Boundary Element Method (BEM) Analysis for Galvanic Corrosion of Hot Dip Galvanized Steel Immersed in Seawater

A numerical analysis of galvanic corrosion of hot-dip galvanized steel immersed in seawater was presented. The analysis was based on the boundary element methods (BEMs) coupled with Newton-Raphson iterative technique to treat the nonlinear boundary conditions, which were determined by the experimental polarization curves. Results showed that galvanic current density concentrates on the boundary of steel substrate and zinc coating, and the sacrificial protection of zinc coating to steel substrate results in overprotection of steel cathode. Not only oxygen reduction but also hydrogen reduction could occur as cathode reactions, which probably led up to the adsorption and absorption of hydrogen atoms. Flat galvanized steel tensile sample shows a brittle behavior similar to hydrogen embrittlement according to the SSRT (show strain rate test) in seawater.

Understanding the effects of crevice and galvanic corrosion for seawater desalination plants management

 This research revealed the differences that occur when two forms of corrosion occur simultaneously in comparison to the individual corrosions, crevice and galvanic. It was shown that two forms of corrosion can actually reduce the amount of damage caused in selected conditions.

Suitability of carbon fiber-reinforced polymers as power cable cores: Galvanic corrosion and thermal stability evaluation

The increasing demand for electrical energy and the difficulties involved in installing new transmission lines presents a global challenge. Transmission line cables need to conduct more current, which creates the problem of excessive cable sag and limits the distance between towers. Therefore, it is necessary to develop new cables that have low thermal expansion coefficients, low densities, and high resistance to mechanical stress and corrosion. Continuous fiber-reinforced polymers are now widely used in many industries, including electrical utilities, and provide properties that are superior to those of traditional ACSR (aluminum conductor steel reinforced) cables. Although composite core cables show good performance in terms of corrosion, the contact of carbon fibers with aluminum promotes galvanic corrosion, which compromises mechanical performance. In this work, three different fiber coatings were tested (phenol formaldehyde resin, epoxy-based resin, and epoxy resin with polyester braiding), with measurements of the galvanic current. The use of epoxy resin combined with polyester braiding provided the best inhibition of galvanic corrosion. Investigation of thermal stability revealed that use of phenol formaldehyde resin resulted in a higher glass transition temperature. On the other hand, a post-cure process applied to epoxy-based resin enabled it to achieve glass transition temperatures of up to 200 degrees C. (C) 2014 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Galvanic Corrosion of High-Temperature Low-Sag (HTLS) High Voltage Conductors: New Materials - New Challenges

High-Temperature Low-Sag (HTLS) high voltage overhead conductors offer higher operating temperatures, reduced resistance and less sag than conventional designs. With up to twice the current capacity for the same diameter conductor, they may help ease the power shortage in the constantly increasing electricity demand, but there might be some concerns about their corrosion resistance. These new conductors use materials relatively new to the power industry, such as advanced carbon fiber polymer matrix composites and unique metal matrix composites/nano-composites predominantly used in aerospace industries. This study has made an initial assessment of potential galvanic corrosion problems in three very different HTLS designs: ACCC (Aluminum Conductor Composite Core), ACCR (Aluminum Conductor Composite Reinforced) and ACSS (Aluminum Conductor Steel Supported). In particular the ACCC design was evaluated for its resistance to corrosion and compared to the other designs. The study concludes that all three designs can develop galvanic corrosion under certain circumstances. While the results are not sufficient to make service life predictions of any of the tested conductors, they point out the necessity of thorough corrosion testing of all new conductor designs.

Galvanic corrosion of magnesium alloy AZ91D in contact with an aluminium alloy, steel and zinc

An investigation was carried out into the galvanic corrosion of magnesium alloy AZ91D in contact with zinc, aluminium alloy A380 and 4150 steel. Specially designed test panels were used to measure galvanic currents under salt spray conditions. It was found that the distributions of the galvanic current densities on AZ91D and on the cathodes were different. An insulating spacer between the AZ91D anode and the cathodes could not eliminate galvanic corrosion. Steel was the worst cathode and aluminium the least aggressive to AZ91D. Corrosion products from the anode and cathodes appeared to be able to affect the galvanic corrosion process through an alkalisation, passivation, poisoning effect or shortcut effect. (C) 2003 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Simulation of galvanic corrosion of magnesium coupled to a steel fastener in NaCl solution

The galvanic corrosion of magnesium alloy AZ91D coupled to a steel fastener was studied using a boundary element method (BEM) model and experimental measurements. The BEM model used the measured polarization curves as boundary conditions. The experimental program involved measuring the total corrosion rate as a function of distance from the interface of the magnesium in the form of a sheet containing a mild steel circular insert (5 to 30 mm in diameter). The measured total corrosion rate was interpreted as due to galvanic corrosion plus self corrosion. For a typical case, the self corrosion was estimated typically to be similar to 230 mm/y for an area surrounding the interface and to a distance of about I cm from the interface. Scanning Kelvin Probe Force Microscopy (SKPFM) revealed microgalvanic cells with potential differences of approximately 100 mV across the AZ91D surface. These microgalvanic cells may influence the relative contributions of galvanic and self corrosion to the total corrosion of AZ91D.

Boundary element method predictions of the influence of the electrolyte on the galvanic corrosion of AZ91D coupled to steel

This research investigated the galvanic corrosion of the magnesium alloy AZ91D coupled to steel. The galvanic current distribution was measured in 5% NaCl solution, corrosive water and an auto coolant. The experimental measurements were compared with predictions from a Boundary Element Method (BEM) model. The boundary condition, required as an input into the BEM model, needs to be a polarization curve that accurately reflects the corrosion process. Provided that the polarization curve does reflect steady state, the BEM model is expected to be able to reflect steady state galvanic corrosion.

Influence of geometry on galvanic corrosion of AZ91D coupled to steel

The influence of geometric factors on the galvanic current density distribution for AZ91D coupled to steel was investigated using experimental measurements and a BEM model. The geometric factors were area ratio of anode/cathode, insulation distance between anode and cathode, depth of solution film covering the galvanic couple and the manner of interaction caused by two independent interacting galvanic couples. The galvanic current density distribution calculated from the BEM model was in good agreement with the experimental measurements. The galvanic current density distribution caused by the interaction of two independent galvanic couples can be reasonably predicted as the linear addition of the galvanic current density caused by each individual galvanic couple. (c) 2005 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Galvanic corrosion of two non noble dental alloys

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Electrochemical corrosion behavior of Mg-5Al-0.4Mn-xNd in NaCl solution

The electrochemical corrosion behavior of Mg-5Al-0.4Mn-xNd (x = 0, 1, 2 and 4 wt.%) alloys in 3.5% NaCl solution was investigated. The corrosion behavior of the alloys was assessed by open circuit potential measure, potentiodynamic polarization, and electrochemical impedance spectroscopy. The electrochemical results show the intermetallic precipitates with Nd behave as less noble cathodes in micro-galvanic corrosion and suppress the cathodic process. During corrosion, Al2O3 and Nd2O3, in proper ratio, is incorporated into the corrosion film, and enhances the corrosion resistance.

Diamond microelectrodes for corrosion studies

Este trabalho teve como objetivos a produção, caracterização e aplicação de microelétrodos (MEs) de diamante como sensores amperométricos e potenciométricos em sistemas de corrosão nos quais a agressividade do meio e a presença de produtos de corrosão, constituem obstáculos que podem diminuir o desempenho, ou inviabilizar a utilização, de outros tipos de sensores. Os microeléctrodos são baseados em filmes finos de diamante dopado com boro (BDD – Boron Doped Diamond) depositados sobre fios de tungsténio afiados, através do método de deposição química a partir da fase vapor, assistida por filamento quente (HFCVD – Hot Filament Chemical Vapor Deposition). A otimização das diversas etapas de fabricação dos MEs deu origem ao desenvolvimento de um novo sistema de afiamento eletroquímico para obtenção destes fios e a várias opções para a obtenção dos filmes de diamante condutor e seu isolamento com resinas para exposição apenas da ponta cilíndrica. A qualidade cristalina dos filmes de diamante foi avaliada por espectroscopia de Raman. Esta informação foi complementada com uma caracterização microestrutural dos filmes de diamante por microscopia eletrónica de varrimento (SEM), em que se fez a identificação da tipologia dos cristais como pertencendo às gamas de diamante nanocristalino ou microcristalino. Os filmes de BDD foram utilizados na sua forma não modificada, com terminações em hidrogénio e também com modificação da superfície através de tratamentos de plasma RF de CF4 e O2 indutores de terminações C-F no primeiro caso e de grupos C=O, C-O-C e C-OH no segundo, tal como determinado por XPS. A caracterização eletroquímica dos MEs não modificados revelou uma resposta voltamétrica com elevada razão sinal/ruído e baixa corrente capacitiva, numa gama de polarização quasi-ideal com extensão de 3 V a 4 V, dependente dos parâmetros de crescimento e pós-tratamentos de superfície. Estudou-se a reversibilidade de algumas reações heterogéneas com os pares redox Fe(CN)6 3-/4- e FcOH0/+ e verificou-se que a constante cinética, k0, é mais elevada em elétrodos com terminações em hidrogénio, nos quais não se procedeu a qualquer modificação da superfície. Estes MEs não modificados foram também testados na deteção de Zn2+ onde se observou, por voltametria cíclica, que a detecção da redução deste ião é linear numa escala log-log na gama de 10-5-10-2 M em 5 mM NaCl. Realizaram-se também estudos em sistemas de corrosão modelares, em que os microeléctrodos foram usados como sensores amperométricos para mapear a distribuição de oxigénio e Zn2+ sobre um par galvânico Zn-Fe, com recurso a um sistema SVET (Scanning Vibrating Electrode Technique). Foi possível detetar, com resolução lateral de 100 μm, um decréscimo da concentração de O2 junto a ambos os metais e produção de catiões de zinco no ânodo. Contudo verificou-se uma significativa deposição de zinco metálico na superfície dos ME utilizados. Os MEs com superfície modificada por plasma de CF4 foram testados como sensores de oxigénio dissolvido. A calibração dos microeléctrodos foi efetuada simultaneamente por voltametria cíclica e medição óptica através de um sensor de oxigénio comercial. Determinou-se uma sensibilidade de ~0.1422 nA/μM, com um limite de deteção de 0.63 μM. Os MEs modificados com CF4 foram também testados como sensores amperométricos com os quais se observou sensibilidade ao oxigénio dissolvido em solução, tendo sido igualmente utilizados durante a corrosão galvânica de pares Zn-Fe. Em alguns casos foi conseguida sensibilidade ao ião Zn2+ sem que o efeito da contaminação superficial com zinco metálico se fizesse sentir. Os microeléctrodos tratados em plasma de CF4 permitem uma boa deteção da distribuição de oxigénio, exibindo uma resposta mais rápida que os não tratados além de maior estabilidade de medição e durabilidade. Nos MEs em que a superfície foi modificada com plasma de O2 foi possível detetar, por cronopotenciometria a corrente nula, uma sensibilidade ao pH de ~51 mV/pH numa gama de pH 2 a pH 12. Este comportamento foi associado à contribuição determinante de grupos C-O e C=O, observados por XPS com uma razão O/C de 0,16. Estes MEs foram igualmente testados durante a corrosão galvânica do par Zn-Fe onde foi possível mapear a distribuição de pH associada ao desenvolvimento de regiões alcalinas causadas pela redução do oxigénio, acima da região catódica, e de regiões ácidas decorrentes da dissolução anódica do ânodo de zinco. Com o par galvânico imerso em 50 mM NaCl registou-se uma variação de pH aproximadamente entre 4,8 acima do ânodo de zinco a 9,3 sobre o cátodo de ferro. A utilização pioneira destes MEs como sensores de pH é uma alternativa promissora aos elétrodos baseados em membranas seletivas.