Mengidentifikasi Produk Korosi Suhu Tinggi untuk Pencegahan

Untuk mencegah korosi suhu tinggi, mengidentifikasi produk korosi adalah kunci. Seperti dengan analisis produk korosi air, kombinasi metode seperti SEM-EDS dan XRD diperlukan untuk mengidentifikasi spesies yang hadir dalam skala yang terbentuk pada suhu tinggi. Perbedaan utama adalah skala biasanya lebih tebal dan sering multi-lapisan, yang berarti analisis lintas-melintasi juga diperlukan.

Dalam artikel ini, kita akan memeriksa produk korosi yang dihasilkan oleh paparan suhu tinggi dan menjelaskan bagaimana informasi ini dapat digunakan dalam pencegahan korosi.

Pengujian untuk Produk Korosi

Karena korosi suhu tinggi cenderung menghasilkan skala yang multi-lapisan, scan garis dan peta titik dapat digunakan untuk melaporkan multi-lapisan tetapi teknik ini kualitatif. Mereka bergantung pada menampilkan jumlah total; kepadatan lokasi dapat mempengaruhi hasil. Jadi, juga berguna untuk melengkapi analisis ini dengan pengurangan data kuantitatif atau semi-kuantitatif.

Modeling termodinamik untuk sistem gas semakin umum digunakan dan adalah alat penting untuk prediksi reaksi kimia seperti korosi, oksidasi, sulfidasi dan produk korosi yang dihasilkan. Perhitungan semacam ini lebih berguna dari diagram Ellingham karena banyak spesies dapat dimasukkan. Hasilnya dapat membantu dalam mengidentifikasi dan mengonfirmasi hasil eksperimen. Kondisi dapat dengan mudah diubah juga, seperti penyertaan berbagai gas dengan identifikasi spesies stabil.

Misalnya, ketergantungan suhu dari produk korosi atau skala pelindung dapat dievaluasi untuk satu set kondisi tertentu. Di sisi lain, juga mungkin dengan memvariasi konsentrasi O₂ dan Cl₂ untuk logam tertentu seperti Fe, kondisi untuk berbagai spesies oksida dan klorida dapat diprediksi untuk suhu tertentu. Namun, modeling ini didasarkan pada kondisi kesetimbangan dan kinetika reaksi dapat membatasi kegunaannya. Keuntungan alat semacam ini adalah untuk membandingkan perhitungan dengan produk korosi yang diamati dan memverifikasi kondisi proses.

Banyak skala suhu tinggi berlapis dan ini dapat dicatat dengan mengubah konsentrasi korosien pada suhu tertentu karena konsentrasi korosien dalam skala menurun akibat difusi. Oksidasi suhu tinggi dari selo karbon atau aloi rendah memiliki lapisan skala FeO/Fe₃O₄/Fe₂O₃. Perhatikan bahwa status oksidasi Fe adalah terendah di samping fase logam, Fe(II) dalam FeO, dan meningkat menuju antarmuka skala/lingkungan, campuran Fe(II) dan Fe(III) dalam Fe₃O₄, dan Fe(III) dalam Fe₂O₃. Perhitungan termodinamik akan memprediksi produk korosi termodinamis stabil terluar dalam kontak dengan aliran proses kesetimbangan.

Produk skala yang disebut di bawah ini biasanya yang diamati tetapi lapisan skala yang tepat adalah fungsi dari kinetika, suhu dan spesies yang hadir. Oleh karena itu, perhitungan termodinamik untuk alloy sangat berguna untuk memahami komposisi skala. Namun, skala pada suhu dapat berubah menjadi struktur yang berbeda saat pendingin ke suhu ruangan.

Produk Skala dengan Selo Aloi Rendah

Di bawah 400°C (752°F) skala pada Fe adalah magnetit (Fe₃O₄); sedangkan pada 550°C (1022°F) dalam udara struktur berlapis ditemukan di mana Fe difusi keluar dan O masuk. Jadi, skala luar cenderung menjadi hematit (α-Fe₂O₃) dan skala dalam magnetit. Dalam kondisi yang sama untuk selo 2¹/₄% Cr 1% Mo, skala terluar adalah hematit, sementara skala dalam adalah spinel FeCr₂O₄, magnetit dan hematit. Oksidasi suhu tinggi dari Fe menghasilkan skala tiga lapis hematit, magnetit dan wustite (Fe_1-xO). Tingkat Cr yang lebih tinggi dalam alloy dapat menghasilkan spinel campuran (Fe,Cr)₂O₄. Komposisi skala bervariasi dengan suhu dan tekanan parsial O₂. Kehadiran H₂O menghasilkan (Fe,Cr)₃O₄ dalam, skala tengah magnetit dan skala luar hematit. Sebuah alloy membutuhkan minimal 14% Cr untuk lapisan kromia (Cr₂O₃) pelindung yang lengkap yang akan mencegah difusi keluar Fe dan difusi masuk spesies lain seperti O. Jadi, selo aloi rendah terbatas pada suhu paparan di bawah sekitar 300°C (572°F).

Kehadiran SO₂ dapat menghasilkan pertumbuhan whisker dan lapisan magnetit yang lebih lambat. FeS akan terbentuk sebagai butir terpisah di lapisan magnetit dalam sementara sulfat besi akan terbentuk di permukaan oksida tergantung pada tekanan parsial SO₂.

Produk Skala dengan Selo Karat Austenitik

Kandungan Cr yang lebih tinggi dari selo karat austenitik memberikan perlindungan oksidasi yang cukup untuk meminimalkan penumpukan hingga sekitar 850°C (1562°F). Skala dapat terdiri dari skala dalam kromia, (Cr_xFe_1-x)₂O₃ atau Cr-rich (Cr, Fe, Mn)₃O₄ dengan lapisan luar hematit. Di atas 900°C (1652°F), skala kaya kromia dapat bereaksi lebih lanjut dengan O₂ untuk membentuk CrO₃, yang mudah menguap. Kehadiran uap air, jika cukup, bereaksi dengan Cr dalam oksida untuk kemungkinan membentuk CrO₂(OH)₂ yang mudah menguap, yang mengakibatkan skala kaya Fe yang tidak pelindung dan potensi oksidasi berkepanjangan.

Penambahan HCl ke O₂ dan H₂O pada 600°C (1112°F) menghasilkan skala yang lebih tebal dan tidak pelindung dari (Fe,Cr)₃O₄, magnetit dan hematit. Partikel klorida logam dapat tertanam di antarmuka skala logam. Produk korosi tipikal dari kondisi biomassa atau gas buang yang mengandung jumlah bervariasi O₂, CO₂, SO₂ dan HCl menghasilkan dan lapisan dalam Ni₃S₂, lapisan tengah spinel dan hematit, dan lapisan luar SO₄⁼, Fe_xO_y dan partikel klorida logam. Kehadiran H₂O menghasilkan lapisan dalam tipis (Fe, Cr, Ni)₃O₄.

Produk skala dari sulfidasi adalah fungsi dari suhu dan tekanan parsial spesies S redus. Di bawah kondisi redus yang cukup, lapisan pelindung kromia dapat disulfida menjadi Cr₂S₃ atau Cr₅S₆; namun, pada tekanan parsial sulfur yang lebih tinggi, skala sulfida multi-lapisan akan tumbuh. Skala dalam akan Cr-rich S scale dengan skala tengah spinel daubréelite (FeCr₂S₄) dengan kandungan Fe-Cr yang bervariasi dan skala luar pyrrhotite (Fe_1-xS). Pada suhu yang lebih tinggi dan/atau tekanan parsial S skala luar dapat berupa (Fe,Ni)_1-xS dan pentlandite (Fe,Ni)_9-xS₈.

Untuk oksidasi alloy FeCrAl terdapat pembentukan awal Cr₂O₃ dan hematit dan kemudian nukleasi korundum (α-Al₂O₃). Kehadiran air menghasilkan struktur lapisan luar korundum dengan partikel kaya kromia di antara lapisan. Alloy FeCrAl memiliki oksidasi suhu tinggi yang ditingkatkan pada uap air dan dianggap sebagai bahan pelapis bahan bakar nuklir yang toleran kecelakaan.

Produk Skala dengan Alloy Berbasis Nikkel Suhu Tinggi

Alloy Ni memiliki berbagai komposisi berbeda dan sebagai hasilnya skala korosi dapat bervariasi dengan alloy. Dengan kandungan Cr yang lebih tinggi, alloy Ni-basis memiliki daya tahan oksidasi yang lebih tinggi. Dalam tahap awal oksidasi, lapisan NiO yang kontinu terbentuk, sementara pulau Cr₂O₃ terbentuk di batas butir. Jika Fe hadir dalam alloy, lapisan dapat mencakup NiFe₂O₄. Saat lapisan NiO luar tumbuh ke dalam logam, ia menemui pulau Cr₂O₃, yang kemudian membentuk NiCr₂O₄ atau (NiFe_2-xCr_x)O₄ spinel pulau. Karena oksida yang mengandung Ni kurang pelindung daripada Cr₂O₃, skala luar akan NiO dengan skala spinel dalam dan lapisan Cr₂O₃. Bergantung pada kandungan Fe alloy, hematit juga dapat diamati di skala luar. Untuk alloy yang tinggi Al dan pada suhu di atas sekitar 1000°C (1832°F) skala dalam korundum cenderung berkembang, yang ketika dikombinasikan dengan NiO dan Cr₂O₃ dapat membentuk spinel.

Klorinasi Ni dalam Cl₂ atau HCl menghasilkan skala NiCl₂. Bergantung pada tekanan parsial O₂, skala NiO juga dapat hadir.

Untuk studi dengan gas HCl, CO₂, CO, H₂ dan H₂S yang redus dan bergantung pada suhu, produk korosi untuk Alloy HT diidentifikasi sebagai FeCl₂ (menguap pada suhu lebih tinggi), Cr₂S₃, Cr₂O₃ dan NiS. Dalam kondisi yang sama Alloy 600 memiliki Cr₂O₃ dan Cr₂S₃ sebagai produk skala.

Alloy 601 pada 900°C (1652°F) di bawah kondisi sulfidasi memiliki skala luar Ni₃S₂, (Fe,Ni)₉S₈, dan FeCr₂S₄, lapisan korundum dengan sulfida bercampur dan lapisan terdalam FeCr₂S₄ dan Ni₃S₂.

Dengan H₂S/H₂ di atas 645°C (Fe,Cr,Ni)₃S₂ dapat membentuk produk cair. Kombinasi O₂ dengan SO₂ yang redus dapat mengakibatkan korosi berkepanjangan dari Cr₂O₃ dan Ni₂S₃. Kondisi semacam ini dapat membatasi aplikabilitas alloy ini.

Kesimpulan

Korosi suhu tinggi melibatkan sejumlah produk kunci. Dengan mengidentifikasi ini, mungkin untuk mencegah korosi di masa depan.