Metal Korozyonu
Metal malzeme çevredeki ortamla temas ettiğinde, kimyasal veya elektrokimyasal etki nedeniyle malzeme tahrip olur. Metal korozyonu, yüksek enerji durumundaki bir metali düşük enerji durumundaki bir metal bileşiğine dönüştüren termodinamik kendiliğinden bir süreçtir. Bunlar arasında, petrol ve petrokimya endüstrisindeki korozyon olgusu, tuzlu su, H'nin elektrokimyasal korozyonu da dahil olmak üzere daha karmaşıktır.2S ve CO2.
Çoğu korozyon işleminin doğası elektrokimyasaldır. Metal/elektrolit çözeltisi arayüzünün (elektrikli çift katman) elektriksel özellikleri, korozyon mekanizması çalışmalarında, korozyon ölçümünde ve endüstriyel korozyon izlemede yaygın olarak kullanılmaktadır. Metal korozyon araştırmalarında yaygın olarak kullanılan elektrokimyasal yöntemler şunlardır: açık devre potansiyeli (OCP), polarizasyon eğrisi (Tafel grafiği), elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS).
İzole edilmiş bir metal elektrot üzerinde, bir anot reaksiyonu ve bir katot reaksiyonu aynı anda ve aynı hızda gerçekleştirilir, buna elektrot reaksiyonunun bağlanması denir. Karşılıklı bağlanma reaksiyonuna “konjugasyon reaksiyonu”, sistemin tamamına ise “konjuge sistem” adı verilir. Konjuge sistemde, iki elektrot reaksiyonu birbiriyle eşleşir ve elektrot potansiyelleri eşit olduğunda elektrot potansiyelleri zamanla değişmez. Bu duruma “kararlı durum”, karşılık gelen potansiyele ise “kararlı potansiyel” denir. Korozyon sisteminde bu potansiyele “(kendinden) korozyon potansiyeli E” de denir.düzelt”veya“ açık devre potansiyeli (OCP)” ve karşılık gelen akım yoğunluğuna “(kendinden) korozyon akım yoğunluğu i denir.düzelt”. Genel olarak konuşursak, açık devre potansiyeli ne kadar pozitif olursa, elektronları kaybetmek ve korozyona uğramak da o kadar zor olur, bu da malzemenin korozyon direncinin daha iyi olduğunu gösterir.
CS potansiyostat/galvanostat elektrokimyasal iş istasyonu, sistemdeki metal malzemenin gerçek zamanlı elektrot potansiyelini uzun süre izlemek için kullanılabilir. Potansiyel stabilize edildikten sonra malzemenin açık devre potansiyeli elde edilebilir.
Genel olarak üzerinden bir akım geçtiğinde elektrot potansiyelinin denge potansiyelinden sapması olayına “polarizasyon” denir. Elektrokimyasal sistemde polarizasyon meydana geldiğinde elektrot potansiyelinin denge potansiyelinden negatif yönde kaymasına “katodik polarizasyon”, elektrot potansiyelinin denge potansiyelinden pozitif yönde kaymasına ise “anodik polarizasyon” denir.
Bir elektrot işleminin polarizasyon performansını tamamen ve sezgisel olarak ifade etmek için, aşırı potansiyelin veya elektrot potansiyelinin, "polarizasyon eğrisi" olarak adlandırılan, akım yoğunluğunun bir fonksiyonu olarak deneysel olarak belirlenmesi gerekir.
bendüzeltmetal malzemenin miktarı Stern-Geary denklemine göre hesaplanabilir.
B malzemenin Stern-Geary katsayısıdır, RPmetalin polarizasyon direncidir.
i'yi elde etme ilkesidüzeltTafel ekstrapolasyon yöntemi aracılığıyla
Corrtest CS studio yazılımı polarizasyon eğrisine otomatik olarak uyum sağlayabilir. Anot segmenti ve katot segmentindeki tafel eğimi, yani bAve bChesaplanabilir.Bendüzeltda elde edilebilir. Faraday yasasına dayanarak ve malzemenin elektrokimyasal eşdeğeri ile birleştirildiğinde bunu metal korozyon hızına (mm/a) dönüştürebiliriz.
AC empedansı olarak da bilinen elektrokimyasal empedans teknolojisi, elektrokimyasal sistemin akımını (veya voltajını) zaman içindeki sinüzoidal değişimin bir fonksiyonu olarak kontrol ederek, bir elektrokimyasal sistemin voltajındaki (veya akımındaki) değişimi zamanın bir fonksiyonu olarak ölçer. Elektrokimyasal sistemin empedansı ölçülür ve ayrıca sistemin reaksiyon mekanizması (ortam/kaplama filmi/metal) incelenir ve bağlantı ölçüm sisteminin elektrokimyasal parametreleri analiz edilir.
Empedans spektrumu, bir test devresi tarafından farklı frekanslarda ölçülen empedans verilerinden elde edilen bir eğridir ve elektrot işleminin empedans spektrumuna elektrokimyasal empedans spektrumu adı verilir. EIS spektrumunun birçok türü vardır ancak en yaygın kullanılanları Nyquist grafiği ve Bode grafiğidir.
Örnek olarak CS350 elektrokimyasal iş istasyonunu kullanan bir kullanıcı tarafından yayınlanan bir makale alınarak, metal korozyon ölçüm sistemi yöntemine somut bir giriş tanıtılmaktadır.
Kullanıcı, geleneksel dövme yöntemi (örnek #1), seçici lazer eritme yöntemi (örnek #2) ve elektron ışınıyla eritme yöntemi (örnek #3) ile hazırlanan Ti-6Al-4V alaşımlı stentin korozyon direncini inceledi. Stent insana implantasyon için kullanıldığından korozyon ortamı simüle edilmiş vücut sıvısıdır (SBF). Deney sisteminin sıcaklığının da 37°C'de kontrol edilmesi gerekmektedir.
Enstrüman:CS350 Potansiyostat/galvanostat
Deneysel cihaz:CS936 ceketli düz korozyon hücresi, Sabit sıcaklıkta kurutma fırını
Deneysel ilaçlar:Aseton, SBF, Oda sıcaklığında kürlenen epoksi reçine
Deneysel ortam:
Simüle edilmiş vücut sıvısı (SBF): NaCl-8.01,KCl-0.4,CaCl2-0.14,NaHCO3-0.35,KH2PO4-0,06, glikoz -0,34, birim: g/L
Numune (BİZ)
Ti-6Al-4V Alaşımlı stent 20×20×2 mm,
Açıkta kalan çalışma alanı 10×10 mm
Test dışı alan oda sıcaklığında kürlenen epoksi reçineyle kaplanır/sızdırmaz hale getirilir.
Referans elektrodu(RE):Doymuş kalomel elektrot
Karşı elektrot (CE):CS910 Pt iletkenlik elektrodu
2.1 Deney adımları ve parametre ayarları
2.1.1 OCP
Test etmeden önce. çalışma elektrodunun yüzey pürüzsüz hale gelinceye kadar kabadan inceye doğru (sırasıyla 360 ağ, 600 ağ, 800 ağ, 1000 ağ, 2000 ağ) parlatılması gerekir. Parlattıktan sonra, damıtılmış suyla durulayın ve ardından aseton kullanarak yağdan arındırın, sabit sıcaklıktaki bir kurutma fırınına koyun ve kullanım için 37°C'de kurutun.
Numuneyi korozyon hücresine monte edin, simüle edilmiş vücut sıvısını korozyon hücresine ekleyin ve doymuş kalomel elektrotu (SCE) bir tuz köprüsüyle düz korozyon hücresine yerleştirin. Luggin kılcal damarının ucunun çalışma elektrodu yüzeyine doğru baktığından emin olun. Sıcaklık su sirkülasyonu ile 37 ° C'de kontrol edilir.
Elektrotları hücre kablosuyla potansiyostatla bağlayın.
Deney → kararlı polarizasyon → OCP
Veriler için bir dosya adı girmeli, testin toplam süresini ayarlamalı ve testi başlatmalısınız. Çözeltideki metal malzemenin OCP'si yavaşça değişir ve stabil kalması nispeten uzun bir süre alır. Bu nedenle zamanı 3000 saniyeden kısa olmayacak şekilde ayarlamanız önerilir.
2.1.2 Polarizasyon eğrisi
Deney → kararlı polarizasyon → potansiyodinamik
Başlangıç potansiyelini, son potansiyeli ve tarama hızını ayarlayın, potansiyel çıkış modunu “vs. OCP”.
E#1 köşesini ve E#2 köşesini seçmek için “Kullan” işaretlenebilir. İşaretlenmezse tarama ilgili potansiyelden geçmeyecektir.
4 adede kadar bağımsız polarizasyon potansiyeli ayar noktası vardır. Tarama başlangıç potansiyelinden başlar, “tepe noktası E#1” ve “tepe noktası E#2”ye ve son olarak da son potansiyele kadar devam eder. "Orta Potansiyel 1" ve "Orta Potansiyel 2"yi açmak veya kapatmak için "Etkinleştir" onay kutusunu tıklayın. Onay kutusu seçilmezse tarama bu değeri geçmeyecek ve potansiyel taramayı bir sonrakine ayarlayacaktır.
Polarizasyon eğrisi ölçümünün yalnızca OCP'nin zaten stabil olması koşuluyla yapılabileceği dikkat çekicidir. Genellikle 10 dakikalık sessiz bir sürenin ardından aşağıdakilere tıklayarak OCP kararlı fonksiyonunu açarız:
→
Potansiyel dalgalanma 10mV/dak'dan düşük olduğunda yazılım testi otomatik olarak başlatacaktır.
Bu deney örneğinde kullanıcı potansiyeli -0,5~1,5V (OCP'ye kıyasla) olarak ayarlamıştır.
Koşulu, taramayı durduracak veya tersine çevirecek şekilde ayarlayabilirsiniz. Bu esas olarak çukurlaşma potansiyeli ölçümünde ve Pasivasyon eğrisi ölçümünde kullanılır.
2.2 Sonuçlar
2.2.1 OCP
Açık devre potansiyeli testi ile serbest korozyon potansiyelini elde edebilirizedüzeltburadan metal malzemenin korozyon direncini değerlendirebiliriz. Genel olarak konuşursak, ne kadar olumlu olursaedüzeltyani malzeme daha sert aşınır.
Grafikten, 1 ve 2 numaralı numunelerin korozyon direncinin 3 numaralı numunelerden daha iyi olduğu sonucuna varabiliriz.
2.2.2 Tafel grafiği analizi (korozyon oranı ölçümü)
Bu deneyin polarizasyonu aşağıdaki gibidir:
Gösterildiği gibi hesaplanan korozyon hızı değerinden OCP ölçümüyle elde ettiğimiz sonucun aynısını elde edebiliriz. Korozyon hızı Tafel grafiği ile hesaplanır. Korozyon hızı değerlerinin OCP yöntemiyle elde ettiğimiz sonuçla uyumlu olduğunu görebiliriz.
Tafel grafiğine dayanarak korozyon akım yoğunluğunu elde edebiliriz.BendüzeltCS stüdyo yazılımımıza entegre edilmiş analiz uydurma aracıyla. Daha sonra çalışma elektrodu alanı, malzemenin yoğunluğu, eşdeğer ağırlığı gibi diğer parametrelere göre korozyon hızı hesaplanır.
Adımlar şunlardır:
Veri dosyasını tıklatarak içe aktarın
Veri uydurma
Hücre bilgileri'ni tıklayın. ve değeri buna göre girin.
Testten önce hücre &elektrot ayarındaki parametreleri zaten ayarladıysanız hücre bilgilerini ayarlamanıza gerek yoktur. yine burada.
Tafel bağlantısına “Tafel” tıklayın. Anot segmenti/katot segmenti verileri için otomatik Tafel bağlantı elemanını veya manuel bağlantı elemanını seçin, ardından korozyon akımı yoğunluğu, serbest korozyon potansiyeli ve korozyon hızı elde edilebilir. Uygunlaştırma sonucunu grafiğe sürükleyebilirsiniz.
3. ÇBS ölçümü
Deneyler → Empedans → EIS ve Frekans
%3,5 NaCl çözeltisindeki Q235 karbon çeliğinin EIS'si aşağıdaki gibidir:
Yukarıdaki Nyquist grafiği kapasitans arkından (mavi çerçeveyle işaretlenmiştir) ve Warburg empedansından (kırmızı çerçeveyle işaretlenmiştir) oluşur. Genel olarak konuşursak, kapasitans arkı ne kadar büyük olursa malzemenin korozyon direnci o kadar iyi olur.
Q235 karbon çeliği EIS sonuçları için eşdeğer devre bağlantısı
Adımlar aşağıdaki gibidir:
Kapasitans arkının eşdeğer devresini çizin - R1, C1, R2'yi elde etmek için "hızlı uyumdaki" modeli kullanın.
Warburg empedans kısmının eşdeğer devresini çizin - Ws'nin spesifik değerini elde etmek için "hızlı uyum"daki modeli kullanın.
Değerleri karmaşık devreye sürükleyin → tüm eleman türlerini “Serbest+” olarak değiştirin → Sığdır'a tıklayın
Sonuçlardan hatanın %5'ten az olduğunu görüyoruz, bu da çizdiğimiz kendinden tanımlı eşdeğer devrenin gerçek ölçümün empedans devresine uygun olduğunu gösteriyor. Bode uydurma grafiği genellikle orijinal çizime uygundur.
