金属腐食
金属材料が周囲の媒体と接触すると、化学的または電気化学的作用により材料は破壊されます。金属腐食は、高エネルギー状態の金属を低エネルギー状態の金属化合物に変換する熱力学的自発的なプロセスです。その中でも、石油および石油化学産業における腐食現象は、塩水、H の電気化学腐食など、より複雑です。2SとCO2。
ほとんどの腐食プロセスの性質は電気化学的です。金属/電解質溶液界面 (電気二重層) の電気的特性は、腐食メカニズムの研究、腐食測定、工業用腐食モニタリングに広く使用されています。金属腐食の研究で一般的に使用される電気化学的手法は、開回路電位 (OCP)、分極曲線 (ターフェル プロット)、電気化学インピーダンス分光法 (EIS) です。
孤立した金属電極上では、アノード反応とカソード反応が同時に同じ速度で行われ、これを電極反応のカップリングと呼びます。相互に結合する反応を「共役反応」といい、系全体を「共役系」といいます。共役系では、2 つの電極反応が相互に共役し、電極電位が等しい場合、電極電位は時間とともに変化しません。この状態を「安定状態」といい、そのときの電位を「安定電位」といいます。腐食系では、この電位は「（自己）腐食電位 E」とも呼ばれます。間違っています」、または「開回路電位（OCP）」、対応する電流密度は「（自己）腐食電流密度 i」と呼ばれます。間違っています”。一般に、開回路電位が正であるほど、電子が失われ、腐食されにくくなり、材料の耐食性が優れていることを示します。
CS ポテンシオスタット/ガルバノスタット電気化学ワークステーションを使用すると、システム内の金属材料のリアルタイムの電極電位を長期間監視できます。電位が安定すると、材料の開路電位を求めることができます。
一般に、電流を流したときに電極の電位が平衡電位からずれる現象を「分極」といいます。電気化学系では、分極が起こるとき、電極電位が平衡電位から負に変化することを「カソード分極」といい、電極電位が平衡電位から正に変化することを「アノード分極」といいます。
電極プロセスの分極性能を完全かつ直観的に表現するには、「分極曲線」と呼ばれる過電圧または電流密度の関数としての電極電位を実験的に決定する必要があります。
私は間違っています金属材料の比は、Stern-Geary 式に基づいて計算できます。
B は材料のスターンギア係数、R です。pは金属の分極抵抗です。
iを得る原理間違っていますターフェル外挿法による
Corrtest CS スタジオ ソフトウェアは、偏光曲線へのフィッティングを自動的に行うことができます。アノードセグメントとカソードセグメントのターフェルスロップ、つまり bあるそしてbc計算することができます。私間違っていますも入手できます。ファラデーの法則に基づき、材料の電気化学当量と組み合わせることで、金属腐食速度 (mm/a) に変換できます。
AC インピーダンスとしても知られる電気化学インピーダンス技術は、時間の経過に伴う正弦波変化の関数として電気化学システムの電流 (または電圧) を制御することにより、電気化学システムの電圧 (または電流) の変化を時間の関数として測定します。電気化学システムのインピーダンスを測定し、さらにシステム（媒体/塗膜/金属）の反応機構を研究し、フィッティング測定システムの電気化学パラメータを解析します。
インピーダンス スペクトルは、さまざまな周波数でテスト回路によって測定されたインピーダンス データから描かれた曲線であり、電極プロセスのインピーダンス スペクトルは電気化学的インピーダンス スペクトルと呼ばれます。 EIS スペクトルには多くの種類がありますが、最も一般的に使用されるのはナイキスト線図とボード線図です。
電気化学ワークステーション CS350 を使用したユーザーの記事を例に、金属腐食測定システムの具体的な手法を紹介します。
ユーザーは、従来の鍛造法(試料#1)、選択的レーザー溶解法(試料#2)および電子ビーム溶解法(試料#3)によって製造されたTi-6Al-4V合金ステントの耐食性を研究しました。ステントは人体への移植に使用されるため、腐食媒体は模擬体液 (SBF) です。実験系の温度も37℃に管理する必要があります。
楽器：CS350 ポテンショスタット/ガルバノスタット
実験装置：CS936ジャケット付きフラット腐食セル、恒温乾燥炉
実験薬:アセトン、SBF、室温硬化型エポキシ樹脂
実験媒体:
模擬体液(SBF)：NaCl-8.01、KCl-0.4、CaCl2-0.14、NaHCO3-0.35,KH2PO4-0.06、グルコース -0.34、単位は g/L
標本(WE)
Ti-6Al-4V 合金ステント 20×20×2 mm、
露出作業領域は 10×10 mm
非試験領域は室温硬化エポキシ樹脂でコーティング/シールされます。
参照電極(RE):飽和カロメル電極
対極(CE):CS910 Pt 導電性電極
2.1 実験手順とパラメータ設定
2.1.1 OCP
テスト前。作用電極は、表面が滑らかになるまで、粗いものから細かいもの（360 メッシュ、600 メッシュ、800 メッシュ、1000 メッシュ、2000 メッシュの順）に研磨する必要があります。研磨後、蒸留水で洗浄し、アセトンで脱脂し、恒温乾燥器に入れて37℃で乾燥させてから使用します。
試験片を腐食セルに取り付け、模擬体液を腐食セルに導入し、塩橋を備えた飽和カロメル電極 (SCE) を平坦な腐食セルに挿入します。ルギンキャピラリの先端が作用電極表面に正しく向くようにしてください。水循環により温度は37℃にコントロールされています。
セルケーブルで電極をポテンショスタットに接続します。
実験→安定偏光→OCP
データのファイル名を入力し、テストの合計時間を設定して、テストを開始する必要があります。溶液中の金属材料のOCPはゆっくりと変化し、安定を保つまでに比較的長い時間を要します。したがって、時間を 3000 秒以上に設定することをお勧めします。
2.1.2 分極曲線
実験→安定分極→電位動的
初期電位、最終電位、スキャンレートを設定し、電位出力モードを「vs.」から選択します。 OCP」。
「使用する」にチェックを入れると頂点E#1と頂点E#2を選択できます。チェックされていない場合、スキャンは対応する電位を通過しません。
最大 4 つの独立した分極電位設定点があります。スキャンは、初期ポテンシャルから始まり、「頂点 E#1」、「頂点 E#2」、最後に最終ポテンシャルまで行われます。 「有効」チェックボックスをクリックすると、「中間ポテンシャル 1」と「中間ポテンシャル 2」のオン/オフが設定されます。チェックボックスが選択されていない場合、スキャンはこの値を渡さず、潜在的なスキャンを次のスキャンに設定します。
分極曲線の測定は、OCP がすでに安定しているという条件でのみ実行できることに注意してください。通常、10 分間の静かな時間が経過した後、次をクリックして OCP 安定機能を開きます。
→
電位変動が10mV/min以下になると、ソフトウェアは自動的にテストを開始します。
この実験例では、ユーザーは電位を -0.5 ～ 1.5V (vs. OCP) に設定しました。
スキャンを停止または反転する条件を設定できます。主に孔食電位測定や不動態化曲線測定に使用されます。
2.2 結果
2.2.1 OCP
開回路電位試験により、自由腐食電位を得ることができます。E間違っています, これにより金属材料の耐食性を判断することができます。一般的に言えば、ポジティブであればあるほど、E間違っていますつまり、材料が腐食しにくくなります。
グラフから、試験片 #1&2 の耐食性は #3 より優れていると結論付けることができます。
2.2.2 ターフェルプロット解析（腐食速度測定）
この実験の二極化は次のとおりです。
示されているように、計算された腐食速度値から、OCP 測定によって得られたものと同じ結論が得られます。腐食速度はターフェルプロットにより計算されます。腐食速度の値が OCP 法によって得られた結論と一致していることがわかります。
ターフェルプロットに基づいて、腐食電流密度を求めることができます。私間違っています当社のCS Studioソフトウェアに統合された分析フィッティングツールによる。次に、作用電極の面積、材料の密度、当量重量などの他のパラメータに従って、腐食速度が計算されます。
手順は次のとおりです。
をクリックしてデータ ファイルをインポートします。
データフィッティング
セル情報をクリックします。をクリックし、それに応じて値を入力します。
テスト前にセルと電極の設定でパラメータを設定している場合は、セル情報を設定する必要はありません。またここで。
Tafel フィッティングの「Tafel」をクリックします。アノードセグメント/カソードセグメントのデータに対して自動ターフェルフィッティングまたは手動フィッティングを選択すると、腐食電流密度、自由腐食電位、腐食速度を取得できます。フィッティング結果をグラフにドラッグできます。
3.EIS測定
実験 → インピーダンス → EIS 対周波数
3.5% NaCl 溶液中の Q235 炭素鋼の EIS は次のとおりです。
上のナイキスト プロットは、容量アーク (青枠でマーク) とヴァールブルグ インピーダンス (赤枠でマーク) で構成されています。一般に、アーク静電容量が大きいほど、材料の耐食性は優れています。
Q235 炭素鋼 EIS 結果の等価回路フィッティング
手順は次のとおりです。
静電容量アークの等価回路を描きます。「クイック フィット」でモデルを使用して R1、C1、R2 を取得します。
ヴァールブルク インピーダンス部分の等価回路を描きます。「クイック フィット」でモデルを使用して、Ws の特定の値を取得します。
値を複素回路にドラッグ→すべての要素タイプを「Free+」に変更→「Fit」をクリック
結果から、誤差は 5% 未満であり、作成した独自の等価回路が実測のインピーダンス回路と一致していることがわかります。ボード フィッティング プロットは、通常は元のプロットに従っています。
