Оценка питтинговой коррозии путем динамического анализа спекл-картины

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 8549 (2023) Цитировать эту статью

309 Доступов

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Растет интерес к неразрушающим подходам с высоким разрешением в режиме реального времени для исследования коррозии металлов. В этой статье мы предлагаем метод динамической спекл-картины как недорогой, простой в реализации и квази-на месте оптический метод для количественной оценки питтинговой коррозии. Этот тип коррозии возникает в определенной области металлической конструкции и вызывает образование дыр, приводящих к разрушению конструкции. В качестве образца используют образец нержавеющей стали Custom 450, помещенный в 3,5 мас.% раствор NaCl и приложенный к потенциалу \(350 \,\hbox {мВ}_{SCE}\) для инициирования коррозии. Пятнистые узоры, образующиеся в результате рассеяния света гелий-неонового лазера, со временем изменяются из-за коррозии образца. Анализ картины спеклов, интегрированных во времени, показывает, что скорость роста питтингов со временем уменьшается.

Процесс адсорбции ионов хлорида (\(\hbox {Cl}^-\)) может изменить ионную проводимость пассивных пленок; в результате некоторые металлы склонны к образованию ямок. В результате гидролиза внутри питтинга ионы хлорида перемещаются в питтинг для достижения электронейтральности, адсорбируются на поверхности питтинга, что приводит к распространению питтинга1. Когда коррозионная среда объединяется со средой, концентрирующей напряжения, может возникнуть коррозионное растрескивание под напряжением (SCC). Характеристика прогрессирования повреждения важна для повышения безопасности и минимизации экономических затрат системы2. Экспериментальные методы, такие как вихревой ток, электрохимические измерения3, оптическая микроскопия, сканирующая электронная микроскопия (СЭМ), рентгеновская дифракция4,5,6, атомно-силовая микроскопия (АСМ)7 и цифровая голография8, могут предоставить полезную информацию о питтинговой коррозии. Когда когерентный свет освещает необработанный образец, формируется динамический рисунок спеклов, так что любое движение внешней поверхности или внутренней структуры исследуемого образца может со временем изменить его. Статистический анализ таких спекл-паттернов дает важную информацию о динамической выборке9,10.

Растет интерес к использованию метода динамических спекл-паттернов в науках о жизни и материалах11,12,13. В нескольких приложениях этот метод использовался для мониторинга кровотока11, определения характеристик поверхности полимеров14,15, анализа семян16 и плодов17, оценки активности паразитов18, анализа костного каркаса19, исследования высыхания красок20, обнаружения дефектов подповерхностной поверхности в многослойных композитах21. Этот метод также показал многообещающие результаты в исследованиях коррозии, таких как применение электронной спекл-интерферометрии (ESPI) и цифровой спекл-корреляции (DSC) для обнаружения коррозии, точечной и щелевой коррозии22,23. Фрике-Бегеманн и др.24 исследовали изменения микротопографии металлической поверхности во время процесса коррозии, используя декорреляцию рассеянных спекл-полей. Кроме того, Андрес и др.25 изучали процессы поверхностной коррозии железа (Fe), погруженного в серную кислоту, с использованием цифровой спекл-интерферометрии (DSPI).

В этой статье мы представляем использование подхода динамической спекл-картины для количественной оценки питтинговой коррозии в металлическом образце. Чтобы доказать возможности и эффективность предлагаемого метода, проводится динамический анализ спекл-структур для мониторинга питтинговой коррозии в режиме реального времени на образце нержавеющей стали Custom 450. Важной особенностью этой работы является введение простого подхода квази-на месте для количественной оценки коррозии, который не может быть достигнут с помощью традиционных систем микроскопии.

Кусок нержавеющей стали Custom 450 был извлечен из рамной газовой турбины, установленной на приморской электростанции, а именно из ступичной части вышедшей из строя лопатки, находившейся в первой ступени лопатки компрессора. Для разрезания образца до желаемого размера (0,5\(\times 74\times\)5\(\hbox {мм}^3\) использовали проволочный электроэрозионный станок. Механические и коррозионные свойства материала образца описаны в других источниках4,26,27. Образец был механически отшлифован серией влажных наждачных бумаг из карбида кремния с зернистостью № 100, № 220, № 400, № 600, № 800, № 1000, № 2000 и № 3000. Затем его отполировали раствором оксида алюминия толщиной 2,5 мкм до зеркальной гладкости, а затем очистили спиртом.