روش های تعیین سرعت خوردگی

ساده ترین روش اندازه گیری سرعت خوردگی یک فلز در محیط خورنده ،تمیز کردن فلز از چربی ومحصولات خوردگی ،توزین اولیه آن و قرار دادن در محیط خورنده در مدت زمان مشخص  و در نهایت تمیز کردن محصولات خوردگی و توزین مجدد فلز می باشد.با داشتن کاهش وزن فلز ،می توان متوسط سرعت خوردگی(mpy)  (mpy=mills per year)را محاسبه کرد.از مزایای استفاده از نمونه های آزمایش کاهش وزن ،ارزان و ساده بودن نمونه وامکان پذیری بررسی آنالیز محصولات خوردگی و انجام تست در آزمایشگاه می باشد.بهر حال نیاز به قرار گیری نمونه به مدت بسیار زیاد در محیط خورنده اصلی می باشد تا اندازه گیری سرعت خوردگی با دقت همراه شود. نمونه ها دارای شکل های مختلفی بوده و می توانند به صورت ورق،رینگ،استوانه ای باشند.در صنعت نمونه ها را با استفاده از یک نگهدارنده(holder) که ایزوله الکتریکی است ،در محیط قرار می گیرند.

روش دیگری که برای اندازه گیری سرعت خوردگی مورد استفاده قرار می گیرد استفاده از منحنی پلاریزاسیون می باشد.در این روش از دو متد  برون یابی(extrapolation) تافل ومقاومت پلاریزاسیون استفاده می شود.روشهای پلاریزاسیون در مقایسه با روش کاهش وزن نیاز به زمان کمتری داشته وسریعتر انجام می شوند.رابطه تافل  با کنترل اکتیواسیون فرآیندهای آندی و کاتدی مرتبط می باشد.برای یک واکنش الکتروشیمیایی تحت کنترل اکتیواسیون،منحنی های پلاریزاسیون در صفحه  مختصات E بر حسب log(i) بصورت خطی بوده که رفتار تافل نامیده می شود.نمونه ای از رفتار پلاریزاسیون فلزات در محلول اسیدی در حضور یا عدم حضور اکیسژن و همچنین نمونه ای از رفتار تافل در منحنی های پلاریزاسیون کاتدی را می توان در شکل های زیر مشاهده کرد.با برون یابی شیب منحنی های کاتدی و آندی تافل می توان پتانسیل خوردگی را بدست آورد(E corr) که در شکل 1-1 مشاهده می شود.نقطه تقاطع  نشان دهنده دانسیته جریان خوردگی(I corr) یا سرعت خوردگی می باشد.

ia=ic=icorr     (1

نهایتا  یک (محدوده ده میلی آمپر)decade برای خطی بودن برون یابی تافل

(tofel extrapolation) و داشتن اطمینان در دقت اندازه گیری مناسب ،بدست می آید.وقتی پلاریزاسیون غلظتی  و مقاومت اهمی به منحنی اضافه می شوند دقت در برون یابی تافل سخت تر می شود.منحنی های پلاریزاسیون در شرایط پایدار نیاز به شناخت واکنش های خوردگی دارند.روش های گالوانواستات و پتانسیو استات

(galvanoststic and potantiostatic) برای تعیین بهتر سرعتهای خوردگی مورد استفاده قرار می گیرند.در زیر نمونه هایی از منحنی ها که ساده ترین فرم منحنی های پلاریزاسیون می باشد مورد بررسی قرار می گیرد.

شکل1-1-رفتار پلاریزاسیون فلز(M) در محلول اسیدی بدون هوا

در برون یابی تافل مشکلات زیادی وجود دارد چون منحنی های پلاریزاسیون برگشت پذیر(reversible) نیستند وتحت تاثیر شرایط تجربی آزمایش وشرایط محیطی قرار می گیرند.

منحنی پلاریزاسیون فلز در محلول اسیدی بدون هوا

با روش برون یابی قسمت خطی منحنی های آندی و کاتدی که در شکل 1-1 ملاحظه می شود می توان Ecorr و I corrرا مشخص نمود.

واکنش آندی انحلال فلز می باشد و واکنش کاتدی آزاد شدن هیدروژن است.

 

مقادیر Ecorr و I corr  را می توان مستقیما  از نقطه تقاطع بدست آورد.(شکل1-2)

شکل 1-2-منحنی تافل برای تعیین ثابت های تافل

در پتانسیل خوردگی Ecorr  سرعت واکنش کاتدی با سرعت واکنش آندی (خوردگی فلز) برابر می شود.

ثابت های تافلc)βو (βa  از طریق محاسبه شیب منحنی آندی و کاتدی بدست می آیند.

نموداری از پتانسیل اضافی نسبت به log i که نشان دهنده تبادل دانسیته جریان می باشد که در شکل-1-3نشان داده شده است.

 

شکل 1-3-پتانسیل اضافی بر حسب لگاریتم جریان در نمودار تافل

در نمودار 1-4 جریان نسبت به پتانسیل اضافی برای یک واکنش برگشت پذیر از قبیل کوپل فرو-فریک در سطح الکترود خنثی نشان داده شده است.لازم به توضیح است که اختلاف پتانسیل هر یون نسبت به فلز پایه ،پتانسیل اضافی نامیده می شود و در این نمودار منظور اختلاف پتانسیل بین یونهای فرو و فریک می باشد.لازم به ذکر است که واکنش برگشت پذیر ،واکنشی است که دو طرف معادله شیمیایی در حالت تعادل باشند و با اندکی تغییر بتوان جهت معادله را تغییر داد.

در این نمودار شاخه های آندی و کاتدی حاصل از جریان برای واکنش برگشت پذیر را می توان مشاهده کرد.

رفتار پلاریزاسیون فلز M در یک الکترولیت دارای هوا با PH نزدیک به خنثی را می توان در شکل 1-5 دید.

جریان کاتدی کل ،مجموع جریان واکنشهای احیایی اکسیژن وهیدروژن بوده وباید با جریان واکنش آندی تکی موازنه شود.

با توجه به تلاطم الکترولیت و بزرگی جریان محدود کننده، که برای احیا اکسیژن است،مقدار جریان تعادلی تغییر می کند.

 

شکل 1-5-رفتار پلاریزاسیون فلز M در یک محلول خنثی به همراه هوا و بدون به هم زدن محلول

نمودار دیگری که به عنوان مثال می توان داشت در شکل 1-6 دیده می شود.در پتانسیل خوردگی(Ecorr) ،سرعت احیا هیدروژن برابر با سرعت انحلال فلز است.در این صورت سرعت خوردگی (I corr) را می توان بر حسب دانسیته جریان تخمین زد و ثابت های تافل(βaو βc) را می توان از نمودارهای تافل برای شاخه های آندی و کاتدی بدست آورد.

شکل 1-6-روش برون یابی تافل

مقاومت  پلاریزاسیون خطی

از دیگر روشهای تعیین سرعت خوردگی استفاده ازمقاومت پلاریزاسیون خطی می باشد. برای تعیین مقاومت پلاریزاسیون خطی مراحل زیر انجام می شود:

1-تغییر پتانسیل در محدوده 10-20mV از E corr و اندازه گیری جریان(i)

2-ترسیم یک نمودار خطی از (E app-E corr) بر حسب i    . مقدار i app آندی مثبت و i app کاتدی منفی می باشد.

E app پتانسیل اعمالی و E corr پتانسیل خوردگی می باشد.

3-شیب نمودار دانسیته جریان بر حسب پتانسیل در نزدیکی E corr  به عنوان مقاومت پلاریزاسیون (Rp) شناخته می شود.

 

       (2)   

برای واکنشهای تحت تاثیر اکتیواسیون مقدار Rp را می توان با i corr مرتبط دانست:

 

شکل 1-7-منحنی پلاریزاسیون خطی

پس می توان مقاومت پلاریزاسیون را به صورت زیر فرموله کرد[3]:

(3)

Icorr:دانسیته جریان خوردگی (μA/Cm2)

βa:شیب منحنی آندی پلاریزاسیون(V/decay)(شیب تافل آندی)

βc:شیب منحنی کاتدی پلاریزاسیون(V/decay)(شیب تافل کاتدی)

Rp:مقاومت پلاریزاسیون(Ω.Cm2)

با مشخص شدن دانسیته جریان خوردگی ، سرعت خوردگی از رابطه زیر محاسبه می شود[3]:

(4)

 

Vcorr:سرعت خوردگی(mm/year)

Icorr:دانسیته جریان خوردگی (μA/Cm2)

M.W.:جرم مولکولی ماده خورده شده(gr/mole)

n: تعداد بار منتقل شده در حین فرآیند خوردگی

d: دانسیته فلز خورده شده(gr/Cm3)

 

مقدار خطی منحنی پتانسیل – جریان بستگی به مقادیر βa و βc دارد.برای محاسبه مقدار B نیاز به داشتن شیبهای تافل می باشد.در آزمایشگاه از سل 3-الکترودی برای اندازه گیری مقاومت پلاریزاسیون استفاده می شود.در فرآیندهای شیمیایی و صنایع تصفیه از پروبهای خوردگی پلاریزاسیون خطی  برای مانیتور لحظه ای ،استفاده می شود.پروبها  از نوع 2-الکترودی یا 3-الکترودی هستند.با این روشها می توان اندازه گیری دقیق را حتی در سرعتهای خوردگی خیلی کم داشت(<0.1 mpy) .شایان ذکر است که در حال حاضر نرم افزار های مختلفی وجود دارند که با استفاده از آنها شیب منحنی های تافل و جریان خوردگی و مقاومت پلاریزاسیون بسادگی محاسبه می شوند.استاندارد ASTM G-102 نحوه محاسبه را به صورت عملی نشان می دهد[4] .نمونه ای از اطلاعات حاصله را در جدول 2 می توان مشاهده نمود.

شکل 1-8-مثالی از نمودار پلاریزاسیون نمونه های   o-o- روی اندود و ¨-¨- معمولی(آبی رنگ)

جدول 1-1-مقادیر حاصل از برازش نقاط نمودار های تافل

N:بدون پوشش

G:گالوانیزه 

 

تا به حال روش تعیین سرعت خوردگی و آشنایی با منحنی های پلاریزاسیون انجام گردید.اما رفتار پوشش در محیط خورنده هنوز مشخص نمی باشد.حال به  روش EIS برای تعیین سرعت خوردگی پوشش و چگونگی رفتار پوشش در محیط خورنده و چگونگی بررسی دیاگرامهای نایکوئیست و باد(Nyquist and Bode diagrams) پرداخته می شود.

 

  
نویسنده : شاپرک ; ساعت ٩:۱۳ ‎ب.ظ روز چهارشنبه ۱٤ امرداد ،۱۳٩٤
تگ ها :