Η διάβρωση των μετάλλων
Η διάβρωση των μετάλλων
Όταν το μεταλλικό υλικό έρχεται σε επαφή με το περιβάλλον περιβάλλον, το υλικό καταστρέφεται λόγω χημικής ή ηλεκτροχημικής δράσης.μετατροπή μετάλλου υψηλής ενεργειακής κατάστασης σε μεταλλική ένωση χαμηλής ενεργειακής κατάστασηςΜεταξύ αυτών, το φαινόμενο της διάβρωσης στην πετρελαϊκή και πετροχημική βιομηχανία είναι πιο περίπλοκο, συμπεριλαμβανομένης της ηλεκτροχημικής διάβρωσης του αλμυρού αλάτι, του υδρογόνου και του αλατιού.2S και CO2.Οι ηλεκτρικές ιδιότητες της διεπαφής μεταλλικού/ηλεκτρολυτικού διαλύματος (ηλεκτρικό διπλό στρώμα) χρησιμοποιούνται ευρέως στις μελέτες μηχανισμού διάβρωσης.,Οι ηλεκτροχημικές μέθοδοι που χρησιμοποιούνται συνήθως στην έρευνα της διάβρωσης των μετάλλων είναι: δυναμικό ανοικτού κυκλώματος (OCP), καμπύλη πόλωσης (γραφή Tafel),ηλεκτροχημική φασματοσκόπηση με αντίσταση (EIS).
1Τεχνικές μελέτης της διάβρωσης
1.1OCP
Σε ένα απομονωμένο μεταλλικό ηλεκτρόδιο, μια αντίδραση άνωσης και μια αντίδραση καθοδίου εκτελούνται με την ίδια ταχύτητα την ίδια στιγμή, η οποία ονομάζεται σύνδεση της αντίδρασης ηλεκτρόδου.Η αντίδραση της αμοιβαίας σύνδεσης ονομάζεται αντίδραση σύνδεσης.Στο συνδυασμένο σύστημα, οι δύο αντιδράσεις των ηλεκτροδίων αλληλοσυνδέονται μεταξύ τους, και όταν τα δυναμικά των ηλεκτροδίων είναι ίσα,Τα δυναμικά των ηλεκτροδίων δεν μεταβάλλονται με το χρόνο.Η κατάσταση αυτή ονομάζεται σταθερή κατάσταση, και το αντίστοιχο δυναμικό ονομάζεται σταθερό δυναμικό.Σκηνή∆, ή ∆ δυναμικό ανοιχτού κυκλώματος (OCP) ∆, και η αντίστοιχη πυκνότητα ρεύματος ονομάζεται ∆ αυτο) πυκνότητα ρεύματος διάβρωσης iΣκηνήΓενικά, όσο πιο θετικό είναι το δυναμικό ανοικτού κυκλώματος, τόσο πιο δύσκολο είναι να χάσουν ηλεκτρόνια και να διαβρωθούν, γεγονός που δείχνει ότι η αντοχή στη διάβρωση του υλικού είναι καλύτερη.Το ηλεκτροχημικό σταθμό εργασίας CS potentiostat / galvanostat μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παρακολούθηση του δυναμικού ηλεκτροδίου σε πραγματικό χρόνο του μεταλλικού υλικού στο σύστημα για μεγάλο χρονικό διάστημα.,το δυναμικό ανοικτού κυκλώματος του υλικού μπορεί να ληφθεί.
1.2 καμπύλη πόλωσης (γραφή του Τάφελ)
Γενικά, το φαινόμενο που το δυναμικό ηλεκτρόδου αποκλίνει από το δυναμικό ισορροπίας όταν υπάρχει ρεύμα που περνάει ονομάζεται πολικοποίηση.όταν συμβαίνει η πόλωση, η αρνητική μετατόπιση του δυναμικού ηλεκτροδίου από το δυναμικό ισορροπίας ονομάζεται "καθοδική πόλωση",και η θετική μετατόπιση του δυναμικού ηλεκτροδίου από το δυναμικό ισορροπίας ονομάζεται ανωδική πόλωση.Για να εκφραστεί πλήρως και διαισθητικά η απόδοση πόλωσης μιας διαδικασίας ηλεκτροδίων,είναι απαραίτητο να προσδιοριστεί πειραματικά το υπερ-ενδυτικό ή το ενδυτικό ηλεκτροδίου ως συνάρτηση της πυκνότητας ρεύματος, η οποία ονομάζεται καμπύλη πόλωσης.Το iΣκηνήΤο μέγεθος του μεταλλικού υλικού μπορεί να υπολογιστεί με βάση την εξίσωση Stern-Geary.
Β είναι ο συντελεστής Stern-Geary του υλικού, Rpείναι η αντίσταση πόλωσης του μετάλλου.
Αρχή για την απόκτηση iΣκηνήμε τη μέθοδο εξαίρεσης TafelΤο λογισμικό του Corrtest CS studio μπορεί να κάνει αυτόματα την προσαρμογή στην καμπύλη πόλωσης.Ακαι βγμπορεί να υπολογιστεί.ΙΣκηνήΒάσει του νόμου του Φάραδεϊ και σε συνδυασμό με το ηλεκτροχημικό ισοδύναμο του υλικού, μπορούμε να το μετατρέψουμε σε ρυθμό διάβρωσης μετάλλων (mm/a).
1.3 ΕΙΣ
Η τεχνολογία ηλεκτροχημικής αντίστασης, γνωστή και ως αντίσταση εναλλασσόμενου ρεύματος, 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 timeΜετρείται η αντίσταση του ηλεκτροχημικού συστήματος και μελετάται περαιτέρω ο μηχανισμός αντίδρασης του συστήματος (μέσο/φωτογραφία επικάλυψης/μεταλλικό).και αναλύονται οι ηλεκτροχημικές παραμέτρους του συστήματος μέτρησης προσαρμογής.Το φάσμα αντίστασης είναι μια καμπύλη που σχεδιάζεται από τα δεδομένα αντίστασης που μετρούνται από ένα κυκλώμα δοκιμής σε διαφορετικές συχνότητες,και το φάσμα αντίστασης της διαδικασίας ηλεκτροδίων ονομάζεται ηλεκτροχημικό φάσμα αντίστασηςΥπάρχουν πολλοί τύποι φάσματος EIS, αλλά οι πιο συχνά χρησιμοποιούμενοι είναι ο πίνακας Nyquist και ο πίνακας Bode.
2.Παραπειρατικό παράδειγμα
Παίρνοντας ως παράδειγμα ένα άρθρο που δημοσιεύθηκε από έναν χρήστη που χρησιμοποίησε τον ηλεκτροχημικό σταθμό εργασίας CS350, εισάγεται μια συγκεκριμένη εισαγωγή στη μέθοδο του συστήματος μέτρησης της διάβρωσης των μετάλλων.Ο χρήστης μελέτησε την αντοχή στη διάβρωση του στεντ από κράμα Ti-6Al-4V που παρασκευάζεται με συμβατική μέθοδο σφυρηλασίας (δείγμα # 1),μέθοδος επιλεκτικής τήξης με λέιζερ (δείγμα #2) και μέθοδος τήξης με δέσμη ηλεκτρονίων (δείγμα #3)Το stent χρησιμοποιείται για εμφύτευση σε άνθρωπο, οπότε το μέσο διάβρωσης είναι προσομοιωμένο υγρό σώματος (SBF).
Μέσο:CS350 Δυνατότητα/γαλβανόστατο
Πειραματική συσκευή:CS936 επίπεδη κυψέλη διάβρωσης με κάλυψη, φούρνο στεγνώσεως σταθερής θερμοκρασίας
Πειραματικά φάρμακα:Ακετόνη, SBF, Εποξική ρητίνη θερμοκρασίας δωματίου
Πειραματικό μέσο:Συμμετοχή σε δοκιμαστικές δοκιμές01KCl-0.4,CaCl2-Τίποτα.14, NaHCO3-Τίποτα.35KH2Επικοινωνία4-Τίποτα.06, γλυκόζη -0.34, μονάδα είναι: g/l
Δείγμα ((WE)Στέντ Ti-6Al-4V Σύνθεσης 20 × 20 × 2 mm,Η εκτεθειμένη εργασιακή περιοχή είναι 10×10 mmΗ περιοχή που δεν υποβάλλεται σε δοκιμή επικάλυπτε/σφραγίζεται με επωξιδική ρητίνη για θέρμανση σε θερμοκρασία δωματίου.
Ηλεκτρόδιο αναφοράς ((RE):Ηλεκτρόδιο κορεσμένου καλομελίου
Αντιηλεκτρόδιο (CE):CS910 Ηλεκτρόδιο αγωγιμότητας Pt
Το φτερό κύτταρο διάβρωσης με κάλυψη
2.1 Τα βήματα της δοκιμής και η ρύθμιση των παραμέτρων
2.1.1 OCP
Πριν από τη δοκιμή, το ηλεκτρόδιο εργασίας πρέπει να γυαλιστεί από το χοντρό στο λεπτό (360 μαχαιρά, 600 μαχαιρά, 800 μαχαιρά, 1000 μαχαιρά, 2000 μαχαιρά με σειρά) μέχρι να είναι η επιφάνεια ομαλή.Ξεπλύνετε με αποσταγμένο νερό και στη συνέχεια αποτρίψτε το χρησιμοποιώντας την ακετόνη, τοποθετήστε το σε φούρνο στεγνώσεως σταθερής θερμοκρασίας και στεγνώστε σε θερμοκρασία 37°C για χρήση.Συγκεντρώστε το δείγμα στο κύτταρο διάβρωσης, εισάγετε το προσομοιωμένο υγρό σώματος στο κύτταρο διάβρωσης,και εισάγετε το κορεσμένο ηλεκτρόδιο καλομέλης (SCE) με γέφυρα αλατιού στο επίπεδο κύτταρο διάβρωσης- βεβαιωθείτε ότι η άκρη του τριχοειδούς Luggin είναι δεξιά προς την επιφάνεια του ηλεκτρόδου εργασίας.
Συνδέστε τα ηλεκτρόδια με τον δυνατοστάτη από το καλώδιο κυψελών.Πείραμα→σταθερή πόλωση→OCP
ΟΚΠ
Θα πρέπει να εισαγάγετε ένα όνομα αρχείου για τα δεδομένα, ορίστε το συνολικό χρόνο της δοκιμής, και να ξεκινήσετε την δοκιμή.και χρειάζεται μια σχετικά μεγάλη περίοδο για να παραμείνει σταθερήΓι' αυτό προτείνεται να τοποθετήσετε χρόνο όχι μικρότερο από 3000s.
2.1.2 καμπύλη πόλωσης
Πείραμα→σταθερή πόλωση→ποτεντικοδυναμική
Ποντικοδυναμική σάρωση
Ορίστε το αρχικό δυναμικό, το τελικό δυναμικό και την ταχύτητα σάρωσης, επιλέξτε τη λειτουργία εξόδου δυναμικού ως β. OCP.Το Use μπορεί να ελεγχθεί για να επιλέξει την κορυφή E#1 και την κορυφή E#2.Υπάρχουν έως και 4 ανεξάρτητα σημεία καθορισμού δυναμικού πόλωσης. Η σάρωση ξεκινά από το αρχικό δυναμικό, μέχρι την κορυφή E # 1 και την κορυφή E # 2, και τέλος μέχρι το τελικό δυναμικό.Κάντε κλικ στο πλαίσιο ελέγχου "Enable" για να ενεργοποιήσετε ή να απενεργοποιήσετε το "Intermediate Potential 1" και το "Intermediate Potential 2"Εάν το πλαίσιο ελέγχου δεν επιλεγεί, η σάρωση δεν θα περάσει αυτή την τιμή και θα ορίσει την πιθανή σάρωση στην επόμενη.Αξίζει να σημειωθεί ότι η μέτρηση της καμπύλης πόλωσης μπορεί να πραγματοποιηθεί μόνο υπό την προϋπόθεση ότι το OCP είναι ήδη σταθερό.Θα ανοίξουμε τη σταθερή λειτουργία OCP κάνοντας κλικ στο ακόλουθο:
→
Το λογισμικό θα ξεκινήσει την δοκιμή αυτόματα όταν η δυνητική διακύμανση είναι μικρότερη από 10mV/min.Σε αυτό το παράδειγμα πειράματος, ο χρήστης ορίζει το δυναμικό -0.5 ~ 1.5V (έναντι OCP)Μπορείτε να ορίσετε την κατάσταση για να σταματήσετε ή να αντιστρέψετε τη σάρωση.
2.2 Αποτελέσματα
2.2.1 OCP
Με ανοιχτό κύκλωμα δοκιμή δυναμικού μπορούμε να αποκτήσουμε το ελεύθερο δυναμικό διάβρωσηςΕΣκηνήΓενικά, όσο πιο θετική είναι η αντοχή του μετάλλου στη διάβρωση, τόσο πιο θετική είναι η αντοχή του μετάλλου στη διάβρωση.ΕΣκηνήΕίναι, όσο πιο σκληρά το υλικό διαβρώνεται.
1-OCP από στεντ από κράμα Ti-6Al-4V που παρασκευάζεται με συμβατική μέθοδο σφυρηλασίας2- OCP από στεντ Ti-6Al-4V που παρασκευάζεται με μέθοδο επιλεκτικής λιπαντικής με λέιζερ3- OCP από στεντ από κράμα Ti-6Al-4V προετοιμασμένο με μέθοδο τήξης με δέσμη ηλεκτρονίων
Από το γράφημα μπορούμε να συμπεράνουμε ότι η αντοχή στη διάβρωση των δειγμάτων 1 & 2 είναι καλύτερη από το # 3.
2.2.2 Ανάλυση σχεδίου πίνακα (μέτρηση του ρυθμού διάβρωσης)
Η πόλωση αυτού του πειράματος είναι η εξής:
Όπως φαίνεται, από την υπολογιζόμενη τιμή του ρυθμού διάβρωσης μπορούμε να πάρουμε το ίδιο συμπέρασμα με αυτό που προκύπτει από τη μέτρηση OCP.Μπορούμε να δούμε τις τιμές του ρυθμού διάβρωσης συμμορφώνονται με το συμπέρασμα που λάβαμε με τη μέθοδο OCP.Με βάση το πλάνο Tafel, μπορούμε να λάβουμε την πυκνότητα ρεύματος διάβρωσηςΙΣκηνήΣτη συνέχεια, σύμφωνα με άλλες παραμέτρους όπως η περιοχή εργασιακού ηλεκτρόδου, η πυκνότητα του υλικού, το ισοδύναμο βάρος,υπολογίζεται ο ρυθμός διάβρωσης.
Τα βήματα είναι:Εισαγωγή του αρχείου δεδομένων κάνοντας κλικ στο
Εναρμόνιση δεδομένων
Κάντε κλικ στις πληροφορίες του κινητού. , και εισάγετε την τιμή αναλόγως.
Εάν έχετε ήδη ορίσει τις παραμέτρους στην ρύθμιση κυττάρου και ηλεκτρόδου πριν από τη δοκιμή, τότε δεν χρειάζεται να ορίσετε ξανά τις πληροφορίες κυττάρου.Επιλέξτε την αυτόματη προσαρμογή Tafel ή την χειροκίνητη προσαρμογή για τα δεδομένα του τμήματος άνοδου/καθοδικού τμήματος, στη συνέχεια την πυκνότητα ρεύματος διάβρωσης, το ελεύθερο δυναμικό διάβρωσης,μπορεί να ληφθεί ποσοστό διάβρωσηςΜπορείτε να σύρετε το σωστό αποτέλεσμα στο γράφημα.
3. Μέτρηση EIS
Πειραματισμοί → Αντίσταση → EIS vs. Συχνότητα
ΕΙΣ έναντι συχνότητας
Ανάλυση EIS
Η EIS του χάλυβα άνθρακα Q235 σε διάλυμα NaCl 3,5% είναι η ακόλουθη:
Q235 Διάγραμμα αντίστασης χάλυβα άνθρακα- Nyquist
Το παραπάνω γράφημα Nyquist αποτελείται από το τόξο χωρητικότητας (που σηματοδοτείται από το μπλε πλαίσιο) και την αντίσταση Warburg (που σηματοδοτείται από το κόκκινο πλαίσιο).όσο καλύτερη είναι η αντοχή του υλικού στη διάβρωση.
Εξομολόγηση ισοδύναμου κυκλώματος για τα αποτελέσματα EIS από χάλυβα άνθρακα Q235
Τα βήματα είναι τα εξής:Ζωγραφίστε το ισοδύναμο κύκλωμα του τόξου χωρητικότητας - χρησιμοποιήστε το μοντέλο στο "γρήγορο ρύθμιση" για να λάβετε R1, C1, R2.Ζωγραφίστε το ισοδύναμο κύκλωμα του τμήματος αντίστασης Warburg - χρησιμοποιήστε το μοντέλο στο "γρήγορο ρύθμιση" για να λάβετε την ειδική τιμή των Ws.Τραβήξτε τιμές στο σύνθετο κύκλωμα→ αλλάξτε όλα τα στοιχεία τύπου να είναιΑπό τα αποτελέσματα, βλέπουμε ότι το σφάλμα είναι μικρότερο από 5%, γεγονός που δείχνει ότι το αυτοπροσδιορισμένο ισοδύναμο κύκλωμα που σχεδιάζουμε είναι σύμφωνο με το κύκλωμα αντίστασης της πραγματικής μέτρησης.Το σχέδιο προσαρμογής Bode είναι γενικά σύμφωνα με το αρχικό σχέδιο.
Bode: Πίνακας προσαρμογής έναντι πραγματικού αποτελέσματος μέτρησης
Το μήνυμά σας πρέπει να αποτελείται από 20-3.000 χαρακτήρες!
