Use of CER technique on oxidation and reduction of stainless steels

Abstract

Työssä tutkittiin uuden CER -menetelmän (Contact Electric Resistance) soveltuvuutta mitata austeniittisten ruostumattomien terästen hapettumis- ja pelkistymisreaktioita. Kirjallisuusosassa selvitettiin ruostumattomien terästen oksidikalvon rakennetta, oksidikalvon muodostumisen kinetiikkaa ja termodynamiikkaa sekä terästen seosaineiden vaikutusta oksidikalvon muodostumiseen. CER -menetelmästä esitettiin teoreettinen ja toiminnallinen perusta sekä menetelmän soveltuvuus sähkökemiallisiin mittauksiin. Lisäksi esitettiin perinteisten pinta-analyysimenetelmien teoreettiset perusteet sekä oksidikalvojen tutkimisen sovelluskohteet. Kirjallisuusosan lopussa verrattiin uutta CER -menetelmää perinteisiin menetelmiin.

Kokeellisessa osassa tutkittiin ruostumattomien terästen AISI 304, AISI 316L, Polarit 725 ja Polarit 750 passivoitumista ilmassa, vesijohtovedessä, NaCl-liuoksissa sekä typpihapossa lämpötiloissa 23 °C ja 60 °C.

CER -menetelmällä voidaan mitata ruostumattomien terästen passivoitumisnopeutta in situ -mittauksena. Tämä kävi selvästi ilmi menetelmän kyvystä erotella lämpötilan ja liuoksen koostumuksen vaikutukset passivoitumisnopeudessa. Katodista pelkistymisnopeutta ei ruostumattomille teräksille voida mitata, koska voimakas polarisointi häiritsee mittausta. Esteitä kemiallisen pelkistymisnopeuden mittaamiselle ei havaittu. Passiivikalvojen paksuuksia voidaan varovaisesti vertailla CER-menetelmällä.

Lämpötilan nouseminen kiihdyttää terästen passivoitumisnopeutta. Myös liuoksen koostumus vaikutti passivoitumisnopeuteen. Kloridipitoisuuden nousu kiihdytti Polarit 725:n ja hidasti Polarit 750:n passivoitumisnopeutta. Passiivikalvon paksuudessa havaittiin muutoksia terästyypin, liuoksen koostumuksen ja lämpötilan vaihdellessa. Typpihapon lämpötilan nousun havaittiin lisäävän terästen passivoitumisnopeutta merkittävästi. Teräkset passivoituivat parhaiten 10 - 20 % typpihapossa lämpötilassa 60 °C.10-40 % typpihapossa lämpötilassa 23 °C teräkset eivät passivoituneet tyydyttävästi. Muissa tutkituissa liuoksissa kalvon paksuus kasvoi ja kalvon rakenne muodostui huonommaksi kuin typpihapossa.