CHƢƠNG 2 : THỰC NGHIỆM
2.3. Các phƣơng pháp nghiên cứu
2.3.3. Phương pháp tổng trở điện hóa
Tổng trở điện hoá là phƣơng pháp cho phép phân tích các q trình điện hố theo từng giai đoạn. Đây là một trong các phƣơng pháp hữu hiệu để nghiên cứu các quá trình ăn mịn điện hố xảy ra trên bề mặt phân chia pha. Đây cũng là phƣơng pháp hiện đại cho kết quả có độ tin cậy cao, có thể xác định đƣợc chính xác các thơng số của màng sơn nhƣ: điện trở màng Rf, điện dung màng Cf và đánh giá đúng tình trạng của mẫu, khơng áp đặt điều kiện bên ngồi (phƣơng pháp nghiên cứu khơng phá huỷ) và phán đốn đƣợc q trình ăn mịn.
Ngun tắc của phƣơng 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 dịng phản hồi có dạng:
It = Io + ∆It Với ∆It = ∆I sin( ωt + θ )
Trong đó θ là độ lệch pha giữa dịng điện phản hồi với xung điện xoay chiều. Tổng trở Z là tỉ số giữa xung điện thế trên xung động dòng thu đƣợc:
Z =
It Et
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 đƣờng cong có dạng hình bán nguyệt mà ở đó giá trị tần số giảm dần.
Dựa trên các giai đoạn của hiện tƣợng ăn mịn điện hóa trong hệ dung dịch điện li /màng sơn/kim loại, ta chia ra các trƣờng 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 nhƣ sau: Re Cf Phần thực Phần ảo
Hình 2.4: 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 nhƣng chƣa 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 2.5 : Sơ đồ mạch 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 tƣơng ứng là: Phần thực P h ầ n ảo
Hình 2.6: 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 trƣng cho tính chất của màng sơn, cịn các thơng số cung ở tần số thấp (Rp, Cđl) đặc trƣng cho các q trình ăn mịn 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 đƣợc chụp ống PVC hình trụ có chứa dung dịch NaCl 3%, diện tích tiếp xúc của bề mặt mẫu với môi trƣờng xâm thực là 28 cm2, điện cực so sánh là điện cực calomen bão hòa, điện cực đối là điện cực platin. Điện cực so sánh (SCE) NaCl3% Điện cực đối (Pt) Điện cực so sánh (SCE) NaCl3% Điện cực đối (Pt)
Hình 2.7: Sơ đồ đo tổng trở màng sơn
Phổ tổng trở đƣợc 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.