دراسة تاكل وتثبيط تاكل سبيكة الفولاذ المقاوم للصدا L 316 في اوساط ملحية مختلفة == Corrosion and Corrosion Inhibition Studies of Stainless Steel 316L Alloy in Different Saline Media
Author name:
مروة صباح حسين
Supervisor name:
وصال عبد العزيز عيسى | انتصار عليوي
General topic:
Chemistry
Specific topic:
Physical Chemistry
Degree:
Master
University:
University of Baghdad
Language:
English
University location:
Baghdad
First pages:
25T1846 - p.pdf
Abstract:
تتضمن الرسالة دراسة كهروكيميائية لتاكل الفولاذ المقاوم للصدا نوع 316L في محاليل ملحية لكلوريد الصوديوم مختلفة التراكيز mol.〖dm〗^( - 3) (0.6و0.3و0.1) وفي قيم من الاس الهيدروجيني (pH) تضمنت (11و9و4و2) ومدى من درجات الحرارة من (293 - 308)K . وانجز العمل باستعمال جهاز المجهاد الساكن وخلية التاكل المكونة من ثلاثة اقطاب.وقد اوضحت النتائج العملية ما يلي : تزداد كثافة التيار(icorr) الزيادة الحامضية ودرجة الحرارة للوسط الاكال حيث تبلغ اعلى قيمة لها مساوية الى〖18.62 µA.cm〗^( - 2) عند pH=2 ودرجة حرارة= 308K. تزداد كثافة تيار التاكل (icorr) بزيادة تراكيز المحاليل الملحية في الوسط الحامضي (pH=2,4) وكانت اعلى قيمة لها = 〖18.62 µA.cm〗^( - 2)عند تركيز 0.6 mol.〖dm〗^( - 3) لمحلول كلوريد الصوديوم. تذبذب قيم جهود التاكل (Ecorr) والتي تعكس امكانية حصول عملية التاكل نتيجة لعدم تجانس مواقع الطاقة الكامنة على سطح السبيكة الفلزية. امكن حساب حركيات التاكل من قيم تيار التاكل واعتمادها على درجات الحرارة المختلفة. وقد خضعت حركيات (Kinetics) تفاعل التاكل بوجود وعدم وجود المثبط لمعادلة ارينيوس والتي تفترض وجود علاقة خطية بين قيم لوغارتم تيار التاكل (log icorr) ومقلوب قيم درجة الحرارة المطلقة (1/(T ) ) والتي منها امكن حساب طاقة التنشيط (E_a) وقيمة مسبوق المقدار الاسي (A) وانتروبي التنشيط (∆S^* ). وجد ان اعلى قيمة لطاقة تنشيط لتفاعل تاكل سبيكة الفولاذ المقاوم للصدا تقع عند (pH=11) واقل تركيز لمحلول كلوريد الصوديوم. ووجد بانها تساوي 39.59 kJ.mol - 1 عند pH=11وتركيز 0.1 〖mol.dm〗^( - 3) لمحلول كلوريد الصوديوم. وهذا يدل على ان عملية التاكل تحصل بشكل اكبر في الوسط الاكثر حامضية. وتبين قيم طاقة التنشيط (E_a) وقيم مسبوق المقدار الاسي (A) بوجود علاقة خطية بين قيم (log A) وقيم طاقة التنشيط (E_a) المناظرة لها ، وتدل هذه العلاقة بان تفاعل التاكل يحدث على مواقع متباينة على سطح السبيكة الفلزية المعرضة للتاكل وان تفاعل التاكل يبدا اولا بالمواقع التي تتمتع بطاقات تنشيط واطئة ثم ينتشر منها الى المواقع التي تتمتع بطاقات تنشيط اعلى. ويفسر هذا وفق عملية (compensation) للسلوك الحركي لتاكل السبيكة الفلزية. امكن دراسة الدينمية الحرارية للتاكل من قيم جهد التاكل ومدى اعتمادية تلك القيم على درجات الحرارة، وتم حساب الكميات الثرموديناميكية لتفاعل التاكل ∆G و∆H و∆S بدرجات حرارية مختلفة.وقد اظهرت الدراسة ان قيم ∆G و∆H و∆S كانت على التوالي مساوية الى 38214kJ.mol - 1 و98816kJ.mol - 1 و6768432kJ.mol - 1 مما يدل على تلقائية تفاعل التاكل وكونه تفاعل باعث للحرارة. ان قيم الفقدان بالوزن تزداد بزيادة درجة الحرارة، وزيادة الحامضية وتركيز المحلول الملحي اي انها تاخذ نفس منحى قيم تيار التاكل. كما اشتملت الدراسة على تاثير العامل المثبط (Adenine) بثلاث تراكيز تراوحت 〖mol.dm〗^( - 3) (10 - 2 - 10 - 3) على سبيكة فولاذ المقاوم للصدا نوع 316L في محلول كلوريد الصوديوم بتركيز 0.6 〖mol.dm〗^( - 3) وعند قيمتي pH=2 وpH=4 وعلى مدى من درجات الحرارة (298 - 308)K.واوضحت الدراسة ان المثبط (Adenine) قام بتثبيط عملية التاكل للسبيكة في الوسط حامضي حيث ازدادت قيم طاقة التنشيط عند وجود (Adenine) اي ان المثبط قام برفع (زيادة) الحاجز الطاقي لتفاعل التاكل حيث ان : Ea=5.90 kJ.mol - 1 بغياب المثبط واصبحتEa=20.5 kJ.mol - 1 بوجود المثبط عند pH=2 ، وعند pH=4 كانت Ea= 6.67 kJ.mol - 1 بغياب المثبط Ea= 18.59 kJ.mol - 1 بوجود المثبط.وكانت كفاءة التثبيط مساوية الى87% كحد اعلى عند تركيز 〖10〗^( - 2 ) 〖mol dm〗^( - 3) لل(Adenine) وقيمة pH=2 ودرجة حرارة 298K.ولم يكن بامكان المثبط (Adenine) ان يعمل في الوسط القاعدي لابطاء التاكل او اعاقته.ان ميكانيكية التثبيط لل (Adenine) في الوسط الحامضي تعتمد على عملية الامتزاز للمثبط على سطح الفلز، ووجد بانها تخضع لمتساوي درجة الحرارة للانكمير .تـم حــــــساب ومناقــــشة المعلمات الثرموديناميكية لعـــــملية الامتزاز(K_(ads.),∆G_(ads.),∆H_(ads.),∆S_ads )وكانت قيم∆G_(ads.) كلها سالبة مما تدل على تلقائية العملية وان قيم k_(ads.) كانت تمتلك قيم اكبر في الوسط الاكثر حامضية مما يؤكد ان عملية التثبيط عن طريق الامتزاز تكون اكبر.تم دراسة وفحص سطح الفلز بعد عملية التثبيط من خلال FTIR والمجهر الالكتروني الماسح (SEM) واتضح بان جزيئات المثبط قد صنعت فلما كطبقة واقية على سطح الفولاذ المقاوم للصدا نوع 316L. | The present work involves the investigation of the polarization behavior of 316L stainless steel corrosion in the presence of (0.1 - 0.6) mol.dm - 3 NaCl solution in four pH values (2,4,9 and 11) and over the temperature range (293 - 308)K .The work was performed using potentiostatic technique with three electrodes cell.The experimental results revealed that : 1. The corrosion current density increases with increasing the acidity and temperature of the corroded medium.It has a maximum value 18.62µA.cm - 2 in pH=2 and temperature=308K.2. The corrosion current density increases with increasing NaCl concentration in acidic medium, it was found to be 18.62µA.cm - 2 in 0.6 mol.dm - 3 NaCl .3. The variation of corrosion potential (Ecorr) reflects the heterogeneous nature of the corrosion process on 316L stainless steel surface.4. Kinetics of 316L stainless steel corrosion have been studied from the values of the corrosion current densities and their dependencies on temperature .The kinetics of 316L stainless steel corrosion followed Arrhenius type rate equation .A linear relationship has been existed between values of log (icorr) and (1/T) .Activation energy (Ea), pre - exponential factor (A) and entropy of activation (∆S*) can be determined. It was found that (Ea) has a higher value at the higher pH value (pH=11) and lower NaCl concentration, It was found to be equal to 39.59kJ.mol - 1 at pH=11 and 0.1mol.dm - 3 NaCl concentration .This indicates that the rate of corrosion process proceeds strongly in more acidic medium.A linear relationship was found for (Ea) which suggests the operation of a compensation effect of the stainless steel corrosion behavior .This may enable us to explain that corrosion reaction proceeds on surface sites which are associated with different energies of activation. The corrosion reaction is assumed to start on sites with lower (Ea) and (logA) values first, there after spreading to those sites on which (Ea) and (logA) are higher.5.The thermodynamic parameters ∆G, ∆S and ∆H were calculated at different NaCl concentrations and temperatures . The values of ∆G, ∆S and ∆H were - 38214 kJ.mol - 1, - 98816 kJ.mol - 1 and - 67684.32 kJ.mol - 1 respectively. These data indicate the spontaneous and exothermic reaction.6. The values of weight loss increase with increasing the temperature, these values agree with (icorr) values. The study involves also the inhibition effect of adenine (as inhibitor) on 316L stainless steel corrosion in acidic NaCl solution. It was studied with three concentration of adenine (10 - 3, 510 - 3 and 10 - 2) mol.dm - 3 in 0.6 mol.dm - 3 NaCl solution in two pH values of 2 and 4 over the temperature range (293 - 308)K. The study indicated that adenine acts as good inhibitor for 316L SS i.e. adenine raises the energy barrier for corrosion process, it was found to have a value of Ea= 20.5 kJ.mol - 1 in the presence of adenine which is clearly higher than in absence of adenine. The inhibitor efficiency was found to have a maximum value of ≈87% in pH=2 and 10 - 2 mol.dm - 3 adenine concentration. Adenine had no ability to inhibit corrosion in basic media. The mechanism of inhibition of adenine in acid medium depends on the adsorption of the inhibitor onto the metal surface and the adsorption was found to obey Langmuir adsorption isotherm. The thermodynamic parameters (Kads ,∆Gads , ∆Hads, and ∆Sads) of adsorption process were calculated and discussed. The values of ∆Gads were negative indicating spontaneous process, and Kads values of the adsorption /desorption process were found to have greater values in solutions of lower pH, i.e. adsorption of inhibitor is greater in more acidic medium.The surface examination studies including FTIR and SEM were done, they showed that the inhibitor molecules form a good protective film onto 316L.SS surface.
