5 Trường hợp sản phẩm bị ăn mòn trong nước.

Thường cần kết hợp nhiều phương pháp để xác định chính xác các sản phẩm ăn mòn trong nước với các phương pháp thường được sử dụng nhất là kính hiển vi điện tử quét (SEM-EDS) / quang phổ tia X phân tán năng lượng (XRD) . Việc xác định các sản phẩm ăn mòn là quan trọng để ngăn ngừa các sự cố xảy ra trong tương lai và sẽ ảnh hưởng đến quyết định thay đổi quá trình luyện kim hoặc sửa đổi các điều kiện của quy trình. Sau đây là một số sản phẩm ăn mòn dung dịch nước dự kiến điển hình cho các hợp kim và điều kiện khác nhau .

1.Biểu đồ Pourbaix

Biểu đồ Pourbaix có thể là một công cụ hữu ích để xác định các sản phẩm ăn mòn dung dịch nước dự đoán, sau đó có thể so sánh với các biểu đồ quan sát được. Cân bằng nhiệt động học được sử dụng để dự đoán độ ổn định pha trong một hệ thống được điều khiển bằng điện hóa. Biểu đồ Pourbaix tương tự như giản đồ pha cho thấy ranh giới ổn định của hệ kim loại-nước trong đó độ ổn định pha liên quan đến pH và thế điện tử hydro tiêu chuẩn.

Các sơ đồ này rất hữu ích để xác định nơi kim loại có thể hoạt động hoặc thụ động đối với ăn mòn. Với sự ra đời của dữ liệu nhiệt động lực học được cải tiến, các biểu đồ Pourbaix hợp kim sử dụng phương pháp CALPHAD có sẵn và có thể được sử dụng để ngăn chặn các loạicặn bảo vệ hoặc ăn mòn tiềm ẩn . Họ có thể hỗ trợ tìm hiểu các sản phẩm ăn mòn được quan sát dựa trên trạng thái oxy hóa của các loại được dự đoán trong dung dịch và quy mô bảo vệ dự kiến . Nếu có sự mâu thuẫn, thì điều kiện quá trình hoặc hóa học ăn mòn đã không được chỉ định chính xác.

2.Quang phổ phân tán năng lượng (EDS)

Gần đây hơn, phương pháp quang phổ tán sắc năng lượng (EDS) đã được sử dụng để xác định các sản phẩm ăn mòn, nhưng phương pháp này cũng có khuyết điểm là nó chỉ xác định được các nguyên tố chứ không phải các hợp chất. Các hợp chất phải được suy ra bằng EDS, điều này hầu như không thể xảy ra nếu mẫu có một số dạng sunfua sắt. Do đó, các phương pháp mỏ dầu đơn giản thường được sử dụng để xác định sản phẩm ăn mòn thường bị sai lệch. Không nên dựa vào chúng để đưa ra các quyết định nghiêm trọng về tình trạng của thiết bị hoặc nguyên nhân gây ăn mòn trong hệ thống. Nhiễu xạ tia X (XRD) phải được sử dụng để xác định và hiểu rõ các sản phẩm ăn mòn hiện diện.

3.Sắt thép nhẹ

Sắt và thép nhẹ trong nước sẽ phát triển các sản phẩm ăn mòn không hòa tan của magnetit (Fe ₃ O ₄ ) , lepidocrocit ( g -FeOOH) và goethit ( a -FeOOH) tùy thuộc vào độ pH. Lượng của mỗi cấu tử có thể thay đổi theo nhiệt độ. Các dung dịch clorua 200 ppm có tính axit được sục khí ở 25 ° C (77 ° F), chẳng hạn như từ thời tiết, tạo ra một lớp gỉ bao gồm hematit ( a -Fe ₂ O ₃)và magnetit.

Một số khác biệt trong các sản phẩm ăn mòn đã được ghi nhận nếu bề mặt thép tiếp xúc với hơi HCl đặc hơn hoặc trong dung dịch HCl. Khi tiếp xúc với hơi đậm đặc HCl thấp hơn, một hỗn hợp của goethit và akageneit ( b -FeOOH) được quan sát thấy; trong khi ở nồng độ HCl cao hơn hơi FeCl ₂· 4H ₂ O được tìm thấy. Thép tiếp xúc với dung dịch HCl tạo ra lepidocrocit, goethit và hematit. Trong khi đó, các sản phẩm ăn mòn được ghi nhận đối với thép trong nước biển bao gồm akageneite, goethit và FeOCl. Do đó, các sản phẩm ăn mòn Cl ^– có thể khá đa dạng tùy thuộc vào điều kiện tiếp xúc. Khi hàm lượng Cr> 4%, hàm lượng Cr có thể thúc đẩy quá trình chuyển hóa magnetit thành goethit trong lớp gỉ.

Sự có mặt của SO ₄⁼ tạo ra các sản phẩm ăn mòn lepidocrocit, magnetit, hematit và goethit và với thời gian ngắn hơn ferrihydrit (Fe ₅ O ₇ (OH) · 4H ₂ O), không bền nhiệt lắm và dễ dàng chuyển thành goethit và hematit.

Ăn mòn CO _{2 trong} nước có xu hướng tạo ra cặn FeCO ₃ ở nhiệt độ thấp hơn. Ở nhiệt độ trên 100 ° C (212 ° F), cả FeCO ₃ và magnetit đều được quan sát thấy, nhưng điều chiếm ưu thế là một hàm của áp suất riêng phần của CO ₂ . Trong các dung dịch cacbonat, có thể quan sát thấy các dạng vô định hình và ferrihydrit, hematit, có thể là FeCO ₃ và hydroxy cacbonat sắt (Fe ₂ (OH) ₂ CO ₃ ).

Hình: Ăn mòn kim loại (Nguồn: Anmec)

Đối với H ₂ S trong nước, mackinawite (FeS) là sắt sunfua kém bền nhiệt động học nhất nhưng có động học hình thành nhanh nhất. Sau khi ban đầu tạo thành một lớp mỏng trên kim loại, nó có thể chuyển thành các dạng sunfua sắt khác, ổn định hơn, chẳng hạn như pyrotin (Fe _1-x S) và pyrit (FeS ₂ ). Ở 25 ° C (77 ° F) mackinawite, greigite (Fe ₃ S ₄ ) và pyrrhotite được quan sát thấy, trong khi ở 80 ° C (176 ° F) mackinawite, pyrotin và pyrit được phát hiện.

Một nghiên cứu khác ở 120 ° C (248 ° F) ghi nhận rằng theo thời gian mackinawite chuyển thành troilite (FeS) và sau đó thành pyrotin và với thời gian xa hơn thành pyrit. Trong trường hợp không có O ₂ và Cl, FeS khối có thể là một sunfua trung gian. Những vảy sunfua này cũng có thể được quan sát như lớp ăn mòn trên kim loại. Sự kết hợp của dung dịch hỗn hợp H ₂ S / CO ₂ có xu hướng biến đổi lớp pyrotin thành troilit và một số mackinawit. Do đó, sự phát triển và chuyển pha của các sulfua sắt đa định hình với các tỷ lệ và cấu trúc Fe / S phân cực khác nhau là rất phức tạp và là một hàm của điều kiện phơi nhiễm.

Trong dung dịch NaOH, hematit có xu hướng là sản phẩm ăn mòn chiếm ưu thế.

Trong điều kiện khử magnetit sẽ hình thành trên bề mặt phía nước của lò hơi. Hematit được ưa chuộng ở nhiệt độ thấp hơn một chút và nồng độ oxy cao hơn.

Thép không gỉ austenit

Đối với những hợp kim đồng1-3 nm dày Cr ₂ O, bề mặt kim loại và giảm thiểu mất màu và ăn mòn. Nếu lớp màng bảo vệ này tan ra và / hoặc bị phá vỡ, thì sự ăn mòn có thể xảy ra với xu hướng ăn mòn là một cuộc tấn công rỗ. (Bài đọc liên quan: Ngăn ngừa sự ăn mòn màu trà của thép không gỉ .)

Do số lượng sản phẩm ăn mòn có hạn, hầu hết các nhận dạng của các loài ăn mòn đều đạt được với SEM-EDS. Phân tích XRD của cặn do ăn mòn HCl cho thấy FeCl ₂ , hematit và Cr ₂ O ₃ . Tiếp xúc với nước biển có thể tạo ra hematit, magnetit và Fe (CrO ₄ ) OH. Đối với các hợp kim Ni cao hơn như 904L trong HF, cặn bao gồm NiF ₂ , hematit và Cr ₂ O ₃ . Trong axit sulfuric Loại 304 tạo ra một màng thụ động của oxyhydroxit, hematit, FeO, NiO, sulfat, sulfit và các sulfua Fe và Ni.

4.Đồng và hợp kim đồng

Một dung dịch nước sẽ oxy hóa đồng nguyên chất với Cu ₂ O (cuprite) là sản phẩm chủ yếu không hòa tan với Cu ⁺² là loại hòa tan chủ yếu. Sự có mặt của clorua sẽ tăng cường khả năng hòa tan của Cu (I) sao cho CuCl ₂^– trở thành chất hòa tan chiếm ưu thế. Trong môi trường biển, cuprite ban đầu được hình thành; tiếp tục tương tác với Cl ^– tạo ra nantokit (CuCl), sau đó có thể chuyển thành atacamit hoặc paratacamit pha đẳng định hình (Cu ₂ (OH) ₃ Cl) là sản phẩm ăn mòn lớp gỉ cuối cùng .

Trong môi trường ô nhiễm lưu huỳnh, ban đầu sẽ tạo thành cuprite nhưng cũng có thể có Cu ₄ SO ₄ (OH) ₆^.H ₂ O, Cu ₄ SO ₄ (OH) ₆ (brochantite), và Cu ₃ SO ₄ (OH) ₄ trong sản phẩm ăn mòn. Nếu H ₂ S có mặt trong môi trường khử như trong trường hợp ăn mòn do vi sinh vật (MIC) gây ra, thì CuS hoặc Cu ₈ S ₅ có thể xảy ra.

Cu và Zn là những nguyên tố chính trong họ hợp kim đồng thau. Do sự chênh lệch thế cân bằng đáng kể của Cu và Zn, việc xử lý Zn có thể xảy ra trong môi trường nước dẫn đến lớp Zn bị cạn kiệt và các sản phẩm ăn mòn Cu và Zn. Điển hình là chúng bao gồm cuprite, CuO, Cu (OH) ₂ , ZnO và Zn (OH) ₂ . Trong môi trường biển, kẽm hydrocacbonat vô định hình, Zn ₅ (CO ₃ ) ₂ (OH) ₆ và ZnO có thể được quan sát thấy.

Hợp kim của Sn với Cu tạo ra họ hợp kim đồng. Trong môi trường nước, màng SnO ₂ có thể ở dạng bán thụ động. Sau đó, lớp cuprite bị lỗi được tách ra khỏi hợp kim lớn bởi một lớp bảo vệ bên trong SnO ₂ . Với sự có mặt của Cl ^– một nantokit bên ngoài đôi khi được hình thành nhưng với thời gian lâu hơn trong môi trường biển CuO, Cu ₂ CO ₃ (OH) ₂ và atacamit có thể được tạo ra và trong nước ô nhiễm cũng có thể có brochantite.

Hợp kim niken đồng được biết đến với khả năng chống ăn mòn. Trong môi trường biển, cuprite sẽ nhanh chóng hình thành ban đầu và có khả năng bảo vệ; nhưng khi tiếp xúc với Cl ^– , nantokit, CuCl ₂ và paratacamit được tạo ra. Trong nước biển có chứa sunfua được sục khí, thành phần quan trọng nhất là Cu ₂ S với hỗn hợp của nantokit, NiS, cuprite và NiO .)

Hình: Kim loại bị ăn mòn trong môi trường (Nguồn: Anmec)

5.Hợp kim niken

Các hợp kim dựa trên niken được lựa chọn cho các môi trường ăn mòn mạnh mà thép không gỉ không phù hợp. Bằng cách tạo hợp kim Ni với nhiều lượng Cr và Mo và một lượng nhỏ W, Cu và Fe, có thể đạt được khả năng chống ăn mòn cao .Màng mỏng thụ động bao gồm một lớp giàu Cr ₂ O ₃ bên trong và một lớp bên ngoài chứa các hydroxit Cr / Ni và Mo / Cu hoặc W, giúp bảo vệ chống ăn mòn. Phân tích nhiễu xạ điện tử gợi ý rằng các nguyên tố này là Ni _1-x Cr _{2x / 3} O và b -Ni _1-x Cr _{2x / 3} (OH) ₂ với Mo có thể thay thế cho một số Cr.

Trong điều kiện xâm thực, các khuyết tật trong màng bảo vệ có thể cho phép phá vỡ cục bộ và không tái thụ động , sự hòa tan kim loại có thể xảy ra với sự ăn mòn rỗ hoặc vết nứt tiếp theo . Các sản phẩm ăn mòn bên trong một khe hở của Hợp kim 22 tiếp xúc với nước muối clorua nóng được phát hiện là MoO ₂ và Mo ₄ O ₁₁ ; W có thể được thay thế trong molybdate hoặc dưới dạng một loại oxit riêng biệt. Và có thể dùng băng keo chống ăn mòn kim loại để ngăn chặn tình trạng này. Bảo vệ được kim loại khỏi môi trường ăn mòn.