Published December 2, 2015 | Version v1
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Sessile droplets of salt solutions on inert and metallic surfaces: Influence of salt concentration gradients on evaporation and corrosion behaviour

Description

In this thesis we investigate the evaporation behaviour of sessile droplets of aqueous saline solutions on planar inert and metallic surfaces and characterise the corrosion phenomenon for iron surfaces. First we study the evaporation behaviour of sessile salty droplets on inert surfaces for a wide range of salt concentrations, relative humidities, droplet sizes and contact angles. Our study reveals the range of validity of the well-accepted diffusion-controlled evaporation model and highlights the impact of salt concentration (surface tension) gradients driven Marangoni flows on the evaporation behaviour and the subsequent salty deposit patterns. Furthermore we study the spatial temporal evolution of sessile droplets from saline solutions on metallic surfaces. In contrast to the simple, generally accepted Evans droplet model, we show that the corrosion spreads ahead of the macroscopic contact line with a peripheral film. The three-phase contact line is destabilized by surface tension gradients induced by ionic composition changes during the course of the corrosion process and migration of cations towards the droplet perimeter. Finally we investigate the corrosion behaviour under drying salty sessile droplets on metallic surfaces. The corrosion process, in particular the location of anodic and cathodic activities over the footprint droplet area is correlated to the spatial distribution of the salt inside the drying droplet. (author)

Abstract (French)

Dans cette these, la dynamique d'evaporation de gouttes sessiles de solutions salines sur des surfaces planes inertes et metalliques a ete etudiee et le phenomene de corrosion pour les surfaces ferriques caracterise. En premier lieu, nous nous sommes interesses a la dynamique d'evaporation de gouttes sessiles salees sur des surfaces inertes pour une large gamme de concentrations en sel, d'humidite relatives, de tailles de goutte et d'angles de contact. Notre etude revele les domaines de validite du modele classique d'evaporation, processus controle par la diffusion de la vapeur dans l'air et met en evidence l'impact de flux (de Marangoni) induits par des gradients de concentration (tension de surface) en sel sur la dynamique d'evaporation et les depots salins obtenus apres evaporation de la goutte. De plus, nous nous sommes consacres a l'evolution spatio-temporelle de gouttes sessiles de solutions salines sur des surfaces metalliques. Contrairement au modele simplifie de la goutte d'Evans, nous avons montre que le processus de corrosion s'etend aux abords de la ligne de contact, avec la formation d'un film peripherique. La ligne triple est destabilisee par des gradients de tension de surface induits par des variations de composition ionique au cours du processus de corrosion et la migration des cations vers la peripherie de la goutte. Enfin nous avons etudie le phenomene de corrosion du metal induit par l'evaporation de gouttes sessiles salees. Le processus de corrosion, en particulier la localisation des reactions anodiques et cathodiques sur la surface metallique en contact avec la goutte est correlee a la distribution spatiale du sel au sein de la goutte s'evaporant

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Original title (English)
Gouttes sessiles de solutions salines sur des surfaces inertes et metalliques: Influence des gradients de concentration en sel sur la dynamique d'evaporation et le processus de corrosion

Publishing Information

Imprint Pagination
166 p.
Report number
FRCEA-TH--12318

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