2.4. Các phương pháp nghiên cứu
2.4.2. Phương pháp tổng trở điện hóa
Nguyên tắc và mục đích: tổng trở điện hóa là phương pháp động cho phép phân tích các quá trình điện hóa theo từng giai đoạn. Đây là một trong các phương pháp hữu hiệu để nghiên cứu các quá trình ăn mòn điện hóa xảy ra trên bề mặt kim loại. Đây cũng là phương pháp hiện đại cho kết quả có độ tin cậy cao, có thể xác định đươc chính xác các thông số của màng phủ như:
điện trở màng Rf, điện dung màng Cf và đánh giá đúng tình trạng của mẫu, không áp đặt điều kiện bên ngoài (phương pháp nghiên cứu không phá hủy) và phán đoán được quá trình ăn mòn.
Áp một xung điện xoay chiều có biên độ thấp lên một điện thế tĩnh của điện cực và theo dừi dũng phản hổi ở cỏc tần số khỏc 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 ft
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 dòng 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 ω:
Z(ω) = = exp( ) =
Ở một tần số 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
Hóa dầu và Xúc tác hữu cơ – K20 37 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 vuông góc.
Các thông số ở vùng tần số cao (103 Hz – 105 Hz) đặc trưng cho tính chất của màng sơn, còn các thông số ở vùng tần số thấp (10-3 Hz – 101 Hz) đặc trưng cho các quá trình ăn mòn (Faraday) trên giao diện màng/kim loại.
Hình 2.2. Giản đồ Nyquist dạng tổng quát
Mô hình mạch điện tương đương được áp dụng cho kim loại được phủ lớp màng hữu cơ được mô tả như sau:
Phần ảo
- Z”
Z’
FARADAYC fMAX
fMAX
R+Rpore+RP
Phần thực
Hóa dầu và Xúc tác hữu cơ – K20 38 Hình 2.3. Sơ đồ mạch điện tương đương của kim loại phủ màng sơn Giản đồ Bode: được đặt theo tên của Hendrick Wade Bode, nó thường được dùng theo cặp đôi biểu đồ Bode của sự biến đổi của modul tổng trở log Z theo tần số log f và sự biến đổi của góc pha log Ф theo tần số log f.
Hình 2.4. Giản đồ Bode về sự biến đổi modul tổng trở theo tần số và sự biến đổi của góc pha theo tần số
Hóa dầu và Xúc tác hữu cơ – K20 39 Quá trình ăn mòn kim loại được xác định thông qua việc đo tổng trở bao gồm điện trở phân cực Rp, điện trở màng qua lỗ rò Rpore và điện dung của màng sơn Ccoat. Các chất phủ tốt thường cho thấy ít có sự biến đổi của điện trở theo thời gian, có thể là khi số lượng các lỗ rò của màng sơn khá nhỏ. Các chất phủ kém hơn thường cho thấy có sự giảm dần của tổng trở, và có thể nguyên nhân là do sự hình thành nhiều hơn và lớn hơn của các lỗ rò của màng sơn và sự tăng nhanh bề mặt tiếp xúc của nền kim loại dễ phản ứng với môi trường có tính ăn mòn.
Hình 2.5. Sơ đồ bình đo điện hóa
Điện cực làm việc là tấm thép phủ Al-Zn được phủ trên đó màng sơn, kẹp một ống thủy tinh hình trụ vào tấm thép, sau đó đổ dung dịch NaCl 3%.
Diện tích tiếp xúc của tấm thép với dung dịch điện li là 8.04 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.
Hóa dầu và Xúc tác hữu cơ – K20 40