2.2.1. Phương pháp điện hóa
2.2.1.1.Đường cong phân cực
Trong ăn mòn kim loại, các phản ứng anôt và catôt được biểu diễn bằng đường cong phân cực φ = f(I), hình 2.2, trong đó φ là điện thế của kim loại/dung dịch so với thế của một điện cực so sánh nào đó (φ = φN + η).
Trong môi trường này, quá trình điện hóa được mô tả bởi phương trình Tafel: i b a+ lg = η
với a = - 2,303βalgi và b = 2,303βa
Hình 2.2. Đường phân cực anôt và catôt
Khi cường độ dòng Ia = |Ic| là cường độ dòng ăn mòn Icorr ứng với thế ăn mòn φcorr . Giản đồ để đánh giá ăn mòn được xây dựng trong hệ tọa độ φ = f (|I|) hoặc φ = f(lg|I|).[18],[94]
Phương pháp đo dòng ăn mòn và tính tốc độ ăn mòn:
Để thu được đường Tafel, tiến hành quét thế trong khoảng ±250 mV từ thế Eo. Thu được đường Tafel ở dạng logarit, hoặc đường tuyến tính. Từ các kết quả thu được của phép đo, như: mật độ dòng, điện trở phân cực tính được tốc độ ăn mòn.
Từ mật độ dòng ăn mòn, có thể chuyển đổi ra tốc độ ăn mòn kim loại, mm/năm, theo công thức [43]:
Vcorr, mm/năm = icorr (A) (1/ρ) (ε)
Trong đó : - A: Đương lượng điện hóa , = 1,2866 x 105 Culông.cm.năm - icorr: Mật độ dòng ăn mòn; A/cm2 ( 1 A= 1 Culông/s).
- ρ: Tỷ trọng kim loại. - ε: Đương lượng gam.
Bảng 2.1. Chuyển đổi tốc độ ăn mòn thép sang các đơn vị khác nhau Tốc độ ăn mòn mA/cm2 Mm/năm m/năm g/m2.ngày
mA/cm2 1 11,6 456 249
mm/năm 0,0863 1 39,4 21,6
m/năm 0,00219 0,0254 1 0,547
g/m2.ngày 0,00401 0,0463 1,83 1
2.2.1.2. Đo tổng trởđiện hóa
Bản chất của phương pháp là áp đặt một dao động nhỏ của điện thế hoặc dòng điện lên hệ thống được nghiên cứu. Tuy nhiên thiết bị đo tổng trở là sử dụng dòng xoay chiều để áp dòng. Sau mỗi một tần số quét thiết bị sẽ nhận được một giá trị điện trở và điện dung rồi ghi lại. Tín hiệu đáp ứng thường có dạng hình sin và lệch pha với dao động áp đặt. Đo sự lệch pha và tổng trở của hệ thống điện hóa cho phép phân tích sự khuếch tán, động học, lớp kép, phản ứng hóa học,… của các chất có trong hệ điện hóa vào quá trình điện cực [21] .
Một hệ điện hóa có thể coi như mạch điện, hình 2.3, bao gồm những thành phần chủ yếu sau:
- Điện dung của lớp kép, coi như một tụ điện Cd. - Tổng trở của quá trình Faraday Zf.
( ) 12
w 1 j
Z = − σϖ−
Hình 2.3. Mạch điện tương đương
- Điện trở chưa được bù RΩ, đó là điện trở dung dịch giữa điện cực so sánh và nghiên cứu.
Tổng trở Faraday Zf thường được phân thành hai mạch tương đương [37]: - Một điện trở Rs mắc nối tiếp với một giả điện dung Cs.
- Điện trở chuyển điện tích Rct và tổng trở khuếch tán Zw (tổng trở Warbug)
Nếu phản ứng chuyển điện tích dễ dàng Rct 0 và Zw sẽ khống chế. Còn khi phản ứng chuyển điện tích khó khăn thì Rct ∞ thì Rct sẽ khống chế. Trường hợp thứ hai là mạch Randles Zf còn gọi là tổng trở Randles và ký hiệu ZR. Để tính toán Rct, Zw, ZR ta sử dụng phương pháp biên độ phức. Kết quả phương pháp này cho biểu thức tính tổng trở như sau:
Z = Rs - j(ϖCs)-1
Trong đó điện trở Rs và tụ điện có điện dung Cs mắc nối tiếp.
o ct nFi RT i R = ∂ η ∂ = * Tổng trở Warburg: ( )nF 2C*O 2Do RT = σ
* Đồ thị Nyquist: Biểu diễn tổng trở trên mặt phẳng phức. Trên hình 2.4 là các dạng đồ thị Nyquist tương ứng với các quá trình khác nhau.
RΩIf + Ic