הקדמה: האיום הנסתר של קורוזיה

בכל שנה, קורוזיה עולה לכלכלה העולמית כ-2.5 טריליון דולר - דמות המדגישה את הצורך הקריטי באבחון מדויק וניהול של השפלה מתכת.בין אם בגשרים מזדקנים, בפלטפורמות נפט offshore, או צמחי עיבוד כימי, זיהוי התרכובות הספציפיות האחראיות על קורוזיה הוא הצעד הראשון לקראת הפחתה יעילה.

הבנת מוצרי קורוזיה המדויקים – כגון גותייט, lepidocrocite, או akaganeite – יכול לעתים קרובות להצביע על התנאים הסביבתיים שגרמו להתקפה: לחות גבוהה, חשיפה כלורידית, או אטמוספירה חומצית.ללא ידע זה, מאמצי תיווך עשויים להיות מוטענים, מבזבז זמן וכסף.

המדע שמאחורי צילומי רנטגן

XRD מבוסס על העיקרון כי חומרים גבישיים מטבוליט X-rays בדפוסים ייחודיים להסדר האטומי שלהם. כאשר קרן של מונוכרומטי X-rays מכה מדגם, הוא מפוזר על ידי האלקטרונים של האטומים בלחיצת קריסטל.

⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

(ב) ויקרא י"א: ויקרא י"ד: ויקרא י"א, ויקרא י"א, ויקרא י"ד, ב', ב', ב') , ויקרא ויקרא ויקרא כ"ד, ו"ה' ויקרא יט" (בראשית כ"ד) ,"ו"ד) ,"ו"כ ,"ד,"ד,"ב,"ד, ב"ב"ב,"ב, ב"ב"ב"ב"ב, ב"ב"ב"ב"ב, ב"ב, ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב, ב"ב, ב"ב, ב"ב, ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב, ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב

זיהוי מבוצע על ידי השוואת דפוס הנצפה נגד מסדי נתונים כגון המרכז הבינלאומי עבור נתונים Diffraction (ICDD) אבקת Diffraction File. Software לאחר מכן להתאים עמדות שיא ורחבות לשלבים ידועים, לעתים קרובות לספק הערכות כמותיות של הכמויות היחסיות של כל שלב הנוכחי.תהליך זה עובד גם כאשר מספר מוצרי קורוזיה coexist, מה שהופך XRD אידיאלי עבור דגימות אמיתיות בעולם שבו שכבות ו-חמצני שונים לבנות הידרוקסידים.

למה סודיות

XRD מזהה רק שלבים גבישיים. Amorphous, מסודר בחומרים - כגון כמה סרטי קורוזיה ראשונית או ג'ל - עשוי לייצר דפוסים רחבים, חלשים או לא דיפרציה בכלל.זהו מגבלה וגם יתרון: זה מתמקד ניתוח על מוצרים קורוזיון מתוחכמים ויציב שיש להם השפעה ארוכת טווח על שלמות מבנית.

מוצרים משותפים וחתימות ה-XRD שלהם

קורוזיה של ברזל ופלדה מניבה משפחה של תחמוצת ברזל הידרוקסידים המשתנה בצבע, מורפולוגיה והתנהגות אלקטרו-כימית. XRD יכול להבחין בהם בביטחון גבוה.הבנה אשר אלה נמצאים כיום עוזרת להפר את מנגנון קורוזיה וגורמים סביבתיים במשחק.

ברזל Oxides ו Hydroxides

  • (ה) [ה]:0 [Goethite ( ⁇ FeOOH) ,"מרכיב חלודה משותף, שנוצר לעיתים קרובות בתנאים רטובים, מחוסנים.הפסגות האופייניות שלו מופיעות ב-"21° 2 ⁇ " (Cu Kα) והוא בדרך כלל השלב היציב ביותר.
  • (ב) ⁇ :0 ( ⁇ FeOOHorive)FLT:1 - טפסים בסביבות עם שינוי מחזורי לחות רטובים.
  • (ב) ⁇ :0) אלקגנייט ( ⁇ FeOOH)BuildFLT) 1 - קשורה לעתים קרובות לסביבות עשירות כלוריד, כגון אטמוספירה ימית או חשיפה מלח.
  • (FLT:0) Hematite ( ⁇ Fe2O3)veFLT:1) - תחמוצת תחמוצת יבשה יציבה המתבטאת בטמפרטורות גבוהות יותר או בתקופות ארוכות.
  • (ב) ⁇ :0 מאגיט (Fe3O4)FreaLT:1) - תחמוצת שחור, מגנטי שיכול להיווצר מתחת לשכבות חלודה או בתנאים נמוכים של אוקסגן.
  • (ב) ⁇ ( ⁇ f2O3)irph:1 ; דומה מגנטיט אך יותר מחומצן; לעתים קרובות נמצא בחלודה אטמוספירית.

מוצרי מתכת אחרים

  • (ב) ⁇ (ב"א): ⁇ (ב"א): "הקורא" (הנהג), קואו (הטנטו), ו-K2(OH)3Cl (טהור, במיוחד בסביבות ימיות).
  • (FLT:0) סגסוגת אלמומיום: 1FLT:1 Al2O3xH2O (boehmite, Bayerite) ו הידרוקסידים שונים; XRD מסייע להבחין בין העברת סרטים ממוצרים אגרסיביים.
  • (FLT:0)Zinc ו-galvanized Steel:cioFLT:1 ZnO (zincite), Zn(OH)2, Zn5(OH)8Cl2H2O (Simonleite) - כלור- המכיל שלבים מעידים על רגישות לבנה.

היכולת לזהות שלבים מסוכנים פוטנציאליים - כגון אלה המכילים כלורידים או סולפטים - נותן לצוותי תחזוקה מידע מעשי כדי להתאים את הליכי ניקוי, מעכבי טיפול, או לשנות תנאי הפעלה.

XRD Analysis Workflow in Practice

ניתוח קורוזי טיפוסי באמצעות XRD עוקב אחר רצף מובנה:

1.Digital Collection

מוצרי קורוזיה מגרדים בקפידה, מכחולים או מוסרו משטח המתכת. Care נלקח כדי להימנע מזיהום הדגימה עם מתכת או פסולת סביבתית הבסיסית. במקרים מסוימים, קופון קטן נחתך לניתוח מעבדה.הדגימה היא אז הקרקע אבקת קנס כדי להבטיח אוריינטציה גבישית אקראית ומדיקות אחידות.

2. Instrument Setup

הידרומטרים של מעבדה משותפת משתמשים בשחפת רנטגן נחושת (Cu Kα, λ=1.5406 ⁇ ⁇ ) דגימה אבקה ממוקמת במחזיק שטוח ורכוב על מד מרחק הנתונים נאספים מעל 2 ⁇ של בדרך כלל 5 ° עד 80 מעלות או 90 מעלות, עם גדלים של 0.02 וספירת פעמים מספיק כדי להשיג יחס טוב של אותות (לעתים קרובות כמה דקות סריקה).

3. פרשנות נתונים

רקע תת-תוכנות, מזהה שיאים, וחיפוש אחר מסד הנתונים.תוצאות מדווחות כרשימה של שלבים עם אחוזי משקל יחסיים שלהם.איכות ההתאמה נבחנת על ידי דמות של ערך.האנליסט לאחר מכן חוצה את השלבים המזוהים נגד מנגנוני קורוזיה צפויים ותצפיות חזותיות. לדוגמה, אם רק מגנטיט נמצא על גלר פלדה אבל לא גותי, זה יכול להציע כי משטחים או מצופה.

4.דיווח ופעולה

[הדו"ח הסופי כולל רשימה של שלבים, שפע המשוער שלהם, וכל תכונות בולטות (למשל, שיאים רחבים מצביעים על גודל גבישי קטן, אשר תואם עם תגובת גבוהה) מהנדסים להשתמש במידע זה כדי לבחור ציפויים מתאימים, מעכבים או לוחות זמנים חלופיים. ASTM סטנדרטיים - כגון FLT:0AS ETM ETM915FLT:1 למתחים או ניתוח פני השטח:

יישומים תעשייתיים: מחקרים מקרה בניהול קורוזיה

XRD הפך להיות סוס עבודה במגזרים שבהם כשלים קורוזיים נושאים בטיחות חמורה ועונשים כלכליים.

שמן וגז פיטורי

קורוזיה פנימית של גז סוטור (H2S) מייצרת סולידי ברזל כגון pyrrhotite או mackinawite. זיהוי השלבים האלה עוזר למפעילים לחזות את הסבירות של סדקים המושרה מימן ולתאים תוכניות פיסול כימי. קורוזיה חיצונית מעכבת צינורות קבורים באדמה עם תוכן chloride משתנה לעתים קרובות מגלה תערובת של goethite ו agane, המנחה זריקות XRC מיותרות.

מבנים ימיים וספינת ההלס

האווירה האגרסיבית של הים הפתוח יוצרת שכבות מוצר קורוזיות מורכבות.פרופילי XRD של ספינת hullחלודה בדרך כלל להראות גותייט, lepidocrocite, ו akaganeite.יחס של שלבים אלה מתווה עם רמת זיהום chloride (כלורידי הדבקה) על ידי מיפוי ההפצה של akaganite על פני huyards, יכול קודם כל כך להכפיל את הציפוי של אזורים צהובים פעילים (d) יש יותר משקעים צהובים) יש יותר משקעים פעילים יותר משקעים צהובים (d) יש כמה משקעים צהובים) יש יותר מצופה יותר משקעים צהובים).

תשתיות אזרחיות: גשרים ומבנה היסטורי

גשרים מזג אוויריים מסתמכים על פטינה מגן או מגנטיט כי הטרינה מורכבת מהשלבים הרצויים (דense Goethite) ולא על lepidocrocite או מגנטיט אשר מקדם exfoliation. for Historical Ironwork, כגון pencing-iron fencing or Cast-Castle-iron טורs, XRD מסייע ל- XRDVerva לבחור את האפשרות הפחתת ה-Ric לעתים קרובות.

מגבלות וצורך בטכניקות Complementary

למרות החוזקות שלה, XRD אינו מספק תמונה מלאה של מוצרי קורוזיה.המגבלה המשמעותית ביותר היא חוסר הרגישות שלה לשלבים גבישיים או גרועים. מוצרי קורוזיה ראשונית לעתים קרובות יוצרים סרטים דקים מאוד, מאומתים; אלה עשויים לא לייצר פסגות חדות.

כדי להתגבר על הפערים האלה, אנליסטים קורוזיים משלבים באופן שגרתי את XRD עם שיטות אחרות:

  • (FLT:0) אלקטרוניקה אלקטרון מיקרוסקופיה עם ספקטרוסקופיה אנרגיה-דיסקפרסטיבית (SEM-EDS): ibFLT:1 מספק הרכב אלמנטרי ודימות גבוהה של הדמיה של מורפולוגיה קורוזית.SEM-EDS יכול לאתר כיסים עשירים כלור ולגלות אם שכבה היא רציפה או סדקים.
  • (ב) [13] ראומן ספקטרוסקופיה: ⁇ :1 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (FLT:0) צילום תמונה Photoelectron Spectroscopy (XPS): אנליז 1: 1 Analyzes את השכבות האטומיות הגדולות ביותר (10 nm), נותן מידע על מצבים כימיים וקומפוזיציה סרט פסיבי.
  • (FLT:0) שיטות אלקטרו-כימיקליות: FLT:1 ⁇ Potentioדינמית ו- אלקטרו-כימי ספקטרום ספקטרוסקופיה (EIS) להעריך את שיעורי קורוזיה והגנה של שכבות חד-חמצני; הם מסייעים לתואמים את השלבים המזוהים על ידי XRD עם התנהגות קורוזיה אמיתית.

באמצעות כלים אלה ב- tandem, מתקן יכול ליצור הבנה רב-ממדית של בעיית קורוזיה.לדוגמה, XRD עשוי להראות נוכחות של מגנטיט ו hematite, בעוד SEM-EDS מגלה העשרה כלור בגבולות דגנים - תוך תקיפתם בין-גרפיים כי XRD לבד יפספס.

שיטות טובות ביותר עבור ניתוח XRD אמין של מוצרי קורוזיה

כדי להשיג תוצאות משמעותיות, חוזרות על עצמן, בצע את ההנחיות האלה:

  • (FLT:0) מייצג הדגימה: אספן:1 נאסף ממיקומים מרובים, במיוחד מאזורים של התקפה ברורה וממתכת קול לשם השוואה.
  • (FLT:0) צמצום זיהום: FIRLT:1 להימנע ערבוב מוצרי קורוזיה עם אדמה, שאריות צבע, או כתבי מתכת. השתמש בכלים של נירוסטה או tungsten carbide שלא מציגים שלבים ברזל מיותרים.
  • (FLT:0) כמות מדגם מדגם: FLT:1 עבור אות טוב, לפחות 100-200 מ"ג אבקה הוא המועדף. אם רק כמויות דקות זמינות, השתמש במדגם אפס- ⁇ או מערכות מיקרו-XRD.
  • (FLT:0) תקנים מתאימים: FLT:1 קלבראט את מדפי הטבול עם סיליקון או corundum סטנדרטי לפני הניתוח.מנע תקן פנימי (למשל, אל2O3) לניתוח שלב כמותי.
  • (FLT:0) אי הוודאות של הגירה: 1FLT:1 XRD קוונטית היא חצי-כאנטית במיטבה - במיוחד עבור תערובת מורכבת עם פסגות חופפות.
  • (ב) ,0) לאחר שיטות סטנדרטיות: פרוצדורות התייחסות 1:1 (FLT:2ASTM E2937FLT 3: 3 (זיהוי תרכובות גבישיות) או ISO 16962 מספקות מסגרת קדמית.

כיוונים עתידיים: אלקטרוניקה ו- In-Situ XRD

המעבדה המסורתית XRD יש ערך מוגבל כאשר קורוזיה יש לנתח באתר ללא הסרת דגימות.ההתפתחויות האחרונות יצרו ספסל נייד ומערכות XRD שניתנת ישירות לאחסון טנקים, גשרים, או לעגון יבשה.מכשירים אלה, תוך מתן החלטה מעט נמוך יותר מאשר מודלים מעבדה, מסוגלים לזהות שלבים קורוזיים גדולים בתוך דקות.

מגמה נוספת היא השימוש של סינכרונכרן מבוסס XRD עבור מאוד גבוה ברזולוציה, ניסויים תלוי זמן. חוקרים יכולים לחשוף דגימות מתכת על סביבות קורוזיות מבוקרות תוך סריקה מתמדת כדי לצפות במוצרי קורוזיה בצורת בזמן אמת. נתונים אלה קישורים גורמים סביבתיים ספציפיים (pH Shifts, chloride ingress) להופעת שלבים מסוימים, המאפשר מודלים חיזוי מכונות למידה מוחלים באופן אוטומטי כדי לפקח על תבניות XRDs.

מסקנה

דיפרקציה רנטגן היא הרבה יותר מאשר סקרנות מעבדה - היא שיטה מעשית, מבוססת שדה לזיהוי מוצרי קורוזיה מבנים מתכתיים. על ידי חשיפת השלבים הקריסטליים המדויקים הנוכחי, XRD מאפשר למהנדסים לפענח את סוכני הקורטוזיציה בעבודה, להעריך את חומרת ההתקפה, ולבחור את האסטרטגיה היעילה ביותר של התחדשות, כאשר משתמשים יחד עם טכניקות משלימים כמו RDS, למנוע את החשיבות של XDSRECTS, כדי להפחית את איכות חיים אוטומטית יותר, ובכך להפוך את התחזוקה, כמו RDS.

(ב) [ה]] לקראה עמוקה יותר על מנגנוני קורוזיה והשימוש ב- XRD, ראה את מסד הנתונים הבינלאומי של ה-FLT:2 משאבים ואת אבקת ה-FLT 3ICDD Diffraction FileFLT:4.