Stal nierdzewna, wszechobecny materiał w naszym codziennym życiu, jest często postrzegana jako odporna na korozję.szczególnie kwas oksaliowyNaukowcy systematycznie badali to zjawisko, odkrywając mechanizmy leżące za "opieką Achillesową" stali nierdzewnej.
Kwas oksaliczny, naturalnie występujący kwas organiczny występujący w roślinach takich jak szpinak i herbata, odgrywa istotną rolę w procesach przemysłowego czyszczenia i farbowania tekstyliów.w przypadku niektórych rodzajów stali nierdzewnej szczególnie ferrytowych klas 430 i 444 kwas oksaliowy staje się silnym środkiem żrącymStalowe gatunki te, cenione ze względu na ich odporność na korozję i właściwości mechaniczne, wykazują nieoczekiwaną podatność na działanie w środowiskach kwaśnych.
Naukowcy wykorzystali wiele metod eksperymentalnych do zbadania zachowania korozji:
- Pomiar utraty wagi:Próbki zanurzono w roztworach kwasu oksalowego, przy czym zmniejszenie masy wskazywało na nasilenie korozji.
- Badanie polaryzacji prądu stałego:W ramach tej analizy elektrochemicznej oceniano reakcje powierzchniowe i odporność na korozję.
- Monitoring naturalnego potencjału elektrody (NEP):Śledził dynamiczne zmiany stanu elektrochemicznego stali podczas korozji.
- Spektroskopia absorpcji atomowej:Precyzyjnie zmierzona zawartość rozpuszczonych metali (żelaza, chromu) w roztworach.
- Spektroskopia UV-Vis:Zidentyfikowane kompleksy metalo-oksalantowe powstałe podczas korozji.
- Całkowite rozpuszczenie chromu:W przeciwieństwie do konwencjonalnego zrozumienia roli ochronnej chromu, analiza spektroskopowa wykazała niemal całkowite rozpuszczenie chromu w roztworze, a nie tworzenie oksydu ochronnego.
- Złożone formacje:Analiza UV-Vis potwierdziła obecność kompleksów [Fe(C2O4)3]4- i [Cr(C2O4)3]3-, pokazując, w jaki sposób jony metalowe wiążą się z anionami oksalatu, tworząc stabilne związki przyspieszające korozję.
- Analiza termodynamiczna:Obliczone stałe stabilności i wartości wolnej energii Gibbsa wykazały, że wyższe temperatury sprzyjają tworzeniu się składników złożonych, co wyjaśnia zależne od temperatury współczynniki korozji.
Badania wskazują wyraźny mechanizm korozji:
- Rozpuszczanie metalu uwalnia do roztworu jony żelaza i chromu.
- Jony te tworzą stabilne kompleksy z anionami oksalatowymi.
- Złożone tworzenie tworzy gradient stężenia, który napędza dalsze rozpuszczanie metalu, tworząc autokatalityczny cykl korozji.
Należy zauważyć, że całkowite rozpuszczenie chromu zapobiega tworzeniu się ochronnego warstwy tlenku, pozostawiając stal podatną na ciągłe ataki.
W przypadku stosowania kwasu oksalowego do czyszczenia urządzeń ze stali nierdzewnej konieczna jest staranna kontrola stężenia i temperatury.Wybór materiału musi również uwzględniać specyficzne środowiska kwaśne, w których konwencjonalne stali nierdzewnej mogą być mniej wydajne..
Badania dostarczają podstawowych informacji na temat mechanizmów korozji stali nierdzewnej, jednocześnie podkreślając potrzebę dalszego badania czynników takich jak pH i zawartość tlenu.Przyszłe badania mogą doprowadzić do ulepszenia stopów odpornych na korozję i lepszych strategii ochrony dla zastosowań przemysłowych.