การกัดกร่อนในน้ำ

การกัดกร่อนในน้ำคือการเสื่อมสภาพทางเคมีไฟฟ้าของโลหะเมื่อสัมผัสกับสภาพแวดล้อมที่มีน้ำ ซึ่งเกิดจากการละลายของแอโนดและการลดลงของแคโทดที่เชื่อมโยงกัน

Definition

การออกซิเดชันทางเคมีไฟฟ้าของโลหะในสภาพแวดล้อมที่มีน้ำ ซึ่งการละลายของโลหะที่ตำแหน่งแอโนดจะสมดุลกับการเกิดปฏิกิริยารีดักชันที่ตำแหน่งแคโทดบนพื้นผิวเดียวกันหรือพื้นผิวที่เชื่อมต่อกัน

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมกลไกทางเคมีไฟฟ้าของการกัดกร่อนในตัวกลางที่เป็นน้ำ: การละลายของโลหะที่แอโนดและการลดลงของออกซิเจนหรือไฮโดรเจนไอออนที่แคโทด, ศักย์การกัดกร่อนแบบผสมและกระแสการกัดกร่อน, เสถียรภาพทางเทอร์โมไดนามิกที่แสดงด้วยแผนภาพ Pourbaix, และรูปแบบหลักของการโจมตี เช่น การกัดกร่อนแบบสม่ำเสมอ, กัลวานิก, แบบรูพรุน, และแบบรอยแยก เป็นพื้นฐานสำหรับการทำนายและวัดปริมาณการเสื่อมสภาพของวัสดุ

Core questions

• ปฏิกิริยาแอโนดิกและแคโทดิกใดบ้างที่รวมกันทำให้โลหะเกิดการกัดกร่อนในน้ำ?
• ศักย์การกัดกร่อนและกระแสการกัดกร่อนกำหนดอัตราการสูญเสียโลหะได้อย่างไร?
• แผนภาพ Pourbaix ทำนายได้อย่างไรว่าโลหะจะกัดกร่อน, เกิดการสร้างชั้นป้องกัน, หรือไม่เกิดปฏิกิริยา?
• อะไรคือความแตกต่างระหว่างการกัดกร่อนแบบสม่ำเสมอและการกัดกร่อนเฉพาะที่ เช่น การกัดกร่อนแบบรูพรุนและการกัดกร่อนแบบกัลวานิก?

Key theories

ทฤษฎีศักย์ผสม

โลหะที่กำลังกัดกร่อนจะถึงศักย์การกัดกร่อนที่คงที่ ซึ่งกระแสแอโนดิกและแคโทดิกทั้งหมดจะสมดุลกัน; ขนาดของกระแสที่สมดุลนี้ ซึ่งสามารถหาได้จากการประมาณค่า Tafel จะบอกอัตราการกัดกร่อน

แผนภาพศักย์–pH (Pourbaix)

แผนที่ของศักย์ไฟฟ้าเทียบกับ pH จะกำหนดขอบเขตที่โลหะมีเสถียรภาพทางเทอร์โมไดนามิก (ไม่เกิดปฏิกิริยา), กำลังกัดกร่อนอย่างแข็งขัน, หรือเกิดการสร้างชั้นป้องกัน ซึ่งเป็นแนวทางในการประเมินความอ่อนแอต่อการกัดกร่อน

Clinical relevance

การกัดกร่อนในน้ำเป็นสาเหตุหลักของความล้มเหลวและการบำรุงรักษาท่อส่งน้ำ, สะพาน, เรือ, และรากฟันเทียมชีวการแพทย์; การทำความเข้าใจเคมีไฟฟ้าของมันช่วยให้สามารถทำนายอายุการใช้งาน, การเลือกวัสดุ, และกลยุทธ์การป้องกันที่ช่วยลดต้นทุนทางเศรษฐกิจและความปลอดภัยจำนวนมหาศาลได้

History

อีแวนส์ได้สร้างลักษณะทางเคมีไฟฟ้าของการกัดกร่อนขึ้นในช่วงต้นศตวรรษที่ 20; แวกเนอร์และเทราด์ได้กำหนดทฤษฎีศักย์ผสมอย่างเป็นทางการในปี 1938, และปูร์เบย์ได้รวบรวมแผนภาพสมดุลศักย์-pH ในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 ซึ่งทั้งหมดนี้ได้ให้รากฐานทางเคมีไฟฟ้าเชิงปริมาณแก่การกัดกร่อน

Key figures

• Ulick R. Evans
• Marcel Pourbaix
• Carl Wagner
• Wilhelm Traud

Seminal works

• jones1996
• pourbaix1974
• bard2001

Frequently asked questions

ทำไมโลหะสองชนิดที่แตกต่างกันเมื่อสัมผัสกันจึงเกิดการกัดกร่อนเร็วกว่า?

เมื่อโลหะต่างชนิดกันเชื่อมต่อกันทางไฟฟ้าในสารละลายอิเล็กโทรไลต์ โลหะที่ว่องไวจะกลายเป็นแอโนดและละลายก่อน ในขณะที่โลหะที่เฉื่อยกว่าจะทำหน้าที่เป็นแคโทด ซึ่งเร่งการกัดกร่อนแบบกัลวานิกของโลหะที่ว่องไว

แผนภาพ Pourbaix บอกอะไรคุณได้บ้าง?

แผนภาพนี้แสดงให้เห็นว่าโลหะมีเสถียรภาพทางเทอร์โมไดนามิก (ไม่เกิดปฏิกิริยา), คาดว่าจะละลาย (การกัดกร่อน), หรือถูกปกคลุมด้วยออกไซด์ป้องกัน (การสร้างชั้นป้องกัน) โดยขึ้นอยู่กับศักย์และ pH แม้ว่าจะบ่งชี้ถึงแนวโน้มมากกว่าอัตรา