Phân cực thế động: Đường cong phân cực là đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa
điện thế điện cực và mật độ dòng điện, là một công cụ hữu ích để nghiên cứu quá trình điện cực. Đường cong phân cực có thể được đo theo ba phương pháp sau: phương pháp dòng tĩnh (Galvanostatic), phương pháp thế tĩnh (Potentiostatic) và phương pháp thế động (Potentiondynamic). Trong phương pháp thế động: điện thế
Dòng catốt
ngoại suy Độ dốc a
Ecorr, Icorr Độ dốc c Dòng anốt ngoại suy
được quét trong một khoảng điện thế rộng từ x (V) đến +y (V) so với điện thế ăn mòn, tốc độ quét tùy thuộc mỗi nghiên cứu. Trong quá trình quét thế, kim loại có thể chịu tác dụng của các phản ứng điện hóa, các dòng anốt và catốt có thể làm thay đổi nhiều tính chất của chúng [6]. Kết quả đo đường cong phân cực bằng phương pháp thế động được biểu diễn dạng E-logI như trong Hình 1.4.
E
LogI Hình 1.4. Đường cong phân cực đo bằng phương pháp thế động.
Phép đo đường phân cực có thể xem là mở rộng phép đo điện thế ăn mòn Ecorr
mà không có dòng phân cực từ dòng ngoài (I = 0). Việc đo đường phân cực có thể thực hiện bằng hai cách:
Áp dòng ngoài I ≠ 0 và đo thế, nghĩa là đặt vào hệ một giá trị mật độ dòng không đổi (I = const) và đo giá trị thế E khi đạt trạng thái ổn định và xác định sự phụ thuộc của mật độ dòng vào thế. Phương pháp đó gọi là phương pháp dòng tĩnh (Galvanostatic).
Áp một giá trị thế không đổi từ nguồn điện bên ngoài nhờ một máy ổn áp (Potentiostatic, E = const) đo giá trị dòng I khi đạt trạng thái ổn định và xác định sự phụ thuộc của dòng vào thế hoặc thế vào dòng và được gọi là đường phân cực.
Qua đồ thị đường cong phân cực, bằng cách ngoại suy Tafel các phần tuyến tính của đồ thị E-logI tại điện thế ăn mòn có thể xác định được dòng ăn mòn Icorr. Việc ngoại suy có thể được thực hiện với một trong hai nhánh anốt hoặc catốt hay từ
cả hai nhánh anốt và catốt của đường cong phân cực. Giá trị dòng anốt hoặc dòng catốt tại chỗ giao nhau tương ứng với điện thế ăn mòn Ec chính là dòng ăn mòn.
Ngoài ra, từ đường cong phân cực có thể cho thêm các thông tin về động học (các hệ số a và c) của quá trình anốt và catốt, cũng như cơ chế ức chế của chất ức chế (ức chế anốt, catốt hay ức chế hỗn hợp).
Phương pháp phân cực tuyến tính: Phương pháp này dựa trên việc xác định điện trở phân cực của hệ ăn mòn, tức là xác định độ dốc của đường cong phân cực tại điện thế ổn định - điện thế ăn mòn Ec (trạng thái không có dòng điện). Tại miền điện thế nhỏ xung quanh Ec có thể coi đường cong phân cực là tuyến tính [6]. Khi đó điện trở phân cực Rp được xác định theo công thức :
R dE ( )
p dI
I 0
(1.73) Rp cần phải đo một đoạn của đường cong phân cực ở 2 phía của điện thế ăn mòn ±5 mV đến ±30 mV và lấy hệ số góc của đường cong phân cực tại điện thế ăn mòn.
Hình 1.5. Đồ thị xác định điện trở phân cực. Phản ứng trên anốt: Phản ứng trên anốt: M Mn ne (1.74)
zH+ + ze z
H
2 2
(1.75)
Tại khoảng thế phân cực ΔE rất nhỏ so với Ecorr, ΔE = ±10 mV, sự phụ thuộc của ΔE vào mật độ dòng (thí nghiệm với điện cực có diện tích 1 cm2) là tuyến tính
I B corr Rp (1.76) B a .c 2,303a c (1.77)
Trong đó, B là hằng số Stern-Geary; a, c là độ dốc Tafel của đường cong phân cực anốt và catốt.
Phương pháp điện trở phân cực là phương pháp thường được sử dụng để xác định tốc độ ăn mòn tức thời của kim loại. Đây là kỹ thuật đơn giản trong việc xác định ảnh hưởng của thời gian đến sự ăn mòn [132].
Kỹ thuật này cũng được áp dụng để tính tốc độ ăn mòn của kim loại trong dung dịch có và không có chất ức chế ăn mòn. Từ điện trở phân cực hay dòng ăn mòn thu được cũng sẽ xác định được hiệu quả bảo vệ của chất ức chế ăn mòn.