2.4. Các phƣơng pháp nghiên cứu đặc trƣng của sơn
2.4.5. Đo tổng trở
Mục đích: Tổng trở điện hóa là phương pháp động cho phép phân tích các q trình điện hóa theo từng giai đoạn, dùng để nghiên cứu các q trình ăn mịn điện hóa xảy ra trên bề mặt kim loại. Phương pháp này xác định được chính xác các thơng số của màng phủ như: điện trở màng Rf, điện dung màng Cf và đánh giá đúng tình trạng của mẫu, khơng áp đặt điều kiện bên ngồi (phương pháp nghiên cứu khơng phá hủy) và phán đốn được q trình ăn mịn [9, 12].
Nguyên tắc: Áp một xung điện xoay chiều có biên độ thấp lên một điện thế tĩnh của
điện cực và theo dõi dòng phản hổi 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) với ω là tần số góc: ω = 2 f
Biến thiên suất điện động xoay chiều là kết quả giao thoa của xung điện (∆Et) với thế tĩnh của điện cực (Eo): Et = Eo + ∆Et = Eo + ∆E sin(ωt)
Ở khoảng biên độ (∆Et) đủ nhỏ thì dịng phản hồi sẽ có dạng: It = Io + ∆It với ∆It = ∆Im sin(ωt + φ)
Trong đó φ là độ lệch pha giữa dòng điện phản hồi với xung điện xoay chiều. Từ kết quả ∆It ta xác định được tổng trở (Z) tại tần số góc ω:
Hình 2.8: Mối quan hệ giữa phần thực và phần ảo của giản đồ Nyguist.
Ở một tần số f cho trước, tổng trở được biểu diễn dưới dạng phức: Z = Zr + jZi 2 = 2 + 2
với Zr, Zi tương ứng là phần thực và phần ảo.
Có hai phương pháp biểu diễn trong phép đo tổng trở: giản đồ Bode và giản đồ Nyquist.
Giản đồ Nyquist: Để biểu diễn biến thiên của tổng trở Z(ω) theo tần số f, giản dồ 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. Tại mỗi điểm trên đường cong ta có một vectơ tổng trở tạo bởi phần thực (Z’) và phần ảo (-Z”) biểu diễn tương ứng trên hai trục vng góc. Các thơng số ở vùng tần số cao (103 Hz – 105 Hz) đặc trưng cho tính chất của màng sơn, cịn các thơng số ở vùng tần số thấp (10-3
Hz – 101 Hz) đặc trưng cho các quá trình ăn mịn (Faraday) trên giao diện màng sơn/kim loại.
Mơ hình mạch điện tương đương được áp dụng cho kim loại được phủ lớp màng hữu cơ được mơ tả như sau:
Hình 2.9: Sơ đồ mạch điện tương đương của kim loại phủ màng sơn
Giản đồ Bode: Giản đồ này được đặt theo tên của Hendrick Wade Bode. Nó thường
được dùng theo cặp đôi modul tổng trở: log Z theo log f và log Ф (Ф: góc pha) theo tần số log f.
Hình 2.10: Giản đồ Bode về sự biến đổi modul tổng trở theo tần số và sự biến đổi của góc pha theo tần số.
Quá trình ăn mịn kim loại được xác định thơng qua việc đo tổng trở bao gồm điện trở phân cực Rp, điện trở màng qua lỗ rò R và điện dung của màng sơn C .
Hình 2.11: Sơ đồ điện cực đo tổng trở.
Cực làm việc là tấm thép phủ A-Zn được phủ trên đó màng sơn, kẹp một ống thủy tinh hình trụ vào tấm thép, sau đó đổ dung dịch NaCl 3% vào đó. Diện tích tiếp xúc của tấm thép với dung dịch điện ly là 28 cm2. Điện cực so sánh là điện cực calomen bão hòa. Điện cực đối là điện cực lưới platin. Phổ tổng trở được đo trên máy AUTOLAB 30 tại Viện kĩ thuật nhiệt đới, Viện khoa học và công nghệ Việt Nam. Các phép đo đặt ở chế độ quét tự động từ dải tần số 100 kHz đến 10 mHz.
Đặc điểm: Các chất phủ tốt thường cho thấy ít có sự biến đổi của điện trở theo thời gian, có thể là khi đó số lượng các lỗ rị của màng sơn khá nhỏ nghĩa là màng sơn bảo vệ tốt bề mặt kim loại. Các chất phủ kém hơn thường cho thấy có sự giảm dần của tổng trở, có thể ngun nhân là do sự hình thành nhiều hơn và lớn hơn của các lỗ rò của màng sơn và làm tăng nhanh bề mặt tiếp xúc của nền kim loại dễ phản ứng với mơi trường có tính ăn mịn dẫn đến tổng trở giảm, nghĩa là màng sơn bảo vệ bề mặt kim loại.
CHƢƠNG 3 – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN