Исследование синергетического влияния ионов хлорида и сульфата на коррозию меди с использованием электрохимического шума в асимметричных ячейках

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 14384 (2022) Цитировать эту статью

629 Доступов

4 цитаты

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Настоящее исследование включает систематическое исследование коррозии меди сначала в каждом из растворов NaCl и Na2SO4 по отдельности, а затем в смесевом растворе ионов Cl- и SO42- как агрессивных ионов. Сигналы электрохимического токового шума (ECN), возникающие как от асимметричных (Asy), так и от симметричных (Sym) ячеек, были интерпретированы с использованием вейвлет-преобразования (WT) наряду со статистическими процедурами. Сигналы были удалены от тренда и разложение каждого сигнала было выполнено на 8 кристаллов. Затем стандартное отклонение каждого кристалла было проиллюстрировано графиками стандартного отклонения частичного сигнала (SDPS). Электроды Asy улучшают обнаружение точечной коррозии на меди по сравнению с электродами Sym, что указывает на более высокую эффективность электродов Asy. Асимметричные медные электроды были исследованы с использованием графиков SDPS при разных температурах (40, 60, а также 80 ° C). Наконец, чтобы частично понять влияние ионов Cl- и SO42- на коррозию меди, стабилизация катионов Cu2+ ионами Cl- и SO42- в водных растворах была смоделирована с помощью расчетов DFT. Полученные результаты согласуются с экспериментальными данными.

Коррозия включает в себя естественные процессы, посредством которых происходит электрохимическое окисление металлов до различных соединений, таких как ионы и окислители1. Коррозионная стойкость некоторых материалов также снижается под действием нескольких агрессивных ионов2. Питтинговая коррозия — это тип локализованной коррозии, в результате которой на поверхности металлов образуются крошечные отверстия, которые могут возникать из-за агрессивных ионов, включая ионы хлорида, сульфата, нитрата и т. д.3. В различных отраслях промышленности используется медь и ее сплавы, поскольку они обладают отличными механическими и термическими свойствами. Электроника, сантехника, провода передачи данных и теплообменники являются примерами областей, в которых используются эти металлы4,5,6. Слой оксида, образующийся на поверхности меди в присутствии кислорода, проявляет стойкость к коррозии7,8,9. Тем не менее, некоторые проблемы с оксидом меди представляют собой ограничения в защите и восприимчивость к различным видам коррозии, включая равномерную и точечную коррозию под действием конкретных коррозийных видов10,11,12. Кроме того, процесс коррозии меди сопровождается термической активацией, при которой кинетика растворения меди увеличивается из-за повышения температуры, а стабильность оксида меди зависит от изменения температуры13.

Применение электрохимического шума (ЭН) в промышленности, особенно при борьбе с удаленной коррозией, а также при онлайн-исследовании типа коррозии, является интересной темой среди исследователей и ученых из разных областей14,15,16,17,18. Питтинговая коррозия приводит к значительным разрушениям, которые происходят быстро и внезапно. Эти виды коррозии также трудно измерить. Коррозия — это генерация заряда, вызывающая естественные переходные процессы потенциала и тока, которые измерения EN могут распознавать такие импульсные переходные процессы, называемые сигналами16,19. Анализ ЭН проводится с помощью двух основных подходов, включая статистические и спектральные методы. Некоторые параметры, такие как стандартное отклонение, асимметрия и эксцесс, можно вычислить с помощью статистического анализа. Первый указывает на электрохимическую активность на поверхности электродов. Второй измеряет симметрию относительно среднего значения, а последний показывает пиковое или плоское распределение. Статистический подход требует предварительной обработки перед анализом данных из-за дрейфа постоянного тока и нестационарного состояния20,21,22,23,24,25,26,27. В идеальных условиях идентификация типа и интенсивности коррозии должна выполняться с использованием процедур анализа данных, которые не требуют стационарных или линейных условий, но одновременно демонстрируют высокий потенциал различения во временной и частотной областях. В этом отношении новые временные и частотные анализы с несколькими разрешениями, согласно вейвлетам, являются хорошей альтернативой для эффективного решения существующих проблем. Вейвлеты образуют основной компонент разложения сигналов в вейвлет-преобразовании (WT), которые действуют аналогично гониометрическим функциям с различными частотами в преобразовании Фурье28,29,30,31,32.