خوردگی فلز

هنگامی که ماده فلزی با محیط اطراف در تماس است، این ماده به دلیل عمل شیمیایی یا الکتروشیمیایی نابود می شود. خوردگی فلز یک فرآیند خود به خود ترمودینامیک است،تبدیل یک فلز در حالت انرژی بالا به یک ترکیب فلزی در حالت انرژی پاییناز جمله، پدیده خوردگی در صنایع نفتی و پتروشیمی پیچیده تر است، از جمله خوردگی الکتروشیمی آب شور، H₂S و CO₂.
ماهیت بیشتر فرآیندهای خوردگی الکتروشیمیایی است. خواص الکتریکی رابط محلول فلز / الکترولیت (طبقه دوگانه الکتریکی) در مطالعات مکانیسم خوردگی به طور گسترده ای استفاده می شود.,اندازه گیری خوردگی و نظارت بر خوردگی صنعتی. روش های الکتروشیمی که معمولاً در تحقیقات خوردگی فلز استفاده می شود عبارتند از: پتانسیل مدار باز (OCP) ، منحنی قطبی (گراف Tafel) ،طیف سنجی مقاومت الکتروشیمی (EIS).

1تکنیک های مطالعه خوردگی

1.1OCP

در یک الکترود فلزی جدا شده، یک واکنش آنود و یک واکنش کاتود در همان سرعت در همان زمان انجام می شود، که به عنوان اتصال واکنش الکترود نامیده می شود.واکنش جفت گیری متقابل به نام واکنش جفتگیری نامیده می شود، و کل سیستم به نام سیستم کنژوگیت نامیده می شود. در سیستم کنژوگیت، دو واکنش الکترود با یکدیگر ارتباط برقرار می کنند، و هنگامی که پتانسیل های الکترود برابر هستند،پتانسیل الکترود با گذشت زمان تغییر نمی کنداین حالت به عنوان “وضعیت پایدار” نامیده می شود و پتانسیل مربوطه به عنوان “پتانسیل پایدار” نامیده می شود. در سیستم خوردگی، این پتانسیل همچنین به عنوان “خودپتانسیل خوردگی E” نامیده می شود._کرلیا پتانسیل مدار باز (OCP) ، و تراکم جریان مربوطه را تراکم جریان خوردگی خود می نامیم_کرلبه طور کلی، هرچه پتانسیل مدار باز مثبت تر باشد، از دست دادن الکترون ها و خوردگی آن دشوارتر است، که نشان می دهد مقاومت مواد در برابر خوردگی بهتر است.
CS پتانسیوستات / galvanostat ایستگاه کار الکتروشیمیایی می تواند برای نظارت بر پتانسیل الکترود در زمان واقعی از مواد فلزی در سیستم برای یک زمان طولانی استفاده شود.,پتانسیل مدار باز ماده را می توان بدست آورد.

1.2 منحنی قطبی شدن (گراف تابل)

به طور کلی، پدیده ای که پتانسیل الکترود در هنگام عبور یک جریان از پتانسیل تعادل منحرف می شود ، "قطبی شدن" نامیده می شود. در سیستم الکتروشیمی ،وقتی که قطبی شدن رخ می دهد، تغییر منفی پتانسیل الکترود از پتانسیل تعادل به نام قطبی شدن کاتودیک نامیده می شود.و جابجایی مثبت پتانسیل الکترود از پتانسیل تعادل است که به آن Polarization anodic نامیده می شود.
برای بیان عملکرد قطبی شدن یک فرآیند الکترود به طور کامل و بصری،لازم است که به طور تجربی پتانسیل بیش از حد یا پتانسیل الکترود را به عنوان تابع چگالی جریان تعیین کنیم.، که به آن منحنی قطبی شدن می گویند.
"ای"_کرلاز مواد فلزی می تواند بر اساس معادله Stern-Geary محاسبه شود.

B ضریب Stern-Geary مواد است، R_pمقاومت قطبی شدن فلز است.

اصل به دست آوردن i_کرلاز طریق روش استراپولاسیون Tafel
نرم افزار استودیوی CS Corrtest می تواند به طور خودکار متناسب با منحنی قطبی شدن را انجام دهد._aو ب_cقابل محاسبه است.i_کرلبر اساس قانون فارادی و در ترکیب با معادل الکتروشیمی مواد، ما می توانیم آن را به سرعت خوردگی فلز (mm / a) تبدیل کنیم.

1.3 EIS

تکنولوژی مقاومت الکتروشیمیایی، که به عنوان مقاومت AC نیز شناخته می شود، measures the change of voltage (or current) of an electrochemical system as a function of time by controlling the current (or voltage) of the electrochemical system as a function of sinusoidal variation over timeمقاومت سیستم الکتروشیمیایی اندازه گیری می شود و سپس مکانیسم واکنش سیستم (مدیوم/پوشش فیلم/فلز) مورد مطالعه قرار می گیرد.و پارامترهای الکتروشیمی سیستم اندازه گیری مجهز به آن تجزیه و تحلیل می شوند..
طیف مقاومت یک منحنی است که از داده های مقاومت اندازه گیری شده توسط یک مدار آزمایش در فرکانس های مختلف کشیده شده است.و طیف مقاومت فرآیند الکترود به عنوان طیف مقاومت الکتروشیمی نامیده می شودانواع زیادی از طیف EIS وجود دارد، اما رایج ترین آنها نمودار Nyquist و نمودار Bode هستند.

2مثال آزمايش

به عنوان مثال یک مقاله منتشر شده توسط یک کاربر با استفاده از ایستگاه کار الکتروشیمیایی CS350 به عنوان مثال، یک معرفی دقیق به روش سیستم اندازه گیری خوردگی فلز معرفی می شود.
کاربر مقاومت خوردگی استنت آلیاژ Ti-6Al-4V را که با روش جعل معمولی تهیه شده است مطالعه کرد ((نمونه # 1) ،روش ذوب لیزر انتخابی ((نمونه #2) و روش ذوب پرتو الکترون ((نمونه #3)استنت برای کاشت انسان استفاده می شود، بنابراین محیط خوردگی مایع بدن شبیه سازی شده (SBF) است. دمای سیستم آزمایشی نیز باید در 37 °C کنترل شود.

ابزار:CS350 پتانسیوستات/گالوانوستات
دستگاه آزمایشی:CS936 سلول خوردگی مسطح، فر خشک کن در دمای ثابت
داروهای آزمایشی:اسیتون، SBF، رزین اپوکسی برای سفت کردن دمای اتاق
محیط آزمایشی:
مایع بدن شبیه سازی شده (SBF):NaCl-8.01KCl-04، CaCl₂-0.14،NaHCO₃-0.35ک.ه.₂دفتر کار₄-0.06گلوکز صفر34، واحد: g/L
نمونه ((WE)
استنت Ti-6Al-4V آلیاژ 20×20×2 میلی متر
سطح کار در معرض 10 × 10 میلی متر است
ناحیه غیر آزمایش شده با رزین اپوکسی مقاوم در دمای اتاق پوشانده/سطح شده است.
الکترود مرجع ((RE):الکترود کالومل اشباع شده
الکترود ضد ((CE):CS910 الکترود رسانایی Pt

2.1 مراحل آزمایش و تنظیم پارامترها

2.1.1 OCP
قبل از آزمایش، الکترود کاری باید از ضخیم تا ظریف (360 میش، 600 میش، 800 میش، 1000 میش، 2000 میش به ترتیب) تا سطح صاف باشد.آن را با آب تقطیر شده بشویید و سپس آن را با استفاده از اسیتون از چربی پاک کنید، آن را در فر خشک کن با دمای ثابت قرار دهید و در 37°C خشک کنید تا مورد استفاده قرار گیرد.
نمونه را روی سلول خوردگی جمع کنید، مایع بدن شبیه سازی شده را به سلول خوردگی وارد کنید.و الکترود اشباع شده کالومل (SCE) را با یک پل نمک به سلول خوردگی صاف وارد کنیداطمینان حاصل کنید که نوک موی Luggin به سمت راست روی سطح الکترود کار می کند. دمای 37 °C توسط گردش آب کنترل می شود.

الکترودها رو با پتانتيوستات با کابل سلول وصل کنيد.
آزمایش→قطبی شدن پایدار→OCP

شما باید یک نام فایل را برای داده ها وارد کنید، زمان کل آزمایش را تنظیم کنید و آزمایش را شروع کنید. OCP مواد فلزی در محلول به آرامی تغییر می کند،و مدت زمان نسبتا طولانی طول می کشد تا ثابت بماندپس پیشنهاد می کنیم که زمان کمتر از 3000s نباشد.

2.1.2 منحنی قطبی شدن

آزمایش→قطبی شدن پایدار→پوتانسی دینامیک

پتانسیل اولیه، پتانسیل نهایی و سرعت اسکن را تنظیم کنید، حالت خروجی پتانسیل را به عنوان OCP انتخاب کنید.
استفاده می تواند برای انتخاب قله E # 1 و قله E # 2 بررسی شود. اگر بررسی نشود ، اسکن از پتانسیل مربوطه عبور نخواهد کرد.
تا 4 نقطه تنظیم پتانسیل قطبی مستقل وجود دارد. اسکن از پتانسیل اولیه ، به vertex E # 1 و vertex E # 2 و در نهایت به پتانسیل نهایی شروع می شود.برای روشن کردن یا خاموش کردن "Intermediate Potential 1" و "Intermediate Potential 2" روی "Enable" کلیک کنید.. اگر جعبه چک انتخاب نشده باشد، اسکن این مقدار را عبور نمی دهد و اسکن بالقوه را به بعدی تنظیم می کند.
لازم به ذکر است که اندازه گیری منحنی قطبی شدن فقط می تواند با این شرط انجام شود که OCP در حال حاضر پایدار است.ما با کلیک بر روی زیر تابع ثابت OCP را باز می کنیم:

→

نرم افزار به طور خودکار آزمایش را پس از نوسان بالقوه کمتر از10mV/min آغاز می کند.
در این مثال آزمایش، کاربر پتانسیل -0.5 ~ 1.5V (در مقابل OCP) را تنظیم می کند
شما می توانید شرایط را برای متوقف کردن یا معکوس کردن اسکن تنظیم کنید. این به طور عمده در اندازه گیری پتانسیل حفره و اندازه گیری منحنی منفعل استفاده می شود.

2.2 نتایج
2.2.1 OCP
با باز کردن مدار آزمون پتانسیل ما می توانیم پتانسیل خوردگی آزاد را بدست آوریمE_کرل، که از آن می توانیم مقاومت خوردگی مواد فلزی را قضاوت کنیم.E_کرلهرچه مواد سخت تر خورد شوند.

از نمودار می توانیم نتیجه بگیریم که مقاومت در برابر خوردگی نمونه 1 و 2 بهتر از نمونه 3 است.

2.2.2 تجزیه و تحلیل نمودار جدول ((مقدار اندازه گیری خوردگی)
قطبی شدن این آزمایش به شرح زیر است:

همانطور که نشان داده شده است، از مقدار محاسبه شده نرخ خوردگی می توانیم همان نتیجه ای را که از طریق اندازه گیری OCP بدست آمده است بدست آوریم.می توانیم ببینیم که مقادیر نرخ خوردگی با نتیجه گیری که با روش OCP بدست آورده ایم مطابقت دارد.
بر اساس نمودار Tafel، ما می توانیم تراکم جریان خوردگی را بدست آوریمi_کرلتوسط ابزار تحلیلی که در نرم افزار استودیوی CS ما ادغام شده است. سپس با توجه به پارامترهای دیگر مانند منطقه الکترود کار، تراکم مواد، وزن معادل،نرخ خوردگی محاسبه می شود.

مراحلش اينه:
وارد کردن فایل داده با کلیک کردن

تطبیق داده ها

اطلاعات تلفن رو کلیک کن ، و مقدار آن را وارد کنید.

اگر شما قبلاً پارامترها را در تنظیمات سلول و الکترود قبل از آزمایش تنظیم کرده اید، پس نیازی به تنظیم اطلاعات سلول ندارید.
کلیک کنید تا Tafel فیتینگ. انتخاب Tafel فیتینگ اتوماتیک و یا دستی برای داده های بخش آنود / بخش کاتود، سپس تراکم جریان خوردگی، پتانسیل خوردگی آزاد،می توان میزان خوردگی را به دست آوردشما می توانید نتیجه مناسب را به نمودار بکشید.

3اندازه گیری EIS
آزمایشات → مقاومت → EIS در مقابل فرکانس

تجزیه و تحلیل EIS

EIS از فولاد کربن Q235 در محلول NaCl 3.5٪ به شرح زیر است:

نمودار نیکوست بالا از قوس ظرفیت (که با قاب آبی نشان داده شده) و مقاومت واربورگ (که با قاب قرمز نشان داده شده) تشکیل شده است. به طور کلی، هرچه قوس ظرفیت بزرگتر باشد،مقاومت مواد در برابر خوردگی هرچه بیشتر باشد.

اتصال مدار معادل برای نتایج EIS فولاد کربن Q235
مراحلش به شرح زیر است:
مدار معادل قوس ظرفیتی را بکشید - از مدل در "تناسب سریع" برای بدست آوردن R1، C1، R2 استفاده کنید.
مدار معادل بخش مقاومت واربورگ را ترسیم کنید - از مدل در "تناسب سریع" برای بدست آوردن مقدار خاص Ws استفاده کنید.
مقادیر را به مدار پیچیده بکشید→ تمام عناصر را به ️Free+ ️ ️Fit تغییر دهید
از نتایج، ما می بینیم که خطا کمتر از 5٪ است، نشان می دهد که مدار معادل خود تعریف شده ما طراحی می شود با مدار مقاومت اندازه گیری واقعی مطابقت دارد.نقشه نصب Bode به طور کلی با نقشه اصلی مطابقت دارد.