Corrosión de metales y la eficacia de los inhibidores de la corrosión en medios menos conductivos
Summary
Las pruebas de los procesos asociados con la corrosión de materiales a menudo pueden ser difícil sobre todo en ambientes no acuosos. Aquí, presentamos diferentes métodos para a corto plazo y a largo plazo de la prueba de comportamiento a la corrosión de ambientes no acuosos como los biocombustibles, especialmente aquellos que contienen bioetanol.
Abstract
Corrosión de materiales puede ser un factor limitante para los diferentes materiales en muchas aplicaciones. Por lo tanto, es necesario para mejor entender los procesos de corrosión, evitar y minimizar los daños asociados con ellos. Una de las características más importantes de los procesos de corrosión es la velocidad de corrosión. La medición de velocidades de corrosión suele ser muy difícil o incluso imposible especialmente en ambientes menos conductores, no acuosos como los biocombustibles. Aquí, presentamos cinco diferentes métodos para la determinación de velocidades de corrosión y la eficacia de la protección anticorrosiva en biocombustibles: (i) una prueba estática, (ii) una prueba dinámica, (iii) una prueba estática con una medidas de refrigerador y electroquímica de reflujo (iv) en una arreglo de dos electrodos y (v) en un arreglo de 3 electrodos. La prueba estática es ventajosa debido a su baja demanda en el material y equipo instrumental. La prueba dinámica permite la prueba de velocidades de corrosión de materiales metálicos en las condiciones más severas. La prueba estática con un refrigerador de reflujo permite las pruebas en entornos con una viscosidad más alta (p. ej., aceites de motor) en temperaturas más altas en presencia de oxidación o una atmósfera inerte. Las medidas electroquímicas ofrecen una visión más integral sobre los procesos de corrosión. El celular presentado geometrías y disposiciones (los sistemas de electrodo de dos y tres electrodos) hacen posible realizar mediciones en ambientes de biocombustibles sin electrolitos de base que podrían tener un impacto negativo en los resultados y cargarlos con errores de medición. Los métodos presentados permiten estudiar la agresividad de la corrosión de un ambiente, resistencia a la corrosión de materiales metálicos y la eficacia de los inhibidores de la corrosión con resultados representativos y reproducibles. Los resultados obtenidos con estos métodos pueden ayudar a entender procesos de corrosión más detalladamente para minimizar los daños causados por corrosión.
Introduction
La corrosión causa gran material y perjuicios económicos alrededor del mundo. Provoca considerables pérdidas materiales debido a la desintegración material parcial o total. Las partículas liberadas pueden entenderse como impurezas; negativamente pueden cambiar la composición del entorno o la funcionalidad de varios dispositivos. También, la corrosión puede causar negativos cambios visuales de materiales. Por lo tanto, hay que entender procesos de corrosión en más detalle para desarrollar medidas para prevenir la corrosión y minimizar sus potenciales riesgos1.
Teniendo en cuenta cuestiones ambientales y las reservas de combustible fósil limitado, existe un creciente interés en combustibles alternativos, entre los que biocombustibles a partir de fuentes renovables juegan un papel importante. Hay un número de diferentes biocombustibles potencialmente disponibles, pero el bioetanol producido a partir de biomasa actualmente es la alternativa más adecuada para sustituir (o mezcla con) gasolinas. El uso del bioetanol es regulado por la Directiva 2009/28/CE en la Unión Europea2,3.
Etanol (bioetanol) tiene propiedades muy diferentes en comparación con gasolinas. Es altamente polar, conductor, completamente miscible con agua, etc. estas propiedades que el etanol (y combustible mezcla de etanol que contiene también) agresivo en cuanto a la corrosión4. Para combustibles con contenido de etanol bajo, contaminación por pequeñas cantidades de agua puede causar la separación de la fase de agua-etanol de la fase de hidrocarburos y esto puede ser altamente corrosivo. Etanol anhidro se puede ser agresivo para algunos metales menos nobles y causar “corrosión en seco”5. Con los coches actuales, puede producirse corrosión en algunas partes metálicas (especialmente de cobre, latón, aluminio o acero al carbono) que entran en contacto con el combustible. Además, contaminantes polares (especialmente cloruros) pueden contribuir a la corrosión como una fuente de contaminación; reacciones de solubilidad y de la oxidación de oxígeno (que pueden ocurrir en mezclas de etanol-gasolina (EGBs) y ser una fuente de sustancias ácidas) también pueden jugar un papel importante6,7.
Una de las posibilidades sobre cómo proteger los metales contra la corrosión es el uso de inhibidores de corrosión llamada que permiten reducir considerablemente la velocidad (inhibir)8los procesos de corrosión. La selección de inhibidores de corrosión depende del tipo de ambiente corrosivo, la presencia de estimuladores de la corrosión y particularmente en el mecanismo de un inhibidor determinado. Actualmente, no hay ninguna base de datos versátil o clasificación disponible que permita orientación simple en inhibidores de corrosión.
Ambientes de corrosión pueden dividirse en acuosos o no acuosos, como la intensidad y la naturaleza de los procesos de corrosión en estos ambientes difieren significativamente. Para ambientes no acuosos, conectada con diferentes reacciones químicas de corrosión electroquímica es típica, mientras que sólo la corrosión electroquímica (sin otras reacciones químicas) se produce en ambientes acuosos. Además, es mucho más intensiva en ambientes acuosos9corrosión electroquímica.
En ambientes orgánicos no acuosos, líquidos, procesos de corrosión dependen del grado de polaridad de los compuestos orgánicos. Esto se asocia con la sustitución del hidrógeno en algunos grupos funcionales por los metales, que está conectado con el cambio de las características de los procesos de corrosión de la electroquímica al químico, que son típicas en menores tasas de corrosión comparación con los procesos electroquímicos. Ambientes no-acuosos tienen bajos valores de conductividad eléctrica9. Para aumentar la conductividad en ambientes orgánicos, es posible añadir llamados electrolitos soporte como tetraalkylammonium tetrafluoroborates o percloratos. Desafortunadamente, estas sustancias pueden tener propiedades inhibitorias, o, por el contrario, aumentar las tasas de corrosión10.
Existen varios métodos para corto y largo plazo de la prueba de corrosión, tipos de materiales metálicos o la eficacia de inhibidores de corrosión, es decir, con o sin circulación de medio ambiente, es decir, corrosión estática y dinámica de prueba, respectivamente 11 , 12 , 13 , 14 , 15. para ambos métodos, el cálculo de las tasas de corrosión de materiales metálicos se basa en las pérdidas de peso de los materiales probados durante cierto tiempo. Recientemente, métodos electroquímicos son cada vez más importantes en estudios de corrosión debido a su alta eficiencia y tiempos de medición cortos. Por otra parte, a menudo puede proporcionar más información y una visión más integral sobre los procesos de corrosión. Los métodos más comúnmente utilizados son la espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS), polarización de la potentiodynamic y la medición de la estabilización de la corrosión potencial en el tiempo (en un plano, dos electrodos o en un arreglo de tres electrodos)16 ,17,18,19,20,21,22,23.
Aquí, presentamos cinco métodos para el corto y largo plazo de la agresividad de la corrosión de un ambiente, resistencia a la corrosión de materiales metálicos y la eficacia de inhibidores de corrosión. Todos los métodos están optimizados para las mediciones en ambientes no acuosos y se demuestran en la EGBs. Los métodos permiten obtener resultados reproducibles y representativos, que pueden ayudar a entender procesos de corrosión en más detalle para prevenir y minimizar los daños de corrosión.
Para la prueba de inmersión estática corrosión en sistemas de metal líquido, pruebas de corrosión estática en los sistemas de metal líquido se puede realizar en un simple aparato consistente en una botella de 250 mL equipada con un gancho para colgar una muestra analizada, vea la figura 1.
Para la prueba de corrosión dinámica con circulación de líquido, los inhibidores de la corrosión del metal o la agresividad de los líquidos (combustibles) se puede probar en un aparato de flujo de circulación del medio líquido presentado en la figura 2. El aparato de flujo consiste en una parte templada y un depósito del líquido de prueba. En la parte templada, el líquido probado está en contacto con una muestra metálica en presencia de oxígeno del aire o en una atmósfera inerte. El suministro de gas (aire) está garantizado por una frita con el tubo que llegar a la parte inferior del matraz. El depósito del líquido probado que contiene alrededor de 400-500 mL del líquido de prueba está conectado con un refrigerador de reflujo que permite la conexión del aparato con la atmósfera. En el refrigerador, la porción evaporada del líquido se congela a-40 ° C. La bomba peristáltica permite el bombeo del líquido a un ritmo adecuado de alrededor 0.5 Lh–1 via circuito cerrado de químicamente estables e inertes materiales (p. ej., teflón, Viton, Tygon) de la parte de almacenamiento de información en la parte templada de que el líquido retorna por el desbordamiento en la parte de almacenamiento de información.
Para la prueba de corrosión de inmersión estática con un reflujo refrigerador en presencia de gaseosas de medianas, inhibidores de corrosión, la resistencia de materiales metálicos o la agresividad de un medio líquido se puede probar en el aparato presentado en la figura 3. El aparato contiene dos partes. La primera parte consta de un matraz de 500 mL de cuello dos, templado con un termómetro. El frasco contiene una cantidad suficiente de un medio líquido. La segunda parte consiste en (i) un refrigerador con un vaso de tierra común para lograr una conexión firme con el matraz, (ii) un gancho para colocar las muestras metálicas y (iii) una frita con un tubo para suministro de gas (aire), alcanzando el fondo del matraz de reflujo. El aparato está conectado a la atmósfera a través de la nevera que evita la evaporación de líquidos.
El aparato para las mediciones electroquímicas en el arreglo de dos electrodos se presenta en la figura 4. Los electrodos están hechos de láminas de metal (3 x 4 cm, de acero), que están integrados completamente en resina de epoxi en un lado para protegerlos contra el ambiente corrosivo. Ambos electrodos se atornillan a la matriz de modo que la distancia entre ellos es de aproximadamente 1 mm22.
Las medidas electroquímicas en el arreglo de 3 electrodos consisten en trabajo, referencia y auxiliares electrodos colocados en la celda de medición para asegurar una distancia pequeña entre los electrodos; Vea la figura 5. Como electrodo de referencia, calomel o electrodos de cloruro de plata con un puente de sal que contienen ya sea (i) una 3 molL–1solución de nitrato de potasio (KNO3) o (ii) un 1 molL–1de cloruro de litio (LiCl) en etanol puede ser utilizado. Un alambre de platino, malla o placa puede utilizarse como electrodo auxiliar. El electrodo de trabajo consiste en (i) una parte de la medición (material de prueba con una rosca de tornillo) y (ii) un accesorio del tornillo aislado del ambiente de la corrosión, véase la figura 6. El electrodo debe ser suficientemente aislado por un sello anti-desbordamiento de capacidad inferior.
Protocol
Representative Results
Discussion
El principio básico de la prueba dinámica y ambas pruebas estáticas es la evaluación de las pérdidas de peso de muestras metálicas en sistemas de medio ambiente metal corrosión (combustible) dependiendo de la hora hasta que se alcanza el estado estacionario (es decir, no más pérdida de peso ocurre). La velocidad de corrosión del metal en el ambiente de corrosión se calcula de la pérdida de peso y hora. La ventaja de la prueba de corrosión estática a largo plazo (paso 1</st…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Esta investigación fue financiada con el apoyo institucional para el desarrollo conceptual a largo plazo de la organización de la investigación (número de registro CZ60461373) proporcionado por el Ministerio de educación, juventud y deportes, la República Checa, la operativa Praga – competitividad (CZ.2.16/3.1.00/24501) y “Programa Nacional de sustentabilidad” del programa (NPU I LO1613) MSMT-43760/2015).
Materials
| sulfuric acid | Penta s.r.o., Czech Republic | 20450-11000 | p.a. 96 % CAS: 7664-93-9 http://www.pentachemicals.eu/ |
| acetic acid | Penta s.r.o., Czech Republic | 20000-11000 | p.a. 99 % CAS: 64-19-7 http://www.pentachemicals.eu/ |
| sodium sulphate anhydrous | Penta s.r.o., Czech Republic | 25770-31000 | p.a. 99,9 % CAS: 7757-82-6 http://www.pentachemicals.eu/ |
| sodium chlorate | Penta s.r.o., Czech Republic | p.a. 99,9 % CAS: 7681-52-9 http://www.pentachemicals.eu/ |
|
| demineralized water | – | ||
| ethanol | Penta s.r.o., Czech Republic | 71250-11000 | p.a. 99 % CAS: 64-17-5 http://www.pentachemicals.eu/ |
| gasoline fractions | Ceská rafinerská a.s., Kralupy nad Vltavou, Czech Republic | in compliance with EN 228 (57.4 vol. % of saturated hydrocarbons, 13.9 vol. % of olefins, 28.7 vol. % of aromatic hydrocarbons, and 1 mg/kg of sulfur) | |
| Aceton | Penta s.r.o., Czech Republic | pure 99 % | |
| Toluen | Penta s.r.o., Czech Republic | pure 99 % | |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Potenciostat/Galvanostat/ZRA | |||
| Reference 600 | Gamry Instruments, USA | https://www.gamry.com/ | |
| 1250 Frequency Response Analyser | Solarthrone | ||
| SI 1287 Elecrtochemical Interference | Solarthrone | ||
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Software | |||
| Framework 5.68 | Gamry Instruments, USA | https://www.gamry.com/ | |
| Echem Analyst 5.68 | Gamry Instruments, USA | https://www.gamry.com/ | |
| Corrware 2.5b | Scribner | http://www.scribner.com/ | |
| CView 2.5b | Scribner | http://www.scribner.com/ | |
| Zview 3.2c | Scribner | http://www.scribner.com/ | |
| MS Excel 365 | Microsoft | ||
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Grinder | |||
| Kompak 1031 | MTH (Materials Testing Hrazdil) |
Referências
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