katodik, sementara evolusi hidrogen mereduksi ion hidrogen atau air dan menghasilkan hidrogen.

Pengurangan oksigen sangat terkait dengan air aerasi, sedangkan evolusi hidrogen menjadi sangat penting dalam lingkungan yang bersifat asam atau terpolarisasi katodik kuat.

Bisakah reduksi oksigen dan evolusi hidrogen terjadi secara bersamaan?

Ya. Larutan asam dapat mengandung oksigen terlarut dan ion hidrogen, memungkinkan kedua reaksi katodik terjadi secara bersamaan.

Kontribusi relatifnya bergantung pada pH, konsentrasi oksigen, potensial elektroda, kinetika permukaan, dan perpindahan massa.

Apakah menghilangkan oksigen terlarut menghentikan korosi?

TIDAK. Deaerasi dapat sangat menekan pengurangan oksigen, tetapi reaksi katodik lainnya, termasuk reduksi air dan evolusi hidrogen, dapat dilanjutkan dalam kondisi yang sesuai.

Mengapa penipisan oksigen menyebabkan korosi celah??

Oksigen di dalam celah terbatas dikonsumsi lebih cepat daripada yang dapat diisi ulang.

Hal ini menciptakan sel aerasi diferensial di mana daerah yang kekurangan oksigen menjadi relatif anodik dan mengalami pelarutan logam pekat..

Apakah evolusi hidrogen selalu berarti penggetasan hidrogen?

TIDAK. Evolusi hidrogen menyediakan sumber potensial hidrogen yang diserap, namun penggetasan hidrogen memerlukan bahan yang rentan dan kombinasi serapan hidrogen yang tepat, menekankan, dan kondisi mikrostruktur.

Apakah oksigen terlarut yang lebih tinggi selalu berarti korosi lebih cepat?

Belum tentu. Oksigen terlarut dapat meningkatkan kapasitas katodik untuk reduksi oksigen, tetapi korosi sebenarnya bergantung pada film pasif, penghambat, perpindahan massal, kinetika anodik, kondisi permukaan, dan kimia lokal.

Mekanisme korosi mana yang lebih berbahaya?

Tidak ada mekanisme yang lebih berbahaya secara universal.

Pengurangan oksigen dapat menyebabkan korosi lokal yang parah dan penetrasi dinding dalam jangka panjang, sementara evolusi hidrogen dapat menyebabkan serangan asam secara cepat dan dapat menyebabkan kerusakan akibat hidrogen. Risikonya bergantung pada material dan lingkungan layanan.