4. Nhiệm vụ nghiên cứu:
2.4.3. Phương pháp tổng trở điện hóa
Tổng trở điện hoá là phương pháp cho phép phân tích các quá trình điện hoá theo từng giai đoạn. Đây là một trong các phương pháp hữu hiệu để nghiên cứu các quá trình ăn mòn điện hoá xảy ra trên bề mặt phân chia pha. Đây cũng là phương
pháp hiện đại cho kết quả có độ tin cậy cao, có thể xác định được chính xác các thông số của màng sơn như: điện trở màng Rf, điện dung màng Cf và đánh giá đúng tình trạng của mẫu, không áp đặt điều kiện bên ngoài (phương pháp nghiên cứu không phá huỷ) và phán đoán được quá trình ăn mòn.
Nguyên tắc của phương pháp là: áp một xung điện xoay chiều có biên độ thấp lên điện thế tĩnh của điện cực và theo dõi dòng điện phản hồi ở các tần số khác nhau.
Xung điện xoay chiều đặt vào điện cực là một hàm sin của tần số ( f ): ∆Et = ∆E sin(ωt) = ∆E sin( 2ft )
Với ω là tần số góc: ω = 2ft
Biến thiên suất điện động xoay chiều là kết quả giao thoa của xung điện (∆E(t)) với thế tĩnh của điện cực ( Eo ):
Et = Eo + ∆Et = Eo +∆E sin( ω t )
Ở khoảng biên độ ( ∆E(t) ) đủ nhỏ thì dòng phản hồi có dạng: It = Io + ∆It Với ∆It = ∆I sin( ωt + θ )
Trong đó θ là độ lệch pha giữa dòng điện phản hồi với xung điện xoay chiều. Tổng trở Z là tỉ số giữa xung điện thế trên xung động dòng thu được:
Z =
It Et
Có hai phương pháp biểu diễn trong phép đo tổng trở là: giản đồ Bode và giản đồ Nyquist.
Giản đồ Nyquist: biểu diễn tổng trở ở các giá trị khác nhau của tần số. Giản đồ Nyquist cho phép dựng trên một mặt phẳng một đường cong có dạng hình bán nguyệt mà ở đó giá trị tần số giảm dần.
Dựa trên các giai đoạn của hiện tượng ăn mòn điện hóa trong hệ dung dịch điện li /màng sơn/kim loại, ta chia ra các trường hợp sau:
- Khi màng sơn ngăn cách hoàn toàn dung dịch điện li với kim loại, ta có sơ đồ mạch điện (gồm có điện trở dung dịch điện li Re nối tiếp với điện dung màng sơn Cf) và phổ tổng trở như sau:
Re
Cf
Phần thực
Phần
ảo
Hình 2.2. Sơ đồ mạch điện và phổ tổng trở khi màng sơn ngăn cách hoàn toàn kim loại khỏi dung dịch điện ly
- Khi dung dịch điện li ngấm vào màng sơn nhưng chưa tiếp xúc với bề mặt kim loại, do đó xuất hiện thêm điện trở màng Rf .
f C Re R f f C Re R f C Re R f Phần thực P hầ n ảo
Hình 2.3. Sơ đồmạch điện và phổ tổng trở khi dung dịch điện li ngấm vào màng sơn nhưng chưa tiếp xúc với bề mặt kim loại
- Khi dung dịch điện li đã tiếp xúc với bề mặt kim loại, do đó xuất hiện thêm điện dung của lớp điện kép Cđl và điện trở phân cực Rp. Sơ đồ mạch điện và phổ tổng trở tương ứng là: Phần thực P hầ n ảo
Hình 2.4. Sơ đồ mạch điện và phổ tổng trở khi dung dịch điện li tiếp xúc với bề mặt kim loại
Các thông số cung ở tần số cao (Rf, Cf) đặc trưng cho tính chất của màng sơn, còn các thông số cung ở tần số thấp (Rp, Cđl) đặc trưng cho các quá trình ăn mòn trên bề mặt kim loại.
Sơ đồ đo tổng trở là hệ 3 điện cực: điện cực làm việc là mẫu thép phủ màng sơn được chụp ống PVC hình trụ có chứa dung dịch NaCl 3%, diện tích tiếp xúc của bề mặt mẫu với môi trường xâm thực là 28 cm2, điện cực so sánh là điện cực calomen bão hòa, điện cực đối là điện cực platin.
Hình 2.5. Sơ đồ đo tổng trở màng sơn
Phổ tổng trở được đo trên máy AUTOLAB P30. Các phép đo đặt ở chế độ quét tự động trong dải tần số từ 100 kHz đến 10 mHz.