Khóa luận tốt nghiệp Hóa học: Nghiên cứu lý thuyết phương pháp tổng trở và một số ứng dụng trong việc xác định tốc độ và cơ chế ăn mòn thép

* Thuận lợi để xác định tốc độ ăn mòn của các vật liệu bển ăn mòn hay xác định được các tốc độ ăn mòn rất nhỏ trong thời gian ngắn tuy nhiên các thời gian thử nghiệm cũng cần dài để thu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH

KHOA HÓA

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN HÓA HỌC

CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN HÓA

KHOA : 2000 - 2004

ite

Lee 4z» oO.

Trong suốt quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp, em luôn nhận được rất nhiều sự động viên

và giúp đỡ của thầy cô và bạn bè.

Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn VănNgân đã tạo điều kiện cho em đến với để tài này

Em xin chân thành cảm ơn cô Lê Thị Lý đã

luôn quan tâm hướng dẫn, giúp đỡ em hoàn thành

luận văn.

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn

Sinh viên thực hiện Mai Thị Hải Hà

MỤC LỤC

Cheong 1 TỔRgGQUãN seorrarorororrarrecnteottorortutaadtontrgantspaane |

1.1 Động học các quá trình ăn mòn kim loại trong nước |

1.1.1 Bản chất sự ăn mòn _ SG HH ng |

1.1.2 Phương trình động học viết cho quá trình ăn mòn đơn giản nhất |

DCS: RBar mbar Gall cu «eeensnsẵese«neeeesseeresenneeseee 5

LÊ 'EEPHŒGNE BHBBOIENHHDN usouraggttgtdgytgttdttyygtqaqaad((ớ(ớcớcc 5

1.2.1 Giới thiệu chung về phương pháp điện hóa 5

1.2.1.1 Nguyên tắc do của phương pháp điện hóa 5

1.2.1.2 Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp 6

1.2.1.3 Vị trí của phương pháp điện hóa trong nghiên cứu ăn mòn 6

1.2.2 Một số phương pháp phân cực một chiều 7

1.2.2.1 Tổng quát về các phương pháp phân cực một chiéu 7

l0: THƯƠNH play THÊ: nưaazờớơơannarnnuwnaanrrrirnurrndrrarren 9

(ME) G0 | |, | | (cac a as II

l5 HA IHỆNN su onennaaarrrrrrottttotigeasrttrtrogdioagtroiese 11 3 TH N DI sesscressesassasvanacasnsansarsssasucannsneressannacqunnuneencamanenenns lãi

1.3.3 Một số ứng dụng của chất ức chế 12

Chương 2 Phương pháp tổng trở

2.1 Khái niệm phân cực xoay chiều (AC) 14

2.2 CƠ gÖixấy dựng phương PHAN) suseesrssenornrennrrriiồtrnrrrrrrrmanmannan 14

2.2.1 Anh hưởng của điện thế xoay chiéu lên mạch điện 14

210.11: TRKHAHBEEHRIHNEN se sa eaaeesieeseeeoeic: 14

2.2.1.2 Các dạng phổ theo tan số điện thế xoay chiéu- Liên hệ

giữa phổ với giá trị các phan tử mạch điện l6

2.2.1.3 Hằng số thời gian- Hình dạng của phổ 20

2.2.2 Anh hưởng của điện thế xoay chiều lên hệ ăn mòn điện hóa 2l

2.2.2.1 Khái niệm mạch điện tương đương 21

2.2.2.2 Mô tả một số quá trình điện cực bằng phần tử mach dién 21

2.3 Mạch tương đương của một số hệ ăn mòn điện hóa và phổ tương ứng 23

2.4 Phân tích và thông dịch số liệu EIS -«-s<c<c<eesesex 32

ee Oe caarraeenrtrrrrrgtirtrtrrrrrrrrgrgrrrrertitrttdrtraieemn 32

2.4.2 Khép mẫu mạch tương đương vào số liệu thực nghiệm 36

PAZ MfEIIHIÔN gyayyatratrvarntGntratrgG0ia0n0n0i0iv088nnNn88 36

Dia DD TOBE NI: cnsrersmtentretioiGttrittrrrotrretitararuitGnlieertrtraae 38

2.4.2.3 Lưu ý eeerireetererirtrireeeerrereeeveeeeeerer 42

9⁄5, Di(đ8ểni06đ6 in mon tt EIS seaaaaagroanadauoaragudaanfnodnuuaaai 47

2.6 Tiến hành đo phổ tổng trở csececccsecsessecessecscsessessssesncsesseseeacsneseeseeneenees 50

J1, TRE ND RRGEBHĂ se aceeieseeessseeriaissnosiaasassrssase 50

3,62 KMinttathiẾtĐ]s«sreseesrenrnniensoinitadnrarnesansoinareesvei 52

2.6.2.1 Kiểm tra thiết bị điện tử (máy phát, máy phân tích) 52 2.6.2.2 Kiểm tra cấu trúc pin trước khi lắp điện cực cần khảo sát 53BUT), “ACs SERRE RR ND) xearroaaretntitrrangưergtrtyrrrrraanitrrnanwerrterrrnveneri 55

2 FL, Vibe GS nhiễn Ðmợi (Ấn SG esssssasnsoncasasasssactasnensasansnonnonseccesanonssscase 5527:2: Vấn để nhiều S tần SỐ CRO: cssscsccccicinscscssncsreraccmnancmceesnemmemane 559/7.3 Vấn đề nhiễu ổ tấn số thấP ‹«.eeceecocreeeroceeeeeooooooaoooeee 582.7.4 Vấn để thời gian đo Set 58

Chương 3 Một số ứng dụng của phương pháp tổng trở EIS 59

3.1 EIS xác định nhanh hiệu quả bảo vệ va cả cơ chế bảo vệ của các lớp

BBH kiiR ID sac sssssessssessseessisseiesasosssiiiZ52GG7G7701 0 0600000 0]TTHADVSRGIEG 59 3:1.1: Sơlư0egui'tình thực NWSW scssevsccesiscsscvsesvressvenecsvecses 59

3.7 PhẩnGHKRQHẢ socaaennauaneeenraaeoennnutienndsnisnanen 60

3.2 Dùng EIS theo dõi sự phát triển của màng san phẩm ăn mòn hình thành

COR BẾHNEUHÔDE (¿coi nnioeorodidtxtiditrigd0i0tuio0iargwaggisnainsawaga 63

7 (GIƠT(HIỂN! ce nr a re 63

TL Ca Eire GUD Ga niisbiiiiiitiiiiiiiiieaaaeeseeseee 64

3.3 Kết hợp EIS với phơi mẫu trong khí quyển trong đánh giá lớp sơn lót vô

OED aN Nee 0E vices msn sia i iii ii aim 68

SSL, (GIØIT sisssscsassiscisssssstsiarineenmnenmareanrm 68

3.32, PHẩntchEẾtqUÃ svaeeaeeeerrorrernorrenoyenreerrernninraanannainnn 69

Luộn van tốt nghiệp khóa 2000 SVTH: Mai Thị Hỏi Hà

vùng khác nhau của cùng | kim loại:

« Phan ứng anốt: Fe > FeÌ"+2e + Phan ứng catốt:

Trong môi trường axít: 2H” +2e -> H,

Trong môi trường nước gần trung tính: O,+2H,O+4e > 40H”

Tốc độ ăn mòn của thép trong nước gần trung tính (nước máy, ) phụthuộc chủ yếu vào tốc độ phản ứng catốt khử oxi hòa tan (ăn mòn do sự khửH*, sự khử của nước có thể bỏ qua vì mật độ dòng giới hạn rất nhỏ ở nhiệt độ

phòng, sự khử nước chỉ có tác dụng khi điện thế kim loại bị phân cực trở nên rất âm).

Phản ứng khử oxi có 2 tính chất đặc trưng: mật độ dòng trao đổi nhỏ và

tốc độ khuyếch tán oxi đến điện cực không nhanh, nên dễ bị khống chế

khuyếch tán Vùng khống chế chuyển điện tích tương đối nhỏ và phụ thuộc quan hệ mật độ dòng trao đổi và mật độ dòng khuyếch tán.

Trong thiên nhiên sự khử oxi được quyết định bởi nhiệt độ và tốc độ

chảy của nước.

1.1.2 Phương trình động học viết cho quá trình ăn mòn đơn giản nhất:

Trên bể mặt kim loại có thể có vô số điểm anốt và catốt, mô hình tổng

quát nhất là khái niệm về sự phân bố thống kê theo thời gian và theo vị trí trên

Luận van tốt nghiệp khóa 2000 SVTH: Mai Thị Hải Hà

bể mặt kim loại của phản ứng anốt và catốt Mô hình này đã thành công tronggiải thích hầu hết các dạng ăn mòn của kim loại.|2]

E?, : điện thế cân bằng của phản ứng anốt

B, : hệ số Tafel (độ dốc nhánh anốt V/decade)

B :hằng số Tafel

Các ký hiệu cho phản ứng catốt là tương tự, thay chữ ; bằng

b) Khi quá trình catốt bị khống chế chuyển điện tích:

Luan van tdtnghiépkhda2000 _ SVTH: Mai Thị Hải Hà

Rex wr là điện trở tổng cộng của hệ ăn mòn.

Hệ sẽ đạt trạng thái ổn định ở điện thế điện cực đặc trưng gọi là điện

thế ăn mòn Econ ( hay còn gọi là thế hỗn hợp, trong thực nghiệm đo người tacòn gọi là OCP tức thế mạch hở) Tại thế này tốc độ phản ứng anốt bằng tốc độ

phản ứng catốt tại một điểm trên bể mặt kim loại:

Vậy phương trình Stern-Geary được xây dựng trên giả thiét:[5]

+ Phan ứng ăn mòn của hệ là thuận nghịch.

- Cả phản ứng anốt và catốt đều bị khống chế chuyển điện tích

+ Bể mặt điện cực không thay đổi trong suốt quá trình phân cực.

+ Phan cực xảy ra do ăn mòn.

+ Hàng rào năng lượng cho bán phan ứng ăn mòn thuận và nghịch là đối xứng

Luôn van tốt nghiệp khóa 2000 SVTH: Mai Thị Hỏi Hồ

Những giả thiết này trong thực tế khó mà đạt được, nếu không muốn nói

là không thể có được Vì vậy giá trị tốc độ ăn mòn tính dựa trên phương trình

này chỉ là ước đoán.

b') Khi quá trình catốt bị khống chế khuyếch tán:

Theo định luật Fick 1:

C,: nồng độ chất oxi hóa trong dung dịch (mol/cm”)

C,: nồng độ chất oxi hóa trên bé mặt điện cực.

ins be + bee tee 1

Khi igor tiến đến im thì:

duy nhất nên việc phân biệt 2 điện trở này là không cần thiết và người ta cũng

sử dụng phương trình (1.8) cho hầu hết các trường hợp

* Lưu ý: Khi so sánh tốc độ ăn mòn giữa các kim loại cần kết hợp cả:{3]Tính chất nhiệt động: điện thế cân bằng của phản ứng và

Luôn van tét nghiệp khóc 2000 SVTH: Mai Thị Hỏi Ha

Tính chất động học: các thông số động học như mật độ dòng trao đổi i, ,

hệ số chuyển điện tích œ

1.1.3 Hệ ăn mòn trong thực tế:

* Bể mặt kim loại trên thực tế không bao giờ đồng nhất (kim loại được

sử dụng dưới dạng hợp kim là chủ yếu) Trên bể mặt hợp kim tổn tại các pha

có tính chất điện hóa khác nhau, diéu đó có nghĩa là tổn tai vô số các vi pin,

trong đó những vị trí có điện thế âm hơn sẽ là anốt, điện thế dương hơn làcatốt Do vậy kim loại sẽ bị ăn mòn cục bộ ( bao gồm ăn mòn lỗ, ăn mònkhe, ) Tuy nhiên bể mặt kim loại có thể xem như một bể mặt đẳng thế trongdung dịch dẫn điện tốt, ngược lại cần tính đến độ giảm thế trên bể mặt phân

chia pha.

* Ăn mòn thực tế phụ thuộc rất nhiều yếu tố: tốc độ chảy của nước,

nhiệt độ của hệ, sự tiếp xúc giữa những kim loại khác nhau trong hệ, néng độ

oxi hòa tan, lượng cacbon đioxít, pH, và độ cứng, các ion khác trong nước như

Cl’, SO}, Fe**, Mg?*, các thành phần lơ lửng trong nước (đất sét, cát, phù sa,

sinh khối ), áp suất (ảnh hưởng lên độ hòa tan của khí) và nhiệt độ

1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN HOÁ

1.2.1 Giới thiệu chung về phương pháp điện hóa:

1.2.1.1 Nguyên tắc của phương pháp điện hóa:

Không có dòng điện ngoài chạy đến và đi từ điện cực làm việc (kim loạikhảo sát) khi nó ở thế mạch hở OCP, dù điện cực vẫn đang bị ăn mòn và códòng ăn mòn iggy Vì thế cần áp một điện thế ngoài lên điện cực làm điện thế

của nó thay đổi khỏi giá trị OCP và xuất hiện dòng điện có thể đo được Từ

điện thế ngoài này và dòng tương ứng đo được có thể dựa vào phương trình (1.1) hay (1.9) để xác định độ lớn của dong ăn mòn thực sự igor

Vậy phổ điện thế và dòng tương ứng có thể được sử dụng để:

Luôn van tốt nghiệp khóa 2000 SVTH: Mai Thị Hỏi Ho

+ Xác định tốc độ ăn mòn, thay cho phương pháp cổ điển như tổn thất

trọng lượng.

« Nghiên cứu cơ chế phan ứng ăn mòn.

1.2.1.2 Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp:

Các phương pháp điện hóa được xem là các phương pháp “gia tốc” để

xác định ăn mòn: gia tốc chính quá trình ăn mòn và gia tốc phép đo [3](do nó rất nhạy với ăn mòn).

* Thuận lợi để xác định tốc độ ăn mòn của các vật liệu bển ăn mòn hay

xác định được các tốc độ ăn mòn rất nhỏ trong thời gian ngắn ( tuy nhiên các

thời gian thử nghiệm cũng cần dài để thu được thông tin về ăn mòn như là hàm

số của thời gian)

* Trạng thái tự nhiên của một hệ ăn mòn là trạng thái không có dòng

điện Để đo tốc độ ăn mòn thường phải đưa hệ ra khỏi trạng thái tự nhiên của

nó rồi ngoại suy trở về trạng thái không có dòng điện Nhược điểm của cách

làm này là các quá trình ở trạng thái được phân cực thường không giống như ở

trạng thái không điện nên việc ngoại suy có thể không cho kết quả đúng.

* Các phương pháp điện hóa thường dùng các mối quan hệ tương đốiđơn giản giữa các giá trị đo được (i, E, điện trở phân cực) với giá trị muốn biết(mối quan hệ đơn giản đó được xây dựng dựa trên giả thuyết ăn mòn đều chỉvới sự khử của hydro hoặc oxi và sự oxi hóa kim loại) Các mối quan hệ đơngiản này không phải bao giờ cũng đúng cho mọi trường hợp thực tế cho nên

cẩn có sự hiểu biết tinh tường về nhiệt động học, đặc biệt là động học các quá trình điện cực để xem xét tính tin cậy của số liệu.

1.2.1.3 Vị trí của phương pháp điện hóa trong nghiên cứu ăn mòn:

Phương pháp điện hóa có thể cho những kết quả tốt trong thời gian ngắn

đối với những hệ đã biết và có ý nghĩa nhất cho việc:

« So sánh giữa các vật liệu.

Luộn van tốt nghiệp khóa 2000 SVTH: Mai Thị Hỏi Hò

+ Nghiên cứu về cơ chế

Trong thực tế thường người ta chỉ dùng các phương pháp đơn giản nhấttrước tiên để đo tốc độ và càng ngày càng được dùng để nghiên cứu về cơ chế.Đối với những hệ chưa biết, hoặc các hệ phức tạp thì nên dùng phương pháp

điện hóa kết hợp với các phép đo định tính, định lượng khác ( ví dụ như khảo

sát thành phần bể mặt, pH của dung dịch chất điện ly, )

1.2.2 Một số phương pháp phân cực một chiều (phương pháp DC)

1.2.2.1 Tổng quát về các phương pháp phân cực DC:

* Phương pháp phân cực tuyến tính: sử dụng phổ điện thế phân cực nhỏ nhất:-20 mV đến +20 mV so với OCP Đồ thị rị =lg() thu được là một đoạn thẳng

* Phương pháp Tafel: phổ điện thế phân cực bắt đầu từ -250 mV đến+250 mV so với OCP Đồ thị Tafel có 2 nhánh anốt và catốt tương ứng với bán

phản ứng oxi hoá kim loại và bán phản ứng khử chất oxi hóa.

* Phương pháp quét thế động (PDS): phổ điện thế bắt đầu từ -250 mV

đến +1000 mV so với OCP Nhánh anốt (ứng với điện thế dương hơn OCP)

thường không thẳng và trong một số trường hợp có dạng chữ S.

* Phương pháp phân cực tuần hoàn: kết hợp phương pháp quét thế động

cộng thêm quét thế từ +1000 mV ngược trở lại OCP.

Dai thế phân cực càng rộng càng thu được nhiều thông tin về ăn mòn

Mỗi phương pháp có ưu và nhược riêng tùy theo từng ứng dụng cụ thể

mà lựa chọn phương pháp, trong một số trường hợp cẩn có sự kết hợp củanhiều phương pháp

Luận van tết nghiệp khóa 2000 SVTH: Mai Thị Hải Hà

> Phan cuc vong

đủ - -4 6 = 2 lIgi(A/cm3) 2

Hình 1.1 Tóm tắt các phương pháp phân cực một chiều theo dạng phổ tương

ứng của mỗi phương pháp

* Phương pháp phân cực tuyến tính:

Do sử dụng phổ điện thế nhỏ nên bể mặt điện cực làm việc (WE) không

bị phá hủy Vì vậy, có thể lặp lại phép đo trên cùng một WE, cho phép theodõi ăn mòn lâu dài, tuy nhiên chỉ cho được thông tin về tốc độ ăn mòn và thờiđiểm điện cực đạt trạng thái ổn định (để bắt đầu tiến hành các phép đo điện

hóa khác).

* Phương pháp PDS và CP:

Dự đoán được hiệu quả bảo vệ của lớp thụ động, ảnh hưởng của các

chất ức chế khác nhau lên ăn mòn kim loại trong một chất điện ly cho trước,xác định ăn mòn đều, ăn mòn lỗ Tuy nhiên PDS và CP gây ăn mòn lỗ mạnh điện cực thử nghiệm, làm thay đổi bể mặt điện cực do đó chỉ có thể tiến hành

do 1 lần trên điện cực thử nghiệm

Luộn vớn tốt nghiệp khóa 2000 SVTH: Mai Thị Hỏi Hồ

Sự tuyến tính bất đầu

từ -50 mV từ OCP

* Cấu trúc Tafel và tính chất động học của quá trình ăn mòn:

Cấu trúc Tafel có thể xác nhận ăn mòn chịu sự khống chế chuyển điện

tích hay khuyếch tán Lưu ý xác định cơ chế khuếch tấn thực sự có hiện diện

hay không vì các yếu tố khác như tốc độ quét điện thế nhanh cũng có thể tạo

ra Tafel có dang gần giống Tafel do khống chế khuyếch tán Khuyếch tán thật

sự có mật độ giới hạn là hàm của tốc độ khuấy, vì vậy đối với những hệ thống

sản xuất có chất điện ly chuyển động qua cấu trúc kim loại, khi khảo sát bằngphương pháp Tafel phải kết hợp thêm điều kiện thủy động như khuấy dungdịch chất điện ly hoặc cho điện cực làm việc quay

* Xác định độ dốc Tafel

Là độ dốc của phẩn đoạn thẳng Tafel của mỗi nhánh, có thứ nguyên

Videcade của mật độ dòng: độ biến thiên điện thế khi mật độ dòng tăng 10lần

Luôn vGn tốt nghiệp khóo 2000 SVTH: Mai Thị Hỏi Hd

Giá trị độ dốc Tafel được dùng trong phương trình tính tốc độ ăn mònStern-Geary Khi tiến hành các phương pháp điện hóa khác có thể lấy độ đốckhoảng 60-120 mV mà không cần do từ Tafel

„ Xảy ra khi điện trở dung dịch cao Dòng đo được có thể nhỏ hơn dòng

thực đáng kể nếu số liệu Tafel không hiệu chỉnh cho điện trở dung

dịch không bù.

«- Dang điện cực bất đối xứng (có thể gây ra ăn mòn cục bộ).

+ Do khi điện cực chưa ổn định

+ Tốc độ thay đổi điện thế quá nhanh nên lớp điện kép (EDL) không

kịp ổn định

* Giới hạn của phương pháp:

+ Chỉ đo được một số lần giới hạn trên một điện cực vì sự phân cực

mạnh làm bể mặt điện cực trở nên nhám (không có công thức nàoquy định số lần lặp lại cho phép trước khi phải thay mới điện cực)

Nghiên cứu cho thấy OCP có thể thay đổi trong phạm vi 100 mV khi

điện cực chưa bị phân cực Do đó người ta để nghị đối với những hệchưa biết rõ giới hạn biến thiên của OCP thì nên thay điện cực khiOCP sau khi đo vượt quá OCP đầu tiên 100 mV

+ Tafel không cho biết kim loại có bị thụ động hay không, cũng như

không cho biết về ăn mòn cục bộ.

Phải phân cực anốt nhiều hơn để biết thêm thông tin: phương pháp tổng

trở là một phương pháp mới, trong đó phân cực được tiến hành bằng điện thế

10

Luận van tốt nghiệp khóa 2000 SVTH: Mai Thị Hỏi Hd

xoay chiều ở các tần số khác nhau Phương pháp này cho phép hiểu sâu hơn vềquá trình ăn mòn so với các phương pháp phân cực một chiều

1.3 CHẤT ỨC CHẾ ĂN MÒN KIM LOẠI

1.3.1 Khái niệm

Chất ức chế là chất mà khi đưa vào môi trường ăn mòn với hàm lượng

nhỏ có thể làm giảm đáng kể tốc độ ăn mòn kim loại Quá trình ức chế hiện

nay vẫn chưa được hiểu biết một cách đầy đủ Các chất ức chế phan lớn tìm ranhờ kinh nghiệm, một số có nguồn gốc tự nhiên nên thành phần không rõ ràng.

Các chất ức chế bảo vệ kim loại bằng cách giảm tốc độ hòa tan anốt kim loại (gọi là chất ức chế anốt) hoặc làm giảm tốc độ phản ứng catốt (gọi là

chất ức chế catốt) Các chất ức chế hỗn hợp kìm hãm đồng thời cả 2 quá trình

không bị che phủ thì phản ứng catốt sẽ kích thích ăn mòn mạnh tại điểm đó tạo ra

ăn mòn lỗ hoặc khi nồng độ chất ức chế bị giảm mạnh dưới mức tới hạn thì mộtphần lớp oxít bị phá hủy, không tái tạo lại được gây ra ăn mòn lỗ (thế điện cực củavùng bị phá huỷ chuyển đến thế ăn mòn hoạt động), không những thế phan kimloại tan ra làm axít hóa cục bộ môi trường, dẫn đến dộ hoà tan kim loại càng tăng

* Chất ức chế không thụ động:

Hấp phụ lên bể mặt kim loại làm giảm tốc độ anốt, catốt, hoặc cả hai,

điện thế ăn mòn thay đổi rất ít.

Luận van tốt nghiệp khóa 2000 AM SVTH: Mai Thị Hỏi Hò

Gồm các chất hữu cơ: chúng bị hấp phụ trên bể mặt kim loại, làm giảm

tốc độ các phản ứng anốt, catốt hoặc cả hai Có tác dụng ngay ở hàm lượng rất

nhỏ (đủ để tạo ra lớp hấp phụ sít độ dày cỡ vài phân tử)

Nói chung chất ức chế thụ động có hiệu quả hơn.

* Một vài chất có tác động gián tiếp như một chất ức chế thụ động: chỉthể hiện tác dụng khi kết hợp với oxi có mặt trong dung dịch, gồm:

« Chất thuộc nhóm kiểm như natri hidroxit, natricacbonat: khi pH tăng thì mật độ dòng tới hạn thụ động trở nên rất thấp , làm cho kim loại bị thụ động

do phản ứng catốt khử oxi

« Muối photphat, borat va silicat: có tác dụng ức chế trong dung dịch

trung tính có không khí hòa tan Hoạt tính của chúng phụ thuộc sự tạo thành

các lớp bảo vệ trước đó (lớp màng oxit) trên bể mặt kim loai.[3]

Khi sử dụng chất ức chế, phải căn cứ vào điều kiện xử lý vật liệu và môi

trường Ví dụ như sự có mặt của các ion khác trong dung dịch, nhất là CT,

SO,*, H;S và các hóa chất thêm vào để chống thối nước, hạn chế sự phát triển

của các vi sinh vật có thể ảnh hưởng lên hàm lượng hiệu quả cần sử dụng củachất ức chế, có thể cộng hưởng hay làm giảm tác dụng ức chế.

1.3.3 Một số ứng dụng của chất ức chế

* Các lớp sơn trong chừng mực nào đó đều có thấm nước và oxi, do đóngười ta thường cho thêm chất ức chế dưới dạng các chất màu và lớp sơn lót

(ví dụ Pb;yO;, ZnCrO,).[1]

* Bảo vệ gang, thép trong các dung dich muối: dùng NaNO).

* Bảo vệ các hệ thống làm lạnh tuần hoàn bằng nước (bao gồm tháp

làm mát, hệ thống đun sôi nước, khử mặn, tháp lọc khí, lò thổi gió, hệ thốngtháo nước cặn, thiết bị diéu hoà nhiệt, bộ phận thẩm thấu ngược, thiết bị bốc

hơi đường, hệ thống xử lý nước ): [13]

+ K;Cr;O;, K;CrO;.

12

Luộn van tốt nghiệp khóo 2000 SVTH: Mai Thị Hỏi HO

- Hỗn hợp orthophosphate (có thể là một trong số các chất sau: NayPO,,

LINa;PO,, NaK;PO,, MgNaPO,, Na;Mg;(PO,);) và sodium silicate (Na;SiOy,

Na,Si;O;, Na;Si:O;) tỷ lệ 3PO,:1SiO; về khối lượng (tính trên hàm lượng PO,

và SiO), không tinh các thành phần khác trong muối) có thể:

« Ức chế ăn mòn thép carbon trong hệ nước, đặc biệt là nước có oxi hòa tan

« Lam an định ion mangan, sắt và sản phẩm phản ứng của chúng

Thường gặp các ion này trong nước giếng Hợp chất của chúng có thểtích tụ trên bể mặt kim loại, gia tốc cho quá trình ăn mòn và làm giảm khả

năng tải nhiệt.

+ Giảm khả năng hòa tan của chi (lọc chì)

Dùng orthophosphate nổng độ thích hợp có thể làm giảm khả năng hòatan của chi trong cả nước kiểm mạnh và kiểm yếu, hiệu quả hơn là cách diéuchỉnh pH bằng carbonate

Việc thêm kẽm và polyphosphate vào hệ thống phân phối nước của

thành phố là một chương trình vừa xử lý hiệu quả ăn mòn, vừa làm an định sắt

và mangan Dù polyphosphate làm giảm khả năng hòa tan của chì không mạnh

như orthophosphate, nhưng kẽm và polyphosphate vẫn được ứng dụng rộng

rãi pH hiệu quả là từ 6 đến 7,5; tuy nhiên nên duy trì pH trên trung tính

Xử lý bang silicate sẽ làm chậm sự hòa tan của chì, tuy nhiên can thời

gian tương đối dai (gần 8 đến 9 tháng) để thấy được sự giảm hàm lượng chì.

Hiệu quả đài hạn này là do sự tạo thành chậm của lớp silicate chì bị ức chế về

mặt động học

13

Luôn van tốt nghiệp khóa 2000 SVTH: Mai Thị Hỏi Hà

CHƯƠNG2 PHƯƠNG PHÁP TONG TRG (EIS)

2.1 KHÁI NIỆM PHAN CỰC XOAY CHIEU (AC):

Phân cực xoay chiều là nội dung của phương pháp tổng trở: phân cực bằng

một dải tần số điện thế xoay chiéu (100kHz- vài mHz), có biên độ nhỏ (5 mV so

với OCP), độ lớn và hướng phân cực biến thiên tục từ đỉnh anốt đến đỉnh catốt.

So sánh với phương pháp phân cực một chiều (phương pháp DC): phân cực điện cực bằng dải thế một chiều gồm các giá trị độ lớn gián đoạn và hướng phân cực nhất dinh.[5, 6]

Hình 2.1 Điện áp xoay chiều tan số f dùng phân cực điện cực làm việc

Tín hiệu đáp ứng của bình đo được ghi lại dưới dạng phổ (đồ thị) Dựa vào đó để phân tích động học quá trình ăn mòn kim loại (các quá trình chuyển

điện tích, khuyếch tán, hấp phụ, ), xác định tốc độ ăn mòn, đặc biệt là tìm

hiểu đặc tính của các lớp phủ bảo vệ kim loại.

2.2 CƠ SỞ XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP:

2.2.1 Anh hưởng của điện thế xoay chiều lên mạch điện:

2.2.1.1 Trở kháng của mạch:

* Xét ứng đáp của mạch (2.2) khi áp vào điện thế xoay chiều

V(H=V,sin(ot):

14

Luôn van tốt nghiệp khóa 2000 SVTH: Mai Thị Hỏi Hò

f: tần số điện thế xoay chiều (Hz hay số chu ky/s).

œ =2nf: tần số góc của sóng sin (rad/s)

Hình 2.2 Mạch Randles đơn giản gồm tụ điện mắc song song với điện trở.

® Định luật Ohm được viết lại theo tần số như sau: V=1.ZZ: trở kháng của mạch, bao gồm tất cả các yếu tố can trở dòng điện nhưđiện trở, điện dung, cảm kháng (trong trường hợp điện một chiều Z tươngđương với điện trở R vì dòng điện một chiều chỉ qua điện trở)

® Dòng điện qua mạch:

= +C„ _ = ^› sin(wt)+C,V,t0005(cot) (2.1)

p ?

l()=

Dòng qua mạch gồm 2 thành phần: thành phần thứ | cùng pha với điện

thế áp vào, thành phần thứ 2 lệch pha 90° so với điện thế Khi do sẽ thu được

dòng tổng, không phải 2 dòng thành phan, nên phương trình này sẽ được biểu

diễn dưới dạng khác thuận tiện hơn:

Luôn vớn tốt nghiệp khóa 2000 SVTH: Mai Thị Hỏi Ha

1S 2

Vectơ thành phan x của

vectơ tổng trở

' '

Hình 2.6 Vectơ tổng trở Z và các véctơ thành phần trên trục x, y

Z còn được viết dưới dang số ảo như sau:

R Z= ——_ (24)

„Mô-đun tổng trở ÌZ| hay góc pha $ theo Igf: ta được đồ thị Bode

«Phan ảo Z” theo phần thực Z’ của tổng trở : ta được đồ thị Nyquist

2.2.1.2 Các dang phổ theo tần số điện thế xoay chiều - Liên hệ giữa phổ với giá trị các phần tử mạch điện:

Xét mạch (2.4):

16

Luận van tốt nghiệp khóc 2000 SVTH: Mai Thị Hỏi Ha

Hình 2.4 Mạch Randles gồm | điện trở mắc song song với 1 tụ điện, cả 2 mắc

nối với 1 điện trở.

Luôn van tốt nghiệp khóa 2000 SVTH: Mai Thị Hỏi Hd

® Các giá tri Ry, Rp, Cy có thể tìm lại trên phổ căn cứ vào phương trình (2.5):

«Z”= 0, tai tan số giới hạn cao: Z’= R,

‹Z.”= 0, tại tần số giới hạn thấp: Z’ = R, + Ry

Tại tần số f„„„ ứng với -Z.” cực đại: œ„„„= 2f„¿„ = l/ R;Cu

„Cụ có thể được tính nếu biết f„„„ tại đỉnh bán nguyệt và R, :

không thể tìm f„„„ từ phổ Nyquist vì phổ Nyquist không hiển thi các giá trị tin số tương ứng, tìm f„„, từ phổ góc pha Bode cũng không dé dàng.

« Cụ có thé tìm trực tiếp từ phổ Z.”- Igf (phổ này không chịu ảnh hưởng của

Ry)

_ SL -@C aR,

1+(@C,R,)

Khi œ lớn > Z” = -j/oCy = IgZ” = -lgCy - lg@

Ngoại suy đồ thị IgZ” - Igf đến œ = 1(f = 0,16Hz) = IgZ” = -lgCy

18

Luôn v lệp khóc 2000 SVTH: Mai Th

Hình 2.7 Phổ Bode IgZ”- Igf của mach (2.4) dùng ngoại suy xác định Cy

„Cụ có thể tìm từ đổ thị IglZI - Igf

Khi R, rất nhỏ và f lớn (@CR, lớn) thì từ (2.5) suy ra: IglZl = -lg@ - IgCy

Vậy ở những tan số cao, đồ thi là đường thẳng có độ dốc là -1, ngoạisuy đoạn thẳng này đến œ = 1 (f = 0,16 Hz) thu được IglZI = -lgCy

Tuy nhiên, tính như vậy có thể cho kết quả sai lệch lớn nếu R, đáng kể.

Để tránh R, có thể tính theo phổ lgZ” - Igf như ở trên vì R, không ảnh

Luôn van tốt nghiệp khóa 2000 SVTH: Mai Thị Hỏi Hà

2.2.1.3 Hằng số thời gian- Hình dạng của phổ:

Phân tích ứng đáp của mạch Randles (2.4) theo tần số điện thế xoay chiều:

® Khi áp điện thế xoay chiều tan số f vào mạch, tụ điện có sự tích điện

và phóng điện (khi điện thế đổi chiều) theo thời gian gây ra sự trễ pha 90° giữa

thế và dòng Điện trở không tích và phóng điện nên dòng điện qua nó cùng pha với điện thế:

Trở kháng của điện trở (Z=R) không phụ thuộc vào tần số và không cóphần ảo

Trở kháng của tụ điện (Zc= =-joC,, toán tử /=.x/-1chỉ sự lệch

joCypha 90” giữa dòng điện va thé áp vào tụ điện) là hàm của tan số va chi có phan

ảo Trở kháng của tụ sẽ giảm khi tăng tan số

@ Đặc trưng của phổ được quyết định bởi hằng số thời gian: t = R„Cạ

Khi áp dải tần số điện thế xoay chiéu vào mach, ở những tân số rất lớn

trở kháng của tụ không đáng kể, dòng điện chỉ qua R,, tổng trở của mach lúc này bằng chính giá trị điện trở R,, và góc pha bằng 0, phan ảo của tổng trở Z”

20

Luôn van tốt nghiệp khóa 2000 SVTH: Mai Thị Hỏi Hà

cũng bằng 0 Khi tần số giảm dần đến giá trị l/t, trở kháng của tụ tăng dần, tụ

và điện trở R, bắt đầu đóng góp vào ứng đáp của mạch, Z” tăng lên làm gócpha cũng thay đổi Khi tần số tiếp tục giảm xuống từ l/t, Zc tăng và bắt đầu

không cho dòng điện đi qua tụ, Z” giảm, góc pha giảm Ở những tan số thấp

(điện thế xoay chiều gần như điện thế một chiều) dòng điện chỉ qua 2 điện trở

Vậy hằng số thời gian sẽ gây ra:

‹ Dang bán nguyệt ở phổ Nyquist (bán nguyệt sẽ giống với một đường

thẳng hơn khi R, rất lớn)

„_ Giá trị độ dốc âm Độ dốc phụ thuộc tỷ lệ R/R, Nó sẽ tiến tới —1 khi

tỷ lệ này tăng (tức điện trở R, càng gần giá trị R„ thì đường thu được càng nằmngang, khi không có R, độ dốc là -1) Độ dốc bằng 0 khi mạch chỉ có điện trở

„_ Điểm uốn ở dé thị pha (tương ứng với vùng mà độ dốc Bode âm).

2.2 ANH HUGNG CUA ĐIỆN THẾ XOAY CHIEU LÊN HỆ AN MON

DIEN HOA:

2.2.1 Khái niệm mach điện tương đương:

Một hệ ăn mòn điện hóa có thể coi như tương đương với một mạch điện

gồm các phần tử thụ động như điện trở, tụ điện, cuộn cảm và các dạng trở

kháng khác

2.2.2 Mô tả một số quá trình điện cực bằng phần tử mạch điện:

1) Điện dung của lớp kép có thể coi như một tụ điện Cy Tuy nhiên thực

tế lớp kép không phải là một tụ điện lý tưởng, nên người ta thường dùng khái

niệm phan tử pha không đổi CPE thay cho tụ điện Nói rộng ra, CPE là cách

diễn tả chung cho rất nhiều phần tử mạch dién.[2, 6]

Tổng trở của CPE Z=A(@)“” 0<œ<l.

Khi A =1/C thi CPE mô tả một tụ điện; a =1 : Z là tụ điện lý tưởng; a

>0,8 : Z có thể xem là một tụ điện; œ = 1/2 : Z là tổng trở Warburg.

21

Luận văn tốt nghiệp khóa 2000 SVTH: Mai Thị Hỏi Ha

œ=0: Z là một điện trở

œ là hằng số kinh nghiệm, được đưa ra để giải thích sự hạ thấp xuống dưới

trục thực của bán nguyệt Ý nghĩa vật lý của nó hiện nay chưa được làm rõ

300

188

“100

Hình 2.10 Trở kháng của mạch R- CPE song song tại các œ khác nhau

2) Phản ứng cho, hay nhận electron coi như một điện trở chuyển điện tích Ry

3) Phản ứng Ox+ne->Red bị khống chế khuyếch tán bởi chất oxi hóa

(bỏ qua sự khuyếch tán của chất khử) được xem như tương đương với trở

khuyếch tán Warburg Z„, với Z„= (1-j)øœ 12

Trong đó o= là hằng số WarburgRT

(nF)}C, j2D,

D, : Hệ số khuyếch tán của chất oxi hóa

C, : nồng độ chất oxi hóa trong dung dich

Tổng trở Warburg tương đương với một điện trở R„= ơœ '? và một tụ điện

Cy= oo!” mắc nối tiếp [2]

4) Quá trình Ox+ne->Red bị khống chế hỗn hợp (gém giai đoạnkhuyếch tán chất phản ứng, hoặc sản phẩm phản ứng đến và đi từ bể mặt kimloại và giai đoạn nối tiếp là giai đoạn trao đổi điện tích giữa chất phản ứng và

kim loại) ( quá trình này gọi là quá trình Faraday vì nó tuân thủ theo các định

luật Faraday) Quá trình này được biểu thị bằng một tổng trở Faraday

Z4= Ra + (1-j) ơø''2 : gồm Ry mắc nối tiếp với Z,

Phan thực Z¿' = R + øœ'*2

22

Hình 2.11 Đồ thị Zạ`(Z4")-œ "2

Các đường thẳng có độ dốc là o Khi R„ tiến tới 0 phản ứng là thuận nghịch:

Z4= Zy = -(1-j)øœ "2

Tổng trở quá trình Faraday Z¿ còn được phân thành điện trở R, mắc nối

tiếp giả điện dung C, Tổng trở Faraday còn gọi là tổng trở Randles.

5) Điện thế rơi trong dung dịch giữa điện cực làm việc và đầu ống mao

quản của điện cực so sánh được xem là do điện trở dung dịch R, (còn gọi là

điện trở dung dịch không bù)

Các thành phẩn này có nhiều cách kết hợp để tạo thành mạch tương

đương và việc lựa chọn một trong những mạch tương đương đó phải căn cứ trên

sự hiểu biết về động học các quá trình điện hóa thật sự diễn ra trong hệ khảo

sát tức các phần tử trong mạch phải có ý nghĩa vật lý diễn tả được sự ăn mòn.

2.3 MẠCH TƯƠNG ĐƯƠNG CỦA MỘT SỐ HỆ ĂN MÒN ĐIỆN HÓA VÀ

DANG PHO TƯƠNG UNG:

1)

Hình 2.12 Mach tương đương phổ biến khi dé cập về ăn mòn.

23

Luôn van tốt nghiệp khóa 2000 SVTH: Mai Thị Hải Hò

Đây là mạch Randles rất phổ biến cho hệ ăn mòn Vi, ăn mòn bao gồm

quá trình chuyển chất oxi hóa trong dung dịch đến bể mặt điện cực, quá trìnhchuyển điện tích giữa kim loại và chất oxi hóa gắn lién với sự tạo thành của

lớp điện kép có cấu trúc gần giống một tụ điện, nên có thể mô tả bằng một

điện trở phân cực R, mắc song song với một tụ điện Cy, hoặc điện trở chuyển

điện tích R,, nối tiếp trở khuyếch tán W và mắc song song với Cy).

Phổ cho mạch (2.12 a) sẽ gan với dạng phổ (2.5) và (2.6), chỉ có | hằng

số thời gian, nhưng đối với các hệ ăn mòn phổ thường bị biến dạng phức tạp

-Đường kính của bán nguyệt `"

Hình 2.13 Phổ Nyquist bị biến dạng với tâm bán nguyệt hạ thấp xuống dưới trục thực

Phổ cho mạch (2.12b) sẽ có 2 hằng số thời gian: một cho ăn mòn và một chokhuyếch tán Warburg

100000

(0.005 Hz)

Khuvéch tán

0 20000 40000 60000 90000 100000

Real component of impedance z'

Hình 2.14 Phổ Nyquist có khuyếch tán Warburg: phần ứng với những tần số

thấp gần như là một đoạn thẳng.

24

Luận vớn tốt nghiệp khóa 2000 SVTH: Mai Thị Hỏi Hà

5.5 S5 _

Hình 2.15 Phổ góc pha Bode có khuyếch tán Warburg

2) Mạch tương đương có sự tách bạch quá trình anốt và catốt

Hình 2.17 Mạch tương đương với 2 nhánh anốt và catốt song song.

Mach được xây dựng với ý nghĩa vật lý của các phan tử : điện trở dung dịch

R, điện dung lớp kép và trở kháng faraday của quá trình điện cực Trở kháng

faraday là sự mắc song song của trở kháng phản ứng anốt và catốt Dé giải thích các

25

Luôn van tốt nghiệp khóa 2000 SVTH: Mai Thị Hỏi Ha

đáp ứng có thể khác, trở kháng faraday có thể xem là do các quá trình khống chế ăn

mòn khac.[6]

3)

Hình 2.18 Một dạng mạch tương đương của kim loại bị ăn mòn.

Mạch tương đương được xây dựng với giả thiết phản ứng anốt bị khống

chế chuyển điện tích và được đặc trưng bằng Ry, , phản ứng catốt bi khống

chế hỗn hợp và được biểu thị bằng điện trở chuyển điện tích mắc nối tiếp với

Luôn vGn tốt nghiệp khóa 2000 SVTH: Mai Thị Hỏi Hà

4) Kim loại có lớp phủ bị ăn mòn :

* Cấu trúc bể mặt kim loại và mạch tương đương được để nghị như sau:

Hew

Rite coi Axl

R.«

Hình 2.20 Cấu trúc lớp tiếp giáp điện hóa giữa kim loại có lớp phủ bị ăn

mòn/ dung dịch chất điện ly và mạch tương đương

@ Chất điện hoạt e ion kim loại

+ cation - anion ® nước

Phần mach mô tả sự ăn mòn kim loại được lồng vào trong mạch của lớp

phủ thay vì mắc nối tiếp với ý nghĩa những lỗ hổng trên lớp phủ có thể gây ra

ăn mòn kim loại (do chất điện ly có thể tiếp xúc trực tiếp với kim loại nền ).

Như vậy mạch này tương đương với hệ mà lớp phủ có khả năng bảo vệ kim

loại kém.

* Phân tích ứng đáp của mach theo các tấn số: £5}

Mạch điện hóa phản ứng khác nhau ở những tần số khác nhau :

+ Tần số cao (10° Hz)

27

Luôn van tét nghiệp khóa 2000 SVTH: Mai Thị Hỏi Ha

Điện thế thay đổi độ lớn và hướng phân cực nhanh đến mức tụ điệnEDL và lớp phủ không kịp phản ứng, do vậy không ảnh hưởng đến phân cực(chúng dường như không tổn tại) Điện trở dung dịch Rs là phan tử duy nhất

can trở phân cực (những phân tử không bị phân cực biểu diễn bằng đường

chấm chấm)

Hình 2.21 Con đường phân cực ở tần số cao

+ Tan số f tiến tới nghịch đảo hằng số thời gian lớp phủ

Vì hằng số thời gian lớp phủ thường nhỏ hơn hằng số thời gian EDL, nênnhững tần số này "vượt” qua tụ điện EDL (tụ điện EDL không tổn tai)

Hình 2.22 Con đường phân cực khi tần số tiến tới nghịch đảo hằng số

thời gian lớp phủ.

+ Nghịch đảo hằng số thời gian EDL < tan số f < nghịch đảo hằng số

thời gian lớp phủ

28

Luộn vốn tốt khóc 2000 SVTH: Mai Thị Hỏi Hd

Tu điện EDL không cản trở phân cực Tuy nhiên đối với lớp phủ, cáctan số này được xem là thấp, điện thế xoay chiều tác động gần như điện thếmột chiều Do vậy không có dòng qua tụ điện lớp phủ

« f tiến tới nghịch đảo hằng số thời gian EDL

Phân cực qua Cen, và tất cả điện trở.

Hình 2.24 Con đường phân cực khi tần số tiến tới nghịch đảo hằng số

thời gian lớp điện kép EDL

Cụy pra và Cenc phản ứng với những tần số thấp giống như với điện thế |

chiểu: không cho dòng điện đi qua, vì thế phân cực ở tần số thấp sẽ qua tất cả

các điện trở

Luôn van tốt nghiệp khóa 2000 SVTH: Mai Thị Hỏi HG

Cidp pha

Hình 2.25 Con đường phân cực ở tan số thấp

Vậy hệ kim loại có lớp phủ có 2 hằng số thời gian: phổ Nyquist có 2 bán

nguyệt, một cho ăn mòn kim loại ở những tần số thấp, và một cho lớp phủ ở

những tần số cao Phổ IgZ-lgf có 2 đoạn độ dốc âm và phổ góc pha-lgf có 2 điểm uốn Xét ví dụ phổ phân cực của hệ có 2 hằng số thời gian là thép mềm

1018 phủ epoxy trong dung dịch KC! 1M

Hình 2.26 Phổ Nyquist của thép mềm 1018 phủ epoxy trong dung dịch

KCI 1M (hệ 2 hằng số thời gian)

30

Luôn van tốt nghiệp khóa 2000 SVTH: Mai Thị Hải Ha

Hằng số thời gian

Lớp phủ

Hình 2.27 Phổ độ lớn Bode của thép mềm 1018 phủ epoxy trong dung

dịch KCI IM (hệ 2 hằng số thời gian)

Hình 2.28 Phổ Bode góc pha của thép mềm 1018 phủ epoxy trong dung

dịch KCI 1M (hệ 2 hằng số thời gian)

Vậy số lượng và độ lớn của các hằng số thời gian sẽ quyết định cáchphân cực của điện cực, do vậy quyết định dạng đồ thị

Có rất nhiều yếu tố và nhiều quá trình tạo ra hằng số thời gian Khi cáchằng số thời gian lệch nhau ít nhất một bậc về độ lớn, chúng sẽ tạo ra các bán

nguyệt khác nhau không trùng lên nhau, và đặc trưng cho từng quá trình cụ

thể Còn nếu không chúng sẽ tạo ra các phổ méo mó, hay có số liệu phân tán.

31

Luộn van tốt nghiệp khóa 2000 SVTH: Mal Thị Hỏi Ha

Các nguồn tạo ra hằng số thời gian:

+ Lớp điện kép EDL.

+ Lớp phủ: lớp phủ cũng có hoạt tính điện dung và tính chất điện trở vì

H;O va ion sẽ khuếch tán vào trong lớp phủ khi lớp phủ bị xước hoặc do tác

động phân cực và làm thay đổi tính không dẫn điện của lớp phủ Chuyển động

này của các ion và nước bị cản trở bởi hình thái lớp phủ (coating morphology)

tạo ra điện trở lỗ (còn gọi là pore resistance) Phân cực AC ở những tần số lớn

có thể mô tả được quá trình này Hằng số thời gian lớp phủ có thể thay đổi theo

thời gian khi nồng độ chất điện ly trong lớp phủ thay đổi

+ Sự khống chế khuyếch tan các phản ứng điện cực.

+ Sự ăn mòn lỗ (làm phân tán số liệu ở những tần số thấp).

Sự hấp phụ và nhả hấp các chất điện hoạt, các chất ức chế

- Sự không đồng nhất của bé mặt (tinh thể có lỗ trống, có các chất lạ ),

độ nhám của bể mặt cũng tạo ra các hằng số thời gian bội làm méo mó bánnguyệt và điểm uốn ( chưa tạo ra một bán nguyệt khác)

Vậy nhờ các tần số thích hợp (dao động với cùng tốc độ của một quá

trình nào đó trong hệ) mà EIS có thể nhận diện được (tách biệt được) các quá

trình vật lý hay hóa học đang chi phối hệ, từ đó thu được thông tin đầy đủ hơn

về cơ chế cũng như vận tốc ăn mòn của hệ Đây chính là điểm rất mạnh của

EIS, vượt trên các phương pháp phân cực một chiều

2.4 PHÂN TÍCH VÀ THÔNG DỊCH SỐ LIỆU EIS:

2.4.1 Trực tiếp từ phổ:

Cách phân tích này đã được dé cập ở mục 2.2.1.2 Thường dùng khi ứng

đáp của hệ không quá phức tạp (gần với ứng đáp lý tưởng của mạch điện thuần

32

Luôn van tốt nghiệp kh6a 2000 _ SVTH: Mai Thi Hỏi Ha

túy) Khi đó bằng cách ngoại suy từ các phổ ta có thể dự đoán được các giá trị

của các phan tử trong mạch Rg, Rp, Ry, Cạ hoặc căn cứ vào hình dạng phổ xác

định số lượng hằng số thời gian và dự đoán sơ lược các quá trình tạo ra chúng.

Cách phân tích này có thể được tiến hành khi số liệu đang được thu thập

và giúp xác định sớm những trục trặc của thí nghiệm.

Nếu hệ bị khống chế khuyếch tán (tổng trở Warburg): d6 thị bị biến

dạng ở tần số thấp và thường có dạng sau:

Hình 2.29 Ngoại suy phổ Nyquist bị khống chế khuyếch tán

Ngoại suy vùng bán nguyệt đến trục thực Z’ suy ra trở chuyển điện tích R„ Trong trường hợp ít thuận lợi hơn như (c) (d) việc ngoại suy không dé

dàng, nếu không muốn nói là không được.

33

_ §VTH: Mai Thị Hỏi Hà

z'

Hình 13 Biến thiên phổ theo chiểu tăng

không chế khuếch tin từ (a) -(d)

Hình 2.30 Biến thiên phổ theo chiéu tăng trở kháng khuyếch tán

Luận van tốt nghiệp khóa 2000 SVTH: Mai Thị Hỏi Hò

Phân tích trực tiếp từ phổ thường gặp khó khăn khi dữ liệu không đạtđược đến tan số giới hạn thấp và chỉ cho được | phần bán nguyệt: thường xảy

ra khi RC lớn ở kim loại thụ động, hoặc kim loại có lớp màng xốp, dẫn điện.Trong trường hợp này việc ngoại suy tìm các giá trị ở tan số thấp là không