Korosi dan solusi ion klorida

Bahan logam banyak digunakan di berbagai fasilitas dan peralatan di berbagai sektor industri dan kehidupan sehari -hari. Namun, korosi logam selalu menjadi faktor kunci yang mempengaruhi masa pakai dan keamanan layanan mereka. Di antara banyak faktor yang menyebabkan korosi logam, korosi ion klorida sangat menonjol, menimbulkan tantangan serius bagi produksi industri dan pemeliharaan infrastruktur.

Ion klorida banyak hadir di air laut, tanah, air limbah industri, dan lingkungan produksi kimia tertentu. Efek korosif mereka pada bahan logam tidak hanya merusak struktur logam tetapi juga dapat menyebabkan kecelakaan keselamatan dan kerugian ekonomi yang signifikan. Oleh karena itu, pemahaman yang mendalam tentang mekanisme, faktor yang mempengaruhi, dan langkah -langkah perlindungan yang efektif untuk korosi ion klorida sangat penting untuk memastikan operasi yang aman dan stabil dari berbagai fasilitas.

Ion klorida (CL⁻) memainkan peran yang sangat aktif dalam proses korosi. Untuk logam umum seperti baja, reaksi korosi biasanya dimulai dengan oksidasi anodik pada permukaan logam. Pada daerah anodik, atom besi (Fe) kehilangan elektron untuk membentuk ion besi (Fe²⁺), yang memasuki solusi, membentuk reaksi Fe - 2 E⁻ → Fe²⁺. Di wilayah katoda, karena adanya oksigen terlarut dalam larutan, reaksi reduksi oksigen terjadi: o₂ + 2 h₂o + 4 e⁻ → 4oh⁻. Situasi menjadi lebih rumit ketika ion klorida hadir dalam larutan.

Ion klorida memiliki jari -jari kecil, aktivitas tinggi, dan daya penetrasi yang kuat. Mereka dapat menghancurkan film pasif yang terbentuk pada permukaan logam, yang biasanya mencegah oksidasi lebih lanjut. Ion klorida menyerap pada permukaan film pasif, membentuk kompleks terlarut dengan ion logam. Hal ini menyebabkan pembubaran lokal film pasif, memperlihatkan permukaan logam segar dan mempercepat proses pembubaran anodik. Misalnya, dalam stainless steel, kromium (CR) membentuk film pasif Cr₂o₃ padat di permukaan, mencegah logam dari menghubungi lingkungan eksternal.

Namun, ketika ion klorida hadir, mereka membentuk [crcl₆] yang kompleks dengan Cr³⁺, menghancurkan film pasif dan mendorong fenomena korosi lokal seperti mengadu korosi pada baja tahan karat. Dari perspektif mikroskopis, keberadaan ion klorida mengubah keseimbangan elektrokimia pada permukaan logam, mempercepat reaksi korosi. Ini adalah mekanisme reaksi kimia inti dari korosi ion klorida.

(I) Pitting: "Bom Tak Terlihat" di permukaan logam

Pitting, juga dikenal sebagai korosi pori, adalah jenis korosi ion klorida yang umum dan tersembunyi. Dalam larutan yang mengandung ion klorida, ion klorida secara istimewa menyerap dan menghancurkan film pasif di area lokal tertentu dari permukaan logam karena cacat dalam film pasif atau faktor lainnya. Setelah film pasif dihancurkan secara lokal, anoda kecil terbentuk, sedangkan area film pasif di sekitarnya, lebih besar, utuh menjadi katoda, membentuk mikrobattery korosi.

Karena area anoda jauh lebih kecil dari area katoda, kepadatan arus anodik sangat tinggi, menyebabkan korosi dengan cepat menembus jauh ke dalam area kecil ini, membentuk pori -pori kecil. Pori -pori ini mungkin sulit dideteksi pada awalnya, tetapi seiring waktu, mereka secara bertahap memperdalam dan mengembang, akhirnya menembus logam dan secara serius mempengaruhi kekuatan struktur logam. Misalnya, lambung kapal di lingkungan laut terpapar kontak istilah long - dengan air laut, di mana konsentrasi ion klorida yang tinggi dapat dengan mudah memicu korosi pitting. Setelah mengadu domba korosi, ia dapat terus berkembang di daerah yang tidak mencolok di dalam lambung. Pada saat ditemukan, mungkin sudah menjadi ancaman terhadap navigasi kapal yang aman.

(Ii) Korosi celah: "pengemudi erosi" tersembunyi

Korosi celah biasanya terjadi pada logam - ke - logam atau logam - ke - sambungan non -logam, seperti yang ditemukan di gasket, baut, dan paku keling. Ketika larutan yang mengandung ion klorida memasuki celah -celah ini, pengisian oksigen sulit karena aliran terbatas larutan dalam celah -celah, membentuk sel konsentrasi oksigen. Area kekurangan oksigen - dalam celah -celah bertindak sebagai anodes, menyebabkan pembubaran logam, sedangkan oksigen - area kaya di luar celah bertindak sebagai katoda.

Pada saat yang sama, ion klorida menumpuk di dalam celah, lebih lanjut mempercepat proses korosi. Korosi celah ditandai dengan korosi pekat di dalam dan di sekitar celah. Ketika produk korosi menumpuk, lingkungan media dalam celah -celah menjadi semakin bermusuhan, mempercepat laju korosi. Jika sambungan flensa dari beberapa peralatan industri tidak disegel, cairan proses yang mengandung ion klorida dapat dengan mudah memasuki celah, menyebabkan korosi celah dan menyebabkan kebocoran peralatan.

(Iii) Retak korosi stres: runtuhnya logam di bawah "serangan internal dan eksternal"

Hasil retak korosi stres dari efek gabungan korosi ion klorida dan stres tarik. Di bawah tekanan tarik, struktur kristal internal logam mendistorsi, meningkatkan kepadatan dislokasi dan meningkatkan keadaan energi permukaan logam, membuatnya lebih rentan terhadap korosi. Ketika ion klorida hadir di lingkungan, mereka secara istimewa menyerap pada cacat atau konsentrasi stres pada permukaan logam, menghancurkan film pasif dan mendorong korosi pitting atau celah.

Ketika korosi berlangsung, lubang korosi atau tips retak terus meluas di bawah tekanan tarik, yang pada akhirnya menyebabkan fraktur logam yang tiba -tiba. Jenis korosi ini sangat merusak dan sering terjadi tanpa peringatan yang jelas. Misalnya, dalam industri petrokimia, pipa tekanan tinggi- rentan terhadap retak korosi stres jika media yang mereka transportasi mengandung ion klorida dan jaringan pipa mengalami tekanan tarik dari tegangan pemasangan atau tekanan internal. Setelah pipa pecah, itu dapat menyebabkan kecelakaan keselamatan yang serius.

(I) Konsentrasi ion klorida: "akselerator" korosi

Konsentrasi ion klorida adalah salah satu faktor terpenting yang mempengaruhi korosi. Secara umum, semakin tinggi konsentrasi ion klorida dalam larutan, semakin cepat laju korosi logam. Dengan meningkatnya konsentrasi ion klorida, lebih banyak ion klorida dapat berpartisipasi dalam menghancurkan film pasif pada permukaan logam. Selain itu, dalam mikrosel korosi, konsentrasi ion klorida tinggi meningkatkan kekuatan pendorong reaksi disolusi anodik.

Misalnya, di air laut, kandungan ion klorida sekitar 19.000 mg/L, jauh lebih tinggi daripada di air tawar. Ini membuat struktur logam di lingkungan laut lebih rentan terhadap korosi. Penelitian telah menunjukkan bahwa untuk baja karbon dalam larutan ion klorida, meningkatkan konsentrasi ion klorida dari 100 mg/L hingga 1.000 mg/L dapat meningkatkan laju korosi beberapa kali lipat.

Dalam beberapa proses industri, seperti klor - alkali dan industri kertas, air limbah yang dihasilkan selama produksi mengandung konsentrasi tinggi ion klorida. Jika dikeluarkan secara langsung tanpa pengobatan, itu merupakan ancaman korosi yang serius terhadap infrastruktur logam di sekitarnya.

(Ii) Solusi pH: "keseimbangan korosi" dari asam - lingkungan basa

PH larutan juga secara signifikan mempengaruhi korosi ion klorida. Dalam lingkungan asam, konsentrasi tinggi ion hidrogen (H⁺) meningkatkan pembubaran anodik logam dan memfasilitasi kerusakan ion klorida pada film pasif.

Pada pH rendah, produk korosi pada permukaan logam mungkin ada sebagai garam yang larut, gagal membentuk film pelindung yang efektif, sehingga mempercepat proses korosi. Sebagai contoh, dalam larutan ion klorida dengan pH 4-5, laju korosi baja secara signifikan lebih tinggi daripada di lingkungan netral. Dalam lingkungan alkali, endapan hidroksida dapat terbentuk pada permukaan logam, yang, sampai batas tertentu, mencegah ion klorida menghubungi logam dan korosi lambat.

Namun, ketika alkalinitas terlalu kuat, beberapa logam, seperti aluminium, mungkin mengalami korosi alkali. Untuk sebagian besar logam dalam larutan ion klorida, korosi ion klorida paling menonjol dalam lingkungan netral hingga sedikit asam.

(Iii) Suhu: "katalis" reaksi kimia

Peningkatan suhu mempercepat laju reaksi kimia, dan korosi ion klorida tidak terkecuali. Ketika suhu naik, laju difusi ion dalam larutan berakselerasi, mempercepat kinetika reaksi korosi pada permukaan logam. Di satu sisi, kenaikan suhu meningkatkan aktivitas atom logam, membuatnya lebih cenderung kehilangan elektron dan menjalani oksidasi anodik. Di sisi lain, ion klorida juga meningkatkan kemampuan mereka untuk merusak film pasif pada suhu tinggi.

Misalnya, dalam produksi kimia, peralatan yang digunakan dalam proses suhu {{0} {tinggi {0} dapat mengalami peningkatan laju korosi yang signifikan ketika terpapar pada media yang mengandung ion klorida. Data penelitian menunjukkan bahwa untuk baja karbon dalam solusi yang mengandung - yang mengandung, laju korosi dapat meningkat sebesar 20% -30% untuk setiap peningkatan suhu 10 derajat.

Namun, ketika suhu naik ke tingkat tertentu, kandungan oksigen terlarut dalam larutan dapat menurun, yang pada gilirannya mempengaruhi reaksi korosi penyerapan oksigen katoda, yang menghasilkan dampak kompleks pada laju korosi.

(I) Pilihan material: Membangun pertahanan yang kuat di sumbernya

Memilih klorida yang sesuai - Bahan resisten adalah ukuran kunci untuk mencegah korosi. Untuk lingkungan yang membutuhkan ketahanan korosi tinggi, bahan seperti stainless steel dan nikel - paduan berbasis dapat digunakan. Berbagai jenis stainless steel memiliki resistensi yang bervariasi terhadap korosi ion klorida. Misalnya, penambahan molibdenum (MO) ke 316L stainless steel meningkatkan ketahanannya terhadap korosi pitting oleh ion klorida.

Nickel - paduan berbasis seperti Hastelloy, karena karakteristik komposisi paduannya, menunjukkan resistansi korosi yang sangat baik dalam suhu - tinggi, tekanan - yang tinggi, dan lingkungan yang sangat korosif yang mengandung ion klorida. Di bidang teknik laut, beberapa komponen struktural utama diproduksi menggunakan nikel - paduan berbasis, yang secara efektif menahan korosi air laut.

Juga, tergantung pada lingkungan penggunaan yang spesifik, bahan logam dapat paduan untuk menambahkan elemen seperti kromium (CR), molibdenum (MO), dan nitrogen (N) untuk mengoptimalkan struktur mikro material dan meningkatkan ketahanannya terhadap korosi ion klorida.

Ion klorida sangat korosif terhadap titanium pada suhu kamar di lingkungan netral, dan film oksida yang terbentuk pada permukaan titanium secara efektif menolak serangan ion klorida. Titanium menunjukkan resistensi korosi yang sangat baik di sebagian besar klorida - lingkungan yang mengandung, terutama karena mekanisme berikut:

Perlindungan film pasif: titanium secara spontan membentuk film oksida padat (TIO₂) di udara, secara efektif menghalangi ion klorida dari menghubungi substrat. Ini sangat stabil dalam gas klorin basah atau larutan klorida netral.

Kelembaman kimia: titanium hampir tidak reaktif dengan ion klorida di bawah kondisi asam netral dan alkali. Ini hanya membentuk titanium tetrachloride di lingkungan yang sangat reaktif (seperti suhu tinggi dan kadar air rendah) dan menginduksi korosi.

(Ii) Perlindungan pelapisan: Melindungi logam dengan "pakaian pelindung"

Perlindungan pelapisan adalah metode perlindungan korosi yang banyak digunakan. Pelapis organik, seperti cat resin epoksi dan cat poliuretan, membentuk lapisan isolasi pada permukaan logam, mencegah kontak langsung antara ion klorida dan logam. Ketebalan lapisan, adhesi, dan integritas sangat penting untuk perlindungan yang efektif. Selama proses pelapisan, pastikan bahwa permukaan logam bersih dan lapisannya seragam dan padat, menghindari cacat seperti lubang kecil dan gelembung.

Untuk beberapa lingkungan korosif yang keras, pelapis semprotan termal, seperti yang menerapkan seng atau aluminium, juga dapat digunakan. Pelapis ini menggunakan perlindungan anodik pengorbanan dari logam -logam ini untuk melindungi logam dasar. Misalnya, pada struktur baja platform oli lepas pantai, sistem pelindung komposit yang menggabungkan pelapis aluminium yang disemprotkan termal dengan pelapis sealant organik dapat secara efektif memperluas masa pakai struktur baja.

(Iii) Penerapan inhibitor korosi: "inhibitor" reaksi korosi

Inhibitor korosi adalah zat yang ditambahkan ke media korosif untuk mengurangi laju korosi logam. Dalam klorida - yang mengandung solusi, beberapa inhibitor korosi dapat digunakan untuk menghambat korosi. Inhibitor korosi anorganik, seperti kromat dan nitrit, mencegah korosi dengan membentuk film pasif pada permukaan logam. Namun, toksisitas mereka membatasi penggunaannya.

Inhibitor korosi organik, seperti imidazolin dan amina, menyerap ke permukaan logam, mengubah distribusi muatan dan energi aktivasi reaksi korosi, sehingga menghambat proses korosi. Pemilihan dan konsentrasi inhibitor korosi harus dioptimalkan berdasarkan lingkungan korosif spesifik dan bahan logam untuk mencapai perlindungan yang optimal. Dalam beberapa sistem air pendingin yang bersirkulasi industri, menambahkan jumlah inhibitor korosi yang sesuai dapat secara efektif mengontrol korosi ion klorida pada pipa dan peralatan.

Di masa depan, dengan pengembangan bidang -bidang yang berkelanjutan seperti ilmu material dan rekayasa permukaan, kami percaya bahwa teknologi dan metode yang lebih maju akan diterapkan pada perlindungan korosi ion klorida, lebih lanjut memperpanjang masa pakai bahan logam di lingkungan korosif yang kompleks.