✓ Các phép đo tổng trở điện hóa (EIS) được thực hiện bằng hệ thống điện hóa Zahner IM6e với phần mềm thương mại cho phép đo AC;
✓ Kính hiển vi điện tử quét (SEM); ✓ Kính hiển vi lực nguyên tử (AFM); ✓ Phổ quang điện tử tia X (XPS);
✓ Các thiết bị và dụng cụ thí nghiệm thiết yếu khác.
2.2. Phương pháp nghiên cứu 2.2.1. Các phương pháp điện hóa 2.2.1. Các phương pháp điện hóa a) Phân cực thế động (PD)
Phân cực thế động là phương pháp phá hủy và thường được sử dụng để đánh giá, phân loại vật liệu là vật liệu hoạt động hay thụ động và phát hiện các thông tin quan trọng như:
✓ Khoảng điện thế mà vật liệu ở trạng thái thụ động; ✓ Lưu lượng ăn mòn tại vùng thụ động;
24 ✓ Mối quan hệ giữa cường độ dòng điện được áp vào điện thế cung cấp cơ sở cho các kỹ thuật phân cực điện hóa được biểu diễn theo công thức Butler – Volmer [23]:
iapp = icorr[exp2.3(E - Ecorr )
βα - exp-2.3(E - Ecorr )
βc ] + CdE
dt (2-1)
Trong đó, iapp là mật độ dịng điện được áp dựa trên diện tích bề mặt điện hóa; icorr là mật độ dịng điện ăn mịn; E là điện thế được áp; Ecorr là điện thế mạch hở hoặc điện thế ăn mòn tự do; C là điện dung bề mặt gắn liền với lớp điện tích kép; βa và βc là hệ số Tafel anốt và catốt liên quan đến độ dốc của đường cong phân cực ở anốt và catốt, tương ứng; dE/dt là tỷ lệ thời gian của sự thay đổi điện thế áp và tỷ lệ quét.
Phép ngoại suy Tafel:
Kỹ thuật này sử dụng dữ liệu thu được từ phép đo phân cức thế động. Trên tổng thể, đường cong anốt và catốt tương ứng với sự thốt khí hyđrơ và sự hịa tan kim loại. Để xác định điện thế ăn mòn và mật độ dòng điện ăn mòn từ phương pháp phân cực trên, các vùng Tafel được ngoại suy cho điện thế ăn mòn được thể hiện trong Hình 2.2.
Hình 2.2. Đồ thị mơ tả cách xác định điện thế và mật độ dòng điện ăn mòn bằng phép
ngoại suy Tafel dựa trên kết quả phân cực thế động.
Hằng số Tafel được xác định dựa vào cả hai phần phân cực anốt và catốt. Phương pháp ngoại suy Tafel có một số ưu điểm sau:
25 ✓ Độ chính xác của phương pháp bằng hoặc lớn hơn phương pháp đo độ giảm
khối lượng thông thường khi thực hiện trong điều kiện lý tưởng;
✓ Kỹ thuật này có thể đo lưu lượng ăn mịn rất thấp và có thể được sử dụng để theo dõi lưu lượng ăn mòn liên tục trong một hệ thống;
✓ Phép ngoại suy Tafel có thể đo trực tiếp mật độ dịng điện ăn mịn, từ đó tính được lưu lượng ăn mịn;
✓ Việc xác định nhanh chóng mật độ dịng điện ăn mòn từ phép ngoại suy Tafel tạo thuận lợi cho những nghiên cứu đánh giá hiệu suất ức chế hay lưu lượng ăn mòn.
Hiệu suất bảo vệ ăn mòn của lớp phủ được xác định theo phương trình sau [23]:
η (%) = 100 × (1 −𝑖𝑐𝑜𝑟𝑟
𝑖𝑐𝑜𝑟𝑟𝑜 ) (2-2)
Trong đó 𝑖𝑐𝑜𝑟𝑟𝑜 là mật độ dịng điện ăn mịn của chất nền (thép 316L) khi khơng sử dụng lớp phủ và 𝑖𝑐𝑜𝑟𝑟 là mật độ dòng điện ăn mịn khi có lớp phủ trên chất nền.
Như vậy, phương pháp phân cực thế động áp dụng phép ngoại suy Tafel để xác định điện thế và mật độ dịng điện ăn mịn từ đó sử dụng 𝑖𝑐𝑜𝑟𝑟 để tính lưu lượng ăn mịn hay hiệu suất ức chế. Đặc biệt, điện thế ăn mòn cũng dễ dàng được xác định từ kết quả phân cực thế động. Trong nghiên cứu này, phân cực thế động được thực hiện theo tiêu chuẩn ASTM G-5 của Hoa Kỳ và được quét từ điện thế ban đầu -250 mV so với thế mạch hở đến 1600 mVSCE của điện thế của nhánh anốt ở tốc độ quét 0,166 mV/s.
b) Phương pháp tổng trợ điện hóa (EIS)
EIS là một phương pháp điện hóa khơng phá hủy sử dụng tín hiệu xoay chiều. Tín hiệu này được áp vào một điện cực, ở đây kim loại sẽ bị ăn mòn và các phản hồi sẽ được ghi nhận lại. Thơng thường, một tín hiệu điện áp nhỏ được áp vào và đo kết quả cường độ dòng điện. Thiết bị đo lường thực hiện các phép đo cường độ dòng điện theo thời gian và điện thế theo thời gian để cung cấp trở kháng ở tần số khác nhau. EIS rất dễ sử dụng để kiểm tra ăn mòn.