Materjali tal-metall jintużaw ħafna f'diversi faċilitajiet u tagħmir f'bosta setturi industrijali u ħajja ta 'kuljum. Madankollu, il-korrużjoni tal-metall dejjem kienet fattur ewlieni li jaffettwa l-ħajja u s-sigurtà tas-servizz tagħhom. Fost il-ħafna fatturi li jikkawżaw korrużjoni tal-metall, il-korrużjoni tal-joni tal-klorur hija partikolarment prominenti, li tippreżenta sfida serja għall-produzzjoni industrijali u l-manutenzjoni tal-infrastruttura.
Il-joni tal-klorur huma preżenti ħafna fl-ilma baħar, ħamrija, drenaġġ industrijali, u ċerti ambjenti speċifiċi ta 'produzzjoni kimika. L-effetti korrużivi tagħhom fuq materjali tal-metall mhux biss jagħmlu ħsara lill-istrutturi tal-metall iżda jistgħu jwasslu wkoll għal inċidenti ta 'sigurtà u telf ekonomiku sinifikanti. Għalhekk, fehim profond tal-mekkaniżmi, fatturi li jinfluwenzaw, u miżuri protettivi effettivi għall-korrużjoni tal-joni tal-klorur huwa kruċjali biex jiġi żgurat it-tħaddim sikur u stabbli ta 'diversi faċilitajiet.
Il-mekkaniżmu ta 'reazzjoni kimika tal-korrużjoni tal-joni tal-klorur: il- "kodiċi tal-korrużjoni" tad-dinja mikroskopika
Il-joni tal-klorur (CL⁻) għandhom rwol estremament attiv fil-proċess tal-korrużjoni. Għal metalli komuni bħall-azzar, ir-reazzjoni tal-korrużjoni tipikament tibda bl-ossidazzjoni anodika fuq il-wiċċ tal-metall. Fir-reġjun anodiku, l-atomi tal-ħadid (Fe) jitilfu l-elettroni biex jiffurmaw joni tal-ħadid (Fe²⁺), li jidħlu fis-soluzzjoni, li jiffurmaw ir-reazzjoni Fe - 2 E⁻ → Fe²⁺. Fir-reġjun tal-katodu, minħabba l-preżenza ta 'ossiġnu maħlul fis-soluzzjoni, isseħħ reazzjoni ta' tnaqqis ta 'ossiġnu: o₂ + 2 h₂o + 4} e⁻ → 4OH⁻. Is-sitwazzjoni ssir iktar ikkumplikata meta l-joni tal-klorur ikunu preżenti fis-soluzzjoni.
Il-jonji tal-klorur għandhom raġġ żgħir, attività għolja, u qawwa ta 'penetrazzjoni qawwija. Jistgħu jeqirdu l-film passiv iffurmat fuq il-wiċċ tal-metall, li normalment jipprevjeni aktar ossidazzjoni. Il-jonji tal-klorur jassorbu fuq il-wiċċ tal-film passiv, li jiffurmaw kumplessi li jinħallu b'jonji tal-metall. Dan jikkawża xoljiment lokalizzat tal-film passiv, jesponi wiċċ tal-metall frisk u jaċċellera l-proċess ta 'dissoluzzjoni anodika. Pereżempju, fl-istainless steel, il-kromju (CR) jifforma film passiv dens CR₂O₃ fuq il-wiċċ, u jipprevjeni l-metall milli jikkuntattja l-ambjent estern.
Madankollu, meta l-joni tal-klorur huma preżenti, huma jiffurmaw kumpless [CRCL₆] ³⁻ ma 'CR³⁺, jeqirdu l-film passiv u jikkaġunaw fenomeni ta' korrużjoni lokalizzati bħalma huma l-korrużjoni tal-korrużjoni fl-istainless steel. Minn perspettiva mikroskopika, il-preżenza ta 'jonji tal-klorur tibdel l-ekwilibriju elettrokimiku fuq il-wiċċ tal-metall, u tħaffef ir-reazzjoni tal-korrużjoni. Dan huwa l-mekkaniżmu ewlieni ta 'reazzjoni kimika tal-korrużjoni tal-joni tal-klorur.
Tipi komuni ta 'korrużjoni tal-joni tal-klorur: il-ħerba ta' "korrużjoni qattiel" b'ħafna aspetti
(I) Pitting: il- "bomba inviżibbli" fuq il-wiċċ tal-metall
Pitting, magħruf ukoll bħala korrużjoni tal-pori, huwa tip komuni u moħbi ta 'korrużjoni tal-joni tal-klorur. F'soluzzjoni li fiha joni tal-klorur, il-joni tal-klorur jassorbu b'mod preferenzjali u jeqirdu l-film passiv f'ċerti żoni lokalizzati tal-wiċċ tal-metall minħabba difetti fil-film passiv jew fatturi oħra. Ladarba l-film passiv jinqered lokalment, jiġi ffurmat anodu ċkejkna, filwaqt li ż-żona tal-film passiva intatta, ikbar u intatta ssir il-katodu, li tifforma mikrobatterija tal-korrużjoni.
Minħabba li ż-żona tal-anodu hija ħafna iżgħar miż-żona tal-katodu, id-densità tal-kurrent anodiku hija għolja ħafna, u tikkawża li l-korrużjoni tippenetra malajr fil-fond f'din iż-żona ċkejkna, li tifforma pori żgħar. Dawn il-pori jistgħu jkunu diffiċli biex jinstabu inizjalment, iżda maż-żmien, huma gradwalment japprofondixxu u jespandu, li eventwalment jippenetraw il-metall u jaffettwaw serjament is-saħħa tal-istruttura tal-metall. Pereżempju, il-buq ta 'vapur f'ambjent tal-baħar huwa espost għal kuntatt fit-tul - ma' l-ilma baħar, fejn konċentrazzjonijiet għoljin ta 'joni tal-klorur jistgħu faċilment jikkawżaw korrużjoni li tpoġġi l-korrużjoni. Ladarba sseħħ il-korrużjoni, tista 'tkompli tiżviluppa f'żoni li ma jidhrux ġewwa l-buq. Sal-ħin li jkun skopert, jista 'jkun diġà joħloq theddida għan-navigazzjoni sikura tal-vapur.
(Ii) korrużjoni ta 'xquq: is-sewwieq moħbi "erożjoni"
Il-korrużjoni tal-crevice tipikament isseħħ fil-metall - sa - metall jew metall - għal - ġonot mhux metall, bħal dawk misjuba fil-gaskets, boltijiet, u rivets. Meta soluzzjoni li tinkludi joni tal-klorur tidħol f'dawn ix-xquq, ir-riforniment tal-ossiġnu huwa diffiċli minħabba l-fluss ristrett tas-soluzzjoni fi ħdan il-xquq, li jifforma ċellula ta 'konċentrazzjoni ta' ossiġnu. L-ossiġnu - żoni defiċjenti fi ħdan il-xquq jaġixxu bħala anodi, u jikkawżaw xoljiment tal-metall, filwaqt li l-ossiġnu - żoni sinjuri barra l-xquq jaġixxu bħala katodji.
Fl-istess ħin, il-joni tal-klorur jakkumulaw fil-xquq, u jkomplu jaċċelleraw il-proċess tal-korrużjoni. Il-korrużjoni tal-krevi hija kkaratterizzata minn korrużjoni kkonċentrata ġewwa u madwar il-xquq. Hekk kif jakkumulaw il-prodotti tal-korrużjoni, l-ambjent tal-midja fi ħdan il-xquq isir dejjem aktar ostili, u jaċċellera r-rata tal-korrużjoni. Jekk il-ġonot tal-flanġ ta 'xi tagħmir industrijali huma ssiġillati ħażin, il-fluwidi tal-proċess li fihom joni tal-klorur jistgħu faċilment jidħlu fil-lakuni, jikkawżaw korrużjoni ta' xquq u jwasslu għal tnixxija ta 'tagħmir.
(Iii) Qsim tal-korrużjoni tal-istress: kollass tal-metall taħt "attakki interni u esterni"
L-istress għall-ikkrekkjar tal-korrużjoni jirriżulta mill-effetti kkombinati tal-korrużjoni tal-joni tal-klorur u l-istress tat-tensjoni. Taħt stress tat-tensjoni, l-istruttura interna tal-kristall tal-metall tgħawweġ, iżżid id-densità tad-diżlokazzjoni u tgħolli l-istat tal-enerġija tal-wiċċ tal-metall, u tagħmilha aktar suxxettibbli għall-korrużjoni. Meta l-joni tal-klorur huma preżenti fl-ambjent, huma jassorbu preferenzjalment fuq difetti jew konċentrazzjonijiet ta 'tensjoni fuq il-wiċċ tal-metall, jeqirdu l-film passiv u jikkaġunaw il-korrużjoni tal-pitting jew tal-crevice.
Hekk kif timxi l-korrużjoni, il-fosos tal-korrużjoni jew il-ponot tal-qasma jkomplu jespandu taħt l-istress tat-tensjoni, li fl-aħħar iwassal għal ksur f'daqqa tal-metall. Dan it-tip ta 'korrużjoni huwa distruttiv ħafna u ħafna drabi jseħħ mingħajr twissija ovvja. Pereżempju, fl-industrija petrokimika, il-linji tal-pajpijiet tal-pressjoni għoljin - huma suxxettibbli għal qsim tal-korrużjoni tal-istress jekk il-mezz li jittrasportaw fih joni tal-klorur u l-linji tal-pajpijiet huma soġġetti għal stress tensili mill-istress tal-installazzjoni jew pressjoni interna. Ladarba l-pipeline jinqata ', jista' jikkawża inċidenti serji ta 'sigurtà.
Fatturi ewlenin li jaffettwaw il-korrużjoni tal-joni tal-klorur: il- "pum tal-kontroll" tal-grad tal-korrużjoni
(I) Konċentrazzjoni tal-joni tal-klorur: l- "aċċeleratur" tal-korrużjoni
Il-konċentrazzjoni tal-joni tal-klorur hija waħda mill-aktar fatturi importanti li jaffettwaw il-korrużjoni. B'mod ġenerali, iktar tkun għolja l-konċentrazzjoni tal-joni tal-klorur f'soluzzjoni, iktar tkun mgħaġġla r-rata ta 'korrużjoni tal-metall. Hekk kif tiżdied il-konċentrazzjoni tal-joni tal-klorur, aktar joni tal-klorur jistgħu jipparteċipaw fil-qerda tal-film tal-passivazzjoni fuq il-wiċċ tal-metall. Barra minn hekk, fil-mikrokells tal-korrużjoni, konċentrazzjonijiet għoljin ta 'joni tal-klorur isaħħu l-forza tar-reazzjoni ta' dissoluzzjoni anodika.
Pereżempju, fl-ilma baħar, il-kontenut ta 'joni tal-klorur huwa ta' madwar 19,000 mg / L, ferm ogħla milli fl-ilma ħelu. Dan jagħmel l-istrutturi tal-metall f'ambjenti tal-baħar aktar suxxettibbli għall-korrużjoni. Ir-riċerka wriet li għall-azzar tal-karbonju fis-soluzzjonijiet tal-joni tal-klorur, iż-żieda tal-konċentrazzjoni tal-joni tal-klorur minn 100 mg / L sa 1,000 mg / L tista 'żżid ir-rata ta' korrużjoni b'diversi darbiet.
F’xi proċessi industrijali, bħall-chlor - alkali u l-industriji tal-karti, l-ilma tad-drenaġġ iġġenerat waqt il-produzzjoni fih konċentrazzjonijiet għoljin ta ’joni tal-klorur. Jekk jintrema direttament mingħajr trattament, joħloq theddida serja ta 'korrużjoni għall-infrastruttura tal-metall tal-madwar.
(Ii) Soluzzjoni PH: Il- "Bilanċ tal-Korrużjoni" ta 'l-Aċidu - Ambjenti Bażi
Il-pH ta 'soluzzjoni jaffettwa wkoll b'mod sinifikanti l-korrużjoni tal-joni tal-klorur. F'ambjent aċiduż, il-konċentrazzjoni għolja ta 'joni ta' l-idroġenu (H⁺) tippromwovi xoljiment anodiku tal-metall u tiffaċilita l-ħsara tal-joni tal-klorur fil-film tal-passivazzjoni.
B'pH baxx, prodotti ta 'korrużjoni fuq il-wiċċ tal-metall jistgħu jeżistu bħala mluħa li jinħallu, li ma jiffurmawx film protettiv effettiv, u b'hekk taċċellera l-proċess ta' korrużjoni. Pereżempju, f'soluzzjonijiet ta 'joni tal-klorur b'pH ta' 4-5, ir-rata ta 'korrużjoni ta' l-azzar hija sinifikament ogħla milli f'ambjenti newtrali. F'ambjenti alkalini, l-idrossidu jippreċipitaw jistgħu jiffurmaw fuq il-wiċċ tal-metall, li, sa ċertu punt, jipprevjenu l-joni tal-klorur milli jikkuntattjaw il-metall u l-korrużjoni bil-mod.
Madankollu, meta l-alkalinità hija qawwija wisq, xi metalli, bħall-aluminju, jistgħu jesperjenzaw korrużjoni alkalina. Għall-biċċa l-kbira tal-metalli fis-soluzzjonijiet tal-joni tal-klorur, il-korrużjoni tal-joni tal-klorur hija l-iktar evidenti f'ambjenti newtrali għal kemmxejn aċidużi.
(Iii) Temperatura: il- "katalist" ta 'reazzjonijiet kimiċi
Iż-żieda fit-temperatura taċċellera r-rata ta 'reazzjonijiet kimiċi, u l-korrużjoni tal-joni tal-klorur mhix eċċezzjoni. Hekk kif titla 't-temperatura, ir-rata ta' diffużjoni ta 'joni fis-soluzzjoni taċċellera, taċċellera l-kinetika tar-reazzjoni tal-korrużjoni fuq il-wiċċ tal-metall. Min-naħa l-waħda, it-temperatura li qed tiżdied iżżid l-attività ta 'l-atomi tal-metall, u tagħmilhom aktar probabbli li jitilfu l-elettroni u jgħaddu minn ossidazzjoni anodika. Min-naħa l-oħra, joni tal-klorur iżidu wkoll il-kapaċità tagħhom li jagħmlu ħsara lill-film tal-passivazzjoni f'temperaturi għoljin.
Pereżempju, fil-produzzjoni kimika, it-tagħmir użat fi proċessi ta 'temperatura għolja - jistgħu jesperjenzaw żieda sinifikanti fir-rata ta' korrużjoni meta jkunu esposti għal midja li fiha joni tal-klorur. Id-dejta tar-riċerka turi li għall-azzar tal-karbonju fil-klorur tal-ilma - soluzzjonijiet li fihom, ir-rata tal-korrużjoni tista 'tiżdied b'20% -30% għal kull żieda ta '10 grad fit-temperatura.
Madankollu, meta t-temperatura titla 'għal ċertu livell, il-kontenut ta' ossiġnu maħlul fis-soluzzjoni jista 'jonqos, li mbagħad jaffettwa r-reazzjoni tal-korrużjoni tal-assorbiment tal-ossiġnu tal-katodu, li tirriżulta f'impatt kumpless fuq ir-rata ta' korrużjoni.
Strateġiji ta 'prevenzjoni tal-korrużjoni tal-joni tal-klorur: tarka solida kontra l-korrużjoni
(I) Għażla tal-materjal: Nibnu difiża qawwija fis-sors
L-għażla tal-klorur xieraq - materjali reżistenti hija miżura ewlenija għall-prevenzjoni tal-korrużjoni. Għal ambjenti li jeħtieġu reżistenza għolja għall-korrużjoni, jistgħu jintużaw materjali bħall-istainless steel u n-nikil -} ligi bbażati fuq. Tipi differenti ta 'azzar li ma jissaddadx għandhom reżistenza li tvarja għall-korrużjoni tal-joni tal-klorur. Pereżempju, iż-żieda ta 'molibdenu (MO) ma' 316L l-istainless steel ittejjeb ir-reżistenza tagħha għall-korrużjoni li tpoġġi l-korrużjoni permezz ta 'joni tal-klorur.
Nickel - ligi bbażati bħal Hastelloy, minħabba l-karatteristiċi tal-kompożizzjoni tal-liga tagħhom, juru reżistenza eċċellenti għall-korrużjoni fit-temperatura għolja -, pressjoni għolja -, u ambjenti korrużivi ħafna li fihom joni tal-kloridu. Fil-qasam tal-inġinerija tal-baħar, xi komponenti strutturali ewlenin huma manifatturati bl-użu ta 'ligi bbażati fuq in-nikil -, li jirreżistu b'mod effettiv il-korrużjoni tal-ilma baħar.
Ukoll, skont l-ambjent ta 'użu speċifiku, il-materjali tal-metall jistgħu jiġu ligati biex iżidu elementi bħal kromju (CR), molibdenu (MO), u nitroġenu (N) biex jottimizzaw il-mikrostruttura tal-materjal u jtejbu r-reżistenza tiegħu għall-korrużjoni tal-joni tal-kloridu.
Il-joni tal-klorur huma estremament korrużivi għat-titanju f'temperatura tal-kamra f'ambjent newtrali, u l-film ta 'ossidu ffurmat fuq il-wiċċ tat-titanju jirreżisti b'mod effettiv l-attakk tal-joni tal-klorur. Titanium juri reżistenza eċċellenti għall-korrużjoni fil-biċċa l-kbira tal-klorur - ambjenti li fihom, primarjament minħabba l-mekkaniżmi li ġejjin:
Protezzjoni tal-films tal-passivazzjoni: Titanium b'mod spontanju jifforma film ta 'ossidu dens (Tio₂) fl-arja, li jimblokka b'mod effettiv il-joni tal-klorur milli jikkuntattja s-sottostrat. Huwa partikolarment stabbli fil-gass tal-klorin imxarrab jew soluzzjonijiet ta 'klorur newtrali.
Inerness kimika: It-titanju huwa kważi mhux reattiv b'jonji tal-klorur taħt kondizzjonijiet ta 'aċidu newtrali u alkali. Jiffurma biss it-tetrachloride tat-titanju f'ambjenti reattivi ħafna (bħal temperaturi għoljin u kontenut ta 'ilma baxx) u jikkaġuna korrużjoni.
(Ii) Protezzjoni tal-Kisi: Protezzjoni tal-Metalli b '"Ħwejjeġ Protettivi"
Il-protezzjoni tal-kisi hija metodu użat ħafna għall-protezzjoni kontra l-korrużjoni. Kisi organiku, bħal żebgħa tar-reżina epossidika u żebgħa tal-polyurethane, jifforma saff iżolanti fuq il-wiċċ tal-metall, li jipprevjeni kuntatt dirett bejn joni tal-klorur u l-metall. Il-ħxuna tal-kisi, l-adeżjoni, u l-integrità huma kruċjali għal protezzjoni effettiva. Matul il-proċess tal-kisi, żgura li l-wiċċ tal-metall ikun nadif u l-kisi huwa uniformi u dens, u jevita difetti bħal pinholes u bżieżaq.
Għal xi ambjenti korrużivi ħarxa, jistgħu jintużaw kisi termali tal-isprej, bħal dawk li japplikaw żingu jew aluminju, jistgħu jintużaw ukoll. Dawn il-kisjiet jużaw il-protezzjoni anodika tas-sagrifiċċju ta 'dawn il-metalli biex jipproteġu l-metall bażiku. Pereżempju, fuq l-istrutturi tal-azzar ta 'pjattaformi taż-żejt barra mill-kosta, sistema protettiva komposta li tgħaqqad kisi tal-aluminju sprejjat termali ma' kisjiet tas-siġillanti organiċi tista 'effettivament testendi l-ħajja tas-servizz tal-istrutturi tal-azzar.
(Iii) Applikazzjoni ta 'inibituri ta' korrużjoni: "inibituri" ta 'reazzjonijiet ta' korrużjoni
Inibituri tal-korrużjoni huma sustanzi miżjuda ma 'medja korrużiva biex tnaqqas ir-rata ta' korrużjoni ta 'metalli. Fil-klorur - soluzzjonijiet li fihom, xi inibituri tal-korrużjoni jistgħu jintużaw biex jinibixxu l-korrużjoni. Inibituri ta 'korrużjoni inorganiċi, bħal kromi u nitriti, jipprevjenu l-korrużjoni billi jiffurmaw film passivanti fuq il-wiċċ tal-metall. Madankollu, it-tossiċità tagħhom tillimita l-użu tagħhom.
Inibituri tal-korrużjoni organika, bħal imidazolines u amini, adsorb fuq uċuħ tal-metall, li jbiddlu l-enerġija tad-distribuzzjoni u l-attivazzjoni tar-reazzjoni tal-korrużjoni, u b'hekk jinibixxu l-proċess ta 'korrużjoni. L-għażla u l-konċentrazzjoni ta 'inibituri tal-korrużjoni għandhom jiġu ottimizzati abbażi tal-ambjent korrużiv speċifiku u materjal tal-metall biex tinkiseb protezzjoni ottimali. F’xi sistemi ta ’ilma li jkessaħ li jiċċirkolaw industrijali, iż-żieda ta’ ammont xieraq ta ’inibitur tal-korrużjoni tista’ tikkontrolla b’mod effettiv il-korrużjoni tal-joni tal-klorur fuq pajpijiet u tagħmir.
Fil-futur, bl-iżvilupp kontinwu ta 'oqsma bħax-xjenza tal-materjali u l-inġinerija tal-wiċċ, aħna nemmnu li teknoloġiji u metodi aktar avvanzati se jiġu applikati għall-protezzjoni kontra l-korrużjoni tal-joni tal-klorur, li jestendu aktar il-ħajja tas-servizz tal-materjali tal-metall f'ambjenti korrużivi kumplessi.