的电偶腐蚀抑制Copper-Carbon钢铁反渗透水

文摘

本文的目的是评估腐蚀的电化学行为抑制copper-carbon钢电偶(Cu-CS),暴露于水反渗透(RO)用于清洗热交换器的重型机械,在制造。钼酸盐和亚硝酸盐盐被用来评估在电偶条件下抑制行为。Cu-CS夫妇作为工作电极测量开路电位((OCP) potentiodynamic极化(PP)和电化学阻抗谱(EIS)。地表条件特点是扫描电子显微镜(SEM)和电子色散x射线能谱(EDS)。最有效的钼酸盐和亚硝酸盐浓度比值缓蚀剂。形态学研究表明钼酸沉积在阳极电偶的网站。molybdate-based腐蚀抑制剂的设计开发在目前工作应该应用于控制电化学腐蚀的Cu-CS夫妇在清洗热交换器的生产。

1。介绍

抑制机制的研究、电化学和无机抑制剂的动力学行为,如钼酸和其他盐应用于保护Cu-CS电偶在水介质,导致腐蚀的预防,尤其是在工业设备不可避免地需要加入不同的金属碎片其建设(1- - - - - -6]。热交换器通常是由不同的金属,如铜冷却液通过对流的鳍,内部铜管和碳钢外壳(图1)。清洗过程的条件在重型制造热交换器促进阳极溶解的金属在电偶用RO水冲洗时,特别是在不利的cathode-anode面积比为2.4至1.0。

使用molybdate-based缓蚀剂代表一个环保的选择,由于钼酸钠是一种无毒抑制剂用于冷却系统的防腐处理软化水。钼酸钠具有良好的性能作为阳极钝化剂,这是合并到金属表面形成保护膜。结合其他化学制剂可以促进或抑制腐蚀过程。这些结果直接依赖于浓度、温度、pH值和氧化剂。这些研究有相关重要性找到一个有效的和经济的解决方案来控制工业过程的电化学腐蚀。

2。方法

2.1。材料

标本的碳钢UNS G10200和铜爹妈C10300被用来准备电夫妇。所有的实验都完成了一个面积比2.4到1.0 cathode-anode为了模拟真实的维度对重型机械的热交换器。

2.2。标本和解决方案准备

工作电极是构造加入金属优惠券铜面积4.0厘米²和1.7厘米²对于CS,连接到一个绝缘铜导线。表面是用砂纸磨到400年之前,勇气和蒸馏水和丙酮清洗耦合。腐蚀环境RO水pH值5.5,应用温度为77°C来模拟真实的冲洗工艺条件。缓蚀剂的解决方案是由固体盐添加到RO水:钼酸盐和亚硝酸盐。

2.3。电化学测量

(OCP变化长时间记录分析钼酸钠钠的效果₂莫₂O₄在不同的浓度,添加亚硝酸钠NaNO₂作为氧化剂在RO水。铜和钢优惠券相隔7厘米,由绝缘铜鳄鱼夹连接进而连接到一个万用表数字Protek模型在mV B-45获得响应。

使用三电极电化学极化情节生产单元:Cu-CS工作电极,Ag / AgCl参比电极和高密度石墨电极对电极。电压电流的阴谋得到钼酸钠和亚硝酸钠浓度的函数为每个工作电极应用5 mV /秒的扫描速率范围从0.5−0.5 V和潜力。Ag / AgCl电极。

为了评估质量传递过程和电影形成钼酸的作用下,电化学阻抗分析达到稳定状态后进行了潜力,在0.01赫兹的频率范围为10⁵赫兹10分/十年。尼奎斯特和波德图恒电势的条件下获得的。

2.4。形态学分析

标本的表面分析测试RO水抑制最有效的配方进行没有任何以前的治疗通过扫描电子显微镜(SEM)和电子色散x射线能谱(EDS)。使用SEM模型是Jeol JSM6360。

3所示。结果与讨论

3.1。开路电位测量

(OCP值与一个潜在的积极价值观的转变在腐蚀抑制剂的存在得到在不同条件下的电夫妇测试如图2。

此刻沉浸在180 ppm一个潜在的−140 mV被记录。这种潜在的移动速度对负400−mV由于钼酸的分解层上形成钢铁表面。简单地,铁腐蚀时,离子与其它阴离子吸附与铁形成nonprotective复杂^{2 +}离子(3,7]。结果是一个可溶性和浅保护膜由于钠氧化能力差₂MoO₄。因为在水中溶解氧或其他氧化剂,一些铁^{2 +}铁(铁离子被氧化^{3 +})状态,钼酸亚铁转化为钼酸铁,这是不溶性和保护在中性和碱性水域(3]。

一个(OCP−200 mV时获得纳米的价值₂添加,由于其氧化,提高计算机科学的防腐。

3.2。Potentiodynamic极化

两者之间的比率的影响抑制剂:Na₂MoO₄;纳米₂,研究了其电化学行为记录potentiodynamic极化(PP)的情节。故事情节在图3得到在77°C RO水钼酸钠的存在;他们清楚地表明显著改变潜力阳性的位移值,这意味着一个潜在的转变由阴极过程中动能的变化。

随着钼酸钠浓度的增加没有亚硝酸钠(图3),阳极电流密度的曲线趋向于减少和抑制过程性能提高。然而,只有通过抑制钼酸钠是不够的,以避免腐蚀损害的CS在短期内由于电效应。

添加亚硝酸钠改善腐蚀抑制过程的效率。氧化层的存在对钼酸的腐蚀抑制作用至关重要(3,7- - - - - -9),以加速和稳定氧化表面氧化化合物如亚硝酸钠是必要的。最后,它是指出,在所有的情况下,潜在的积极价值观的转变和电流密度减少,由于之间的静电吸引的力量阴离子和金属及其氧化物促进电子polyoxomolybdate保护层的形成(3,7,10]。由于亚硝酸盐和溶解氧(做)或其他阴离子似乎促进竞争吸附阳极表面,钼酸盐和亚硝酸盐比是非常重要的找到最有效和经济的解决方案。

表的当前和潜在的价值1计算从potentiodynamic塔菲尔极化测试。腐蚀率的结果显示在图4。结果表明,最佳抑制剂浓度比率是200:133 ppm牛叫声₄:不₂。的电化学行为MoO的比例为1.5比1₄也没有₂分别研究了不同浓度。

这两个化合物的影响下这个比例浓度如图5,揭示了连续多崇高的潜在驱动加速阳极反应。表2显示了从塔菲尔极化潜力和当前值。另一方面,比250 - 166 ppm导致一个潜在−0.146伏特电流密度较低,表明CS防腐的存在。

碳钢腐蚀时,离子和其他阴离子是固定的表面吸附形成molybdate-Fe^{2 +}复杂的,有时是nonprotective因为亚铁化合物溶性。由于溶解氧和另一个氧化剂如亚硝酸钠RO水,铁^{2 +}铁状态(铁离子被氧化^{3 +})和钼酸亚铁复杂转换复杂钼酸铁形成不溶性和保护层(3在中性、碱性和RO水。

图6显示了腐蚀速率的抑制效率降低94%电偶对空白。多余的钠的浓度₂MoO₄影响抑制过程,由其他阴离子的吸附的竞争力。

potentiodynamic极化是一种加速腐蚀的测量技术,因此有可能减少抑制剂浓度在现实生产,包括清洗过程,阐述时间很短。制定180 - 120 Na₂MoO₄:纳米₂应用在实际工业过程和添加缓蚀剂在冲洗热交流清洗过程中发生电化学腐蚀。

在图7可以观察到这些缓蚀剂的应用程序组合。换热器的表面清洗过程添加缓蚀剂后真的很好。

3.3。电化学阻抗谱

电化学阻抗谱分析系统:空白,180:120和250:166 Na₂MoO₄:纳米₂进行确认抑制过程,研究钼酸的电化学腐蚀抑制。

一个初始的电荷转移过程被记录在奈奎斯特图(图8)为代表的空白在高频低阻抗的小半圆,后跟一个大半圆在中频段,主导过程碳钢损失与铜电子达成平衡电势。最后以非常低的频率有助于快速扩散形成的多孔层观察到测试结束。很明显的传质扩散控制过程的系统包含Na₂MoO₄和纳米₂由于介质频率,从实验数据点的投影中心也具有相对较大的倾斜角度,有时达到值接近45°和华宝阻抗特性。

在高频率小的电荷转移半圆被记录在这些系统中,由于氧化促进随后的氧化物种的扩散过程由于吸附的形式,结合双层电容值之间的调整由一个常数相元素(CPE)和电荷转移电阻值(Rct)表面钼酸浓度增加时,结果是一个稳定的层形成的电荷转移电阻。提出了一个等效电路分析预示和奈奎斯特图显示在图9。图的拟合线8显示了该电路的准确性。表3显示了这种安排的阻抗数据。

这些数据显示了一个电容行为的调整,由CPE元素,越来越在高频率的阻抗由于腐蚀抑制过程。每个接口都有一个电容和一个充电器转移电阻相关离子迁移,氧化过程中,氧化膜,因此等效电路是由两个部分组成:第一个元素代表溶液电阻和碳钢表面接触部分电解液及其各自的作用下极化电阻增加钼酸浓度增加和铁的氧化^{2 +}对菲^{3 +}由亚硝酸盐,做推广。第二部分包含个随机对照试验元素代表了双层(R3)显著增加,因为这部电影是保护CS和铜保持稳定;表面分析的后续研究EDS显示了钼在表面的存在,然而并不是一个统一的层。

4所示。形态学研究

阳极表面被吸附钼酸分析评估合并形成polyoxomolybdate铁复杂(3,7,9),甚至保护碳钢电镀条件下。

缩微摄影图10 ()显示了一个氧化多孔厚层的碳钢表面接触铜。氧化铁黑的多孔层也观察到视觉量体重记录wt氧气wt铁的87%和8.9%。一个区域放大图10 ()是一个表面缺陷(b),高氧含量(14% wt)和铁组成的减少(80% wt)记录通过EDS测试电化学腐蚀的结果和可溶性化合物形成的降水。

这部电影表面沉积在CS的EDS,如图11。EDS测试图(11日)记录了少量的钼0.26 - -0.45%(重量)的还原反应阴离子加入的氧化铁层(1,3,6- - - - - -8]。均匀表面提高了钼酸的浓度增加。减少了30%的氧气的空白和铁含量在92%以上。区域放大图11 (b)180:120 ppm Na₂MoO₄:纳米₂显示一个小钼酸积累的表面缺陷,似乎“恢复效应”。这种行为被报道与钼合金可以修复缺陷的铁被动硼酸缓冲溶液和抑制坑生长11]。

可以观察到在低数量相同的行为放大区域图的一部分12 (b)250:166 ppm Na₂MoO₄:纳米₂当表面缺陷、不均匀区域或易感区域通过铜接触,吸附的离子增加,考虑到有一个铁阳离子和之间的静电吸引,(12,13)这是存入阳极区(0.45 - -0.90%),最易感区域部分接触铜和解决方案。

电化学测试表明效果增加钼酸钠的浓度(限于250 ppm结合亚硝酸钠)(6,8,14,15)降低腐蚀速率,结果通过EDS证实沉积氧化钼化合物的加入到氧化层和减少在所有的情况下。结合250:166牛叫声₄:不₂完全确认为铜和碳电偶的最优配方。

5。结论

好的缓蚀剂的性能要求polyoxomolybdate复杂层形成更稳定,高度保护和一个伟大的电荷转移与铁化合物,必要的,以确保铁的氧化^{2 +}对菲^{3 +}促进亚硝酸盐。最优抑制剂浓度250 ppm钼酸钠和亚硝酸钠获得94%的166 ppm抑制效率。经济申请换热器清洗是180:120钼酸:亚硝酸盐和24分钟。钼酸过量浓度影响相关的抑制亚硝酸盐和分子和可能的其他阴离子促进吸附竞争力影响钼酸盐和亚硝酸盐浓度因此有效结合的重要性。阻抗测试显示了钼酸耐药的形成的扩散控制的电影。钼酸可被物理吸附在金属表面或氢氧化层表面上和行动在阳极区通过静电吸引。

确认

作者感谢墨西卡利霍尼韦尔热系统,支持实现腐蚀抑制剂的研究开发和生产热交换器的清洗过程。谢谢也由于CONACYT Carrillo 208739年奖学金支持。。

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