DE1521696A1

DE1521696A1 - Process for the protection against corrosion of metals and semiconductors arranged in a flowing fluid, which contains electrically charged particles

Info

Publication number: DE1521696A1
Application number: DE19641521696
Authority: DE
Inventors: James Clark
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1963-07-05
Filing date: 1964-06-24
Publication date: 1970-02-05
Also published as: DE1521696B2

Description

Verfahren zum Schutz gegen Korrosion von, in einern fliessenden Fluidum angeordneten, len und Halbleitern, (las elektrisch geladene Par. tikeln enthält. Die Erfindung bezieht sieh auf ein Verfahren zum Schutz gegen Korrosion von, in einihe fliessenden Fluidum angeordneten lletallen und Halbleitern, das elektrisch geladene Partikeln enthält. Dieses Verfahren kann mit vorteil zum Schutze von Materialen angewendet werden, die Brenngasen hoher Temperatur, z. B. in Gasturbinen order Raketen, ausgesetzt sind. Es kann ferner überall dort verwendet werden, wo ein kristallinischer nichtkristallinischer Aufbau den Molekülen, den Atomen, den Ionen oder den Elektronen eines Fliessenden Fluidums ausgeset2t ist.Method for the protection against corrosion of, in a flowing fluid, arranged in a flowing fluid, oils and semiconductors, (which contains electrically charged particles This method can be used with advantage to protect materials exposed to high temperature fuel gases, e.g. in gas turbines or rockets, and wherever a crystalline non-crystalline structure is exposed to the molecules, atoms, ions or electrons of a flowing fluid.

Man war früher der Ansieht, dass die z. B. durch Abgase hoher Temperaturen verursachte Korrosion, den Temperaturunterschieden und den, durch das Abfliessen der Gase verursachten mechanischen Kräften, zuzuschreiben ist.It used to be the opinion that the z. B. by high temperature exhaust gases caused corrosion, the temperature differences and that caused by the runoff mechanical forces caused by the gases.

In der nachstehenden Beschreibung wird man eine kristallinische Struktur betrachten, die in einem fliessenden Fluidum liegt. Man wird sehen, dass die Moleküle, Atome, Ionen und Elektronen in diesem Fluidum wesentlich sind für die Korrosion der genannten Struktur. Man hat erkannt, dass eine turbulente Strömung in den Gebieten der Stosswellen und der Wirbel kleine Zonen erzeugt, die kurzzeitig im thermischen Ungleichgewicht sind. Dadurch entstehen Zunahmen der lokalen lonisation und eine Beschleunigung der elektrisch geladenen Partikeln. I#etztere erzeugt eine lokale elektroniagnetische Strahlung, die init Hilfe der Lienard-Wiecherttscheri Gleichungen bestinmit werden kann. Prallen diese beschleunigten Partikeln auf eine kristallinische Struktur oderauf einen geladenen Körper, so entsteht eine nellu Strahlung, die sog. Brenisstrahlung. Diese elektroniagnetischen Strahlungen, sowie die unitlittulbarte Reaktion der Partikeln, verursachen eine Dagradation der kristallinischen Struktur$ eben die Korrosion.In the following description one will consider a crystalline structure that resides in a flowing fluid. It will be seen that the molecules, atoms, ions and electrons in this fluid are essential for the corrosion of the structure mentioned. It has been recognized that a turbulent flow in the areas of shock waves and eddies creates small zones that are briefly in thermal imbalance. This results in increases in local ionization and an acceleration of the electrically charged particles. The latter generates a local electron-diagnostic radiation that can be determined with the help of the Lienard-Wiecherttscheri equations. If these accelerated particles collide with a crystalline structure or a charged body, a nellu radiation is created, the so-called Brenis radiation. These electroniagnetic radiations, as well as the unitary reaction of the particles, cause a dagradation of the crystalline structure - precisely the corrosion.

Ausser den bekannten elektroniagnetischen Reaktionen, entstehen beini Auf prall der Partikeln noch folgende Phänomen(-: Wenn solche Partikeln auf eine kristallinische Struktur aufprallen, so werden sie stark gebrenist, so dass ihre E*nergie auf die Oberfläche (lei- Struktur Übertragen wird. Diese Aufprallenergie liebt lokale Zonen der Oberfläche auf eine höhere Energiestufe, Dies begünstigt die elektroniagnetische Reaktion.In addition to the well-known electroniagnetic reactions, beini arise On impact of the particles the following phenomenon (-: If such particles hit a Crystalline structure, so they are severely burned, so that their Energy is transferred to the surface (lei- structure. This impact energy loves local zones of the surface at a higher energy level, this favors the electronic magnetic reaction.

b) Der direkte Aufprall der Partikeln init der kristallinischen Struktur verursacht eine Reduktion des Trennabstandes, der Meiner als 3 - 4 X wird'. Die interniolekülaren Anziehungskräfte werden dadurch grösser, als die von der Wallistschen Abstosskraft, wodurch die elektrochemischen Reaktionen und somit die Korrosion begünstigt werden. b) The direct impact of the particles with the crystalline structure causes a reduction in the separation distance, which is less than 3 - 4 X '. The internolecular forces of attraction are thereby greater than those of Wallist's repulsive force, whereby the electrochemical reactions and thus the corrosion are favored.

e) 'Mindestens zwei Zonen oder frei Radikale können sich auf der Oberfläche der krista.Ilinischen Struktur mit dieser vereinigen. Diese Oberfläche erreicht dann eine grössere Engeriehöhe, was ihre Korrosion begünstigt.e) 'At least two zones or free radicals can be on the surface unite the crystalline structure with this. Reached this surface then a greater amount of energy, which favors their corrosion.

Wenn eine Partikel auf eine kristallinische aufprallt, so befreit die übertragene Energie einige Valenzelektronen der Oberfläche, die sich dann mit den aufprallenden Partikeln vereinigen. Die rasch variierende Bremsstrahlung befreit ebenfalls Valenzelektronen, die sieh mit den aufprallenden Partikeln vereinigen.When a particle on a crystalline impacts, the transferred energy frees some valence electrons from the surface, which then combine with the impacting particles. The rapidly varying bremsstrahlung also releases valence electrons, which combine with the impacting particles.

Liegt der Körper in einem fliessenden Fluidum, so kann eine lokale Ionisation der Oberfläche durch Aufprall von Photonen auf diese Oberfläche entstehen. Ferner können diese Photonen unmittelbar auf die Netzstruktur wirken. In beiden Fällen entsteht Korrosion. Es ist der wohlbekannte Comptontsche Effekt. Allerdings verursachen die l'hotonen auf Meereshöhe keine Korrosion auf die meisten Materialen. Wenn aber die Energie der Photonen gross ist, wie z. 13. bei Abgasen oder ini Weltraum, so kann diese Korrosionsursache wichtig werden.If the body lies in a flowing fluid, a local ionization of the surface can result from the impact of photons on this surface. Furthermore, these photons can act directly on the network structure. In both cases there is corrosion. It is the well-known Compton effect. However, the photons at sea level do not cause corrosion on most materials. But if the energy of the photons is large, such as 13. In the case of exhaust gases or in space, this cause of corrosion can become important.

Um einen wirksamen Selititz der Oberfläche gegen Korrosion zu erreichen, müssen zuitiC-iclist zwei Fragen beantwortet werden können: 1 Welelie T>artikeln ini Fluidum verursachen eine Korrosion (Moleküle, Atoine, Ionen, Elektronen) 2) Wenn die Korrosion durcli elektrisch geladene Partikeln des Fluidums #-erursaclit wird, so soll nian ermitteln können, wie diese Korrosion auf ein Minimum reduziert werden kann. Man kann die Oberfläche inittels Ladungen gleicher Polarität wie die anfallenden Partikeln schützen, so dass diese Partikeln abgestossen werden. Mann kann auch die anfallenden Partikeln dadurch neutralisieren, dass ein Potential umgekelirter Polarität an der Oberfläche angelegt wird.In order to achieve an effective protection of the surface against corrosion, two questions must be answered: 1 Welelie T> articles in the fluid cause corrosion (molecules, atoms, ions, electrons) 2) If the corrosion is caused by electrically charged particles of the fluid Fluidums # -erursaclit is supposed to be able to determine how this corrosion can be reduced to a minimum. The surface can be protected by means of charges of the same polarity as the resulting particles, so that these particles are repelled. One can also neutralize the accumulating particles by applying a potential of reversed polarity to the surface.

Diese Fragen können durch analytische Untersuchungen und durch Versuche beantwortet werden. In -gewissen Abgasen befinde)Isich Radikale kurzer Lebensdauer. Man niuss demnach durch entsrpechendes Studium des Problenis das geeignet(, Verfahren ermitteln.These questions can be answered through analytical research and through experimentation get answered. Certain exhaust gases contain short-lived radicals. Accordingly, one must find the appropriate method by studying the problem accordingly determine.

Das erfindungsgeintisse Verfahren bringt eine solche Lösung. Es ist dadurch gekennzeichnet, dass nian auf der zu schützenden Fläche ein elektrisches Feld erzeugt, das den Durchgang dieser Partikeln bis zu dieser Fläche oder ihre Vereinigung mit dieser Fläche verhindert.The method according to the invention brings such a solution. It is characterized in that nian on the surface to be protected is an electrical Generates a field that allows the passage of these particles up to this surface or theirs Prevents union with this face.

Dieses Verfahren wird nachstehend an Hand von Beispielen näher erläutert. In der beiliegenden Zeichnung zeigen: Fig. 1 die Anordnung einen Körpers in einem Fluidum, Fig. 2 die Wirkung eines heissen Gases auf den Körper, Fig. 3a-3e ein PN-Uebergang mit verschiedenen Polarisationen, Fig. 4 eine andere Variante des Verfahrens, Fig. 5 einen PN-P-Verstärker, und Fig. 6 eine dritte Variante des Verfahrens. In F ig. 1 bezeichnet 1 ein Rohr, in dessen Innerem ein Körper 2 mit aerodynamischem Prof il auf einer Stütze 5 angeordnet ist. Im Rohr 1 fliesst ein Fluidum in Richtung düs Pfeiles. Der vordere Teil 3 des Körpers 2, der mittels einer Platte 4 vom Rest dieses Körpers isoliert ist, soll gegen Korrosion geschützt werden. Im Rohr 1 ist eine ringförmige Elektrode 6 angerodilet, die durch einen Isolierring 7 von der Rohrwand, isoliert ist.This process is explained in more detail below using examples. The accompanying drawings show: FIG. 1 the arrangement of a body in a fluid, FIG. 2 the effect of a hot gas on the body, FIGS. 3a-3e a PN junction with different polarizations, FIG. 4 another variant of the method , FIG. 5 shows a PN-P amplifier, and FIG. 6 shows a third variant of the method. In Fig. 1 denotes 1 a tube, inside which a body 2 with an aerodynamic profile is arranged on a support 5. A fluid flows in the pipe 1 in the direction of the arrow. The front part 3 of the body 2, which is isolated from the rest of this body by means of a plate 4, is intended to be protected against corrosion. A ring-shaped electrode 6 is angerodilet in the tube 1 and is insulated from the tube wall by an insulating ring 7.

Die Elektrode 6 und der sind all einer variablen Hochspannungsquelle 8 angeschlossen. Der Gradient des entstehenden Feldes ist mit 9 bezeichnet. Die Eigenschaften der im Fluidum beschleunigten, galadenen Partikeln und diejenigen des Feldes erlauben eine gute Steuerung der Bewegung der Partikeln züi erzielen.The electrode 6 and the are all connected to a variable high voltage source 8 . The gradient of the resulting field is denoted by 9. The properties of the galadened particles accelerated in the fluid and those of the field allow good control of the movement of the particles to be achieved.

Die Form und die Grösse des Gradientes des elektrischen Feldes hängen von der Form und der Anordnung der Elektrode 6, sowie von der Intensität des elektrischen Feldes ab.The shape and the size of the gradient of the electric field depend on the shape and the arrangement of the electrode 6, as well as on the intensity of the electric field.

In Fig. 2 bezeichnet 11 eiji Rohr, in welchem eine mit Frischluft beschickte Brennkammer 12 angerodnet ist. Die, aus dieser Brennkammer 12 austre. tenden " Gase unter hoher Temperatur enthalten elektrische geladene Partikeln (Atoniradikale, Ionen, Elektronen), die auf den Körper 13 prallen. Mit Hilfe eines Voltmeters mit hohem Eingangswiderstand, kann man das Potential zwischen der Rohrwand 11 und dem Körper 13 messen.In FIG. 2, 11 denotes a tube in which a combustion chamber 12 charged with fresh air is arranged. The ausre from this combustion chamber 12. "Tending" gases at high temperatures contain electrically charged particles (atonic radicals, ions, electrons) that collide with the body 13. The potential between the pipe wall 11 and the body 13 can be measured using a voltmeter with a high input resistance.

Wenn sich also ein Körper in einem f liessenden, elektrische Ladungen ent# haltenden Fluidum befindet, so entstellt ein Strom zwischen und der Wand des Rohres, in welchem des Fluidum fliesst. Die Richtung dieses Stromes hängt von der Polarität der- überschüssigen elektrischen Ladungen ab. A In Fig. 3a istän PN-Uebergang zwischen zwei Halbleiterschichten abgebildet, die eine vom P# Typ, d. h. mit sog. Löchern, die andere vorn 14.- Typ mit überschüssigen Elektronen. Wenn dieser Uebergang, wie in Fig. 3b dargestellt, in direktem Sinne polarisiert ist, so fliesst ein Strom Über den Uebergang. Umgekehrt, wenn die Polarisation wie in Fig. 3c erfolgt, so fliesst praktisch kein Strom durch den Uebergang. Diese bekannten Ei. genschaften können zur Steuerung des Stromes zwischen dem Körper 13 und dem Rohr 11 verwendet werden. Wenn das Fluidum überschüssige Elektronen enthält, so wird die zu schützende Oberfläche 20 (Fig. 4) mit einer Schicht aus einem Halbleiter von Typ N überdeckt. Diese Schicht wird dann init einer Schicht aus einem Halbleiter von Typ P überdeckt. Wenn die lClektronen diese letztere erreichen und probieren durch die erste Schicht züi dringen, so ist die Polarisation umgekehrt, so dass ihr Widerstand hoch ist und die können die Fläche 20 nicht Die Höhe dieses Widerstandes kann durch Anlegan einer Spannung zwischen den beiden Schichten X und 1-1 gesteuert werden.Thus, when a body in a left end f, electric charges # ent retaining fluid is, a current between disfigured and the wall of the tube in which the fluid flows. The direction of this current depends on the polarity of the excess electrical charges. A FIG. 3a shows a PN junction between two semiconductor layers, one of the P # type, i.e. one of the P # type. H. with so-called holes, the other of the 14th type with excess electrons. If this transition, as shown in Fig. 3b, is polarized in the direct sense, a current flows through the transition. Conversely, if the polarization takes place as in FIG. 3c, practically no current flows through the junction. This well-known egg. Properties can be used to control the flow between the body 13 and the tube 11 . If the fluid contains excess electrons, the surface 20 to be protected (FIG. 4) is covered with a layer of an N-type semiconductor. This layer is then covered with a layer of a type P semiconductor. When the electrons reach the latter and try to penetrate through the first layer, the polarization is reversed so that their resistance is high and the surface 20 cannot The level of this resistance can be controlled by applying a voltage between the two layers X and 1-1.

Wenn die überschüssigen elektrischen Ladungen negativ sind, so wird die zu schützende Fläche mit einer P-Schieht versehen, tuf welche eine N-Schicht gelegt wird, worauf die Anschlüsse mit der Quelle '217 umgekehrt werden.If the excess electrical charges are negative, so will the surface to be protected is provided with a P-layer, which an N-layer whereupon the connections to the source '217 are reversed.

Man könnte ebenfalls die zu schützende V'läche mit drei alternierten Schichten PNP versehen. Man betrachte zunächst (las Schema der Fig. 5, in welchem ein Verstärkerkreis dargestellt ist, in welchem die Basis ini direkten Sinne polarisiert ist. Wenn die Polarität der Basis mit Bezug auf den Sender umgekehrt wird, so kann der in Richtwig des Kollektors nicht mehr fliessen. Dies wird in der Ausführungsforni nach Fig. 6 angewendet. Die zu schützende Fläche 20 wird mit drei Schichten P,.NL, P überdeckt. Die oberste Schicht P stellt den Kollektor dar und die Schicht N die Basis. Zwischen diese beiden Schichten ist ein Widerstand 23 geschaltet. Dieser Widerstand 23 verhindert, dass die Ladungen auf den Kollektor gelangen und verhindert ferner, dass die Polarität zwischen Sender und Basis neutralisiert wird. Wenn die Ladungen im Fluidum positiv sind, wird diese Anordnung durch eine NPN-Anordnung ersetzt.The surface to be protected could also be provided with three alternate layers of PNP. First consider (read the scheme of FIG. 5, which shows an amplifier circuit in which the base is polarized in the direct sense. If the polarity of the base is reversed with respect to the transmitter, then the no longer flow in the direction of the collector. This is applied in the Ausführungsforni according to Fig. 6. The surface to be protected 20 is covered with three layers P, .NL, P. The top layer P represents the collector and the layer N the base. A resistor 23 is connected between these two layers. This resistor 23 prevents the charges from reaching the collector and also prevents the polarity between the transmitter and the base from being neutralized. If the charges in the fluid are positive, this arrangement is replaced by an NPN arrangement.

Claims

PATENT CLAIM 111-. 1) Process for protection against corrosion of metals and semiconductors arranged in a measuring fluid, which contains electrically charged particles, thereby marked, an electric field is generated on the surface to be covered, (which prevented the passage of these 11th objects to this surface or their union with this surface.

2) The method according to claim 1, dadurcli gekerinzelclinet that nian puts on the surface to be protected electrical charges which repel the electrically charged particles. 3) Method according to Anspueli 1, dadurell marked (Iinet that nian peeps in at the area to be protected elec-triselie charges which attract the elec-tris (! Li charged particles. 4) Method according to claim 1, daduell marked that between the züi selietztt- »ii (leri surface and one, in AI) this surface (; arranged electrode applies a voltage, so that the gradient of the resulting field is oriented in such a way that the electrics are charged of the mentioned area. 5) Method according to claim 1, characterized in that the surface to be protected is provided with a layer of a semiconductor, that this layer is provided with a layer of a semiconductor of the opposite type and that these layers are polarized in opposite directions. 6) Method according to claim 1, characterized in that the surface to be protected is provided with three superimposed semiconductor layers, the outer layers being of the same type and the middle being of the opposite type , and that the second and third layers are connected via a resistor and that the first and second layers are reversely polarized. 7) Method according to claim 1, characterized in that donors or receivers are induced in the natural oxide layer of a crystalline structure.