Korosi Logam
Korosi Logam
Ketika bahan logam bersentuhan dengan media sekitarnya, bahan tersebut hancur karena aksi kimia atau elektrokimia. Korosi logam adalah proses spontan termodinamika, mengubah logam dengan keadaan energi tinggi menjadi senyawa logam dengan keadaan energi rendah. Di antara mereka, fenomena korosi dalam industri minyak dan petrokimia lebih rumit, termasuk korosi elektrokimia air garam, H2S dan CO2.
Sifat dari sebagian besar proses korosi adalah elektrokimia. Sifat listrik dari antarmuka larutan logam/elektrolit (lapisan ganda listrik) banyak digunakan dalam studi mekanisme korosi, pengukuran korosi, dan pemantauan korosi industri. Metode elektrokimia yang umum digunakan dalam penelitian korosi logam adalah: potensi rangkaian terbuka (OCP), kurva polarisasi (plot Tafel), spektroskopi impedansi elektrokimia (EIS).
1.Teknik dalam studi Korosi
1.1OCP
Pada elektroda logam terisolasi, satu reaksi anoda dan satu reaksi katoda dilakukan pada kecepatan yang sama pada saat yang sama, yang disebut kopling reaksi elektroda. Reaksi kopling timbal balik disebut “reaksi konjugasi”, dan seluruh sistem disebut “sistem konjugasi”. Dalam sistem konjugasi, dua reaksi elektroda saling berpasangan, dan ketika potensi elektroda sama, potensi elektroda tidak bervariasi terhadap waktu. Keadaan ini disebut “keadaan stabil”, dan potensi yang sesuai disebut “potensi stabil”. Dalam sistem korosi, potensi ini juga disebut “(diri) potensi korosi Ecorr”, atau “potensi rangkaian terbuka (OCP)”, dan kepadatan arus yang sesuai disebut “(diri) kepadatan arus korosi icorr”. Secara umum, semakin positif potensi rangkaian terbuka, semakin sulit kehilangan elektron dan berkarat, yang menunjukkan bahwa ketahanan korosi material lebih baik.
Workstation elektrokimia CS potentiostat/galvanostat dapat digunakan untuk memantau potensi elektroda real-time dari bahan logam dalam sistem untuk waktu yang lama. Setelah potensi stabil, potensi rangkaian terbuka dari material dapat diperoleh.
1.2 Kurva polarisasi (plot Tafel)
Secara umum, fenomena bahwa potensi elektroda menyimpang dari potensi kesetimbangan ketika ada arus yang melewatinya disebut “polarisasi”. Dalam sistem elektrokimia, ketika polarisasi terjadi, pergeseran negatif dari potensi elektroda dari potensi kesetimbangan disebut “polarisasi katodik”, dan pergeseran positif dari potensi elektroda dari potensi kesetimbangan disebut “polarisasi anodik”.
Untuk mengekspresikan kinerja polarisasi dari proses elektroda secara lengkap dan intuitif, perlu untuk menentukan secara eksperimen kelebihan-potensi atau potensi elektroda sebagai fungsi dari kepadatan arus, yang disebut “kurva polarisasi”.
icorr dari bahan logam dapat dihitung berdasarkan persamaan Stern-Geary.
B adalah koefisien Stern-Geary dari material, Rp adalah resistansi polarisasi dari logam.
Prinsip untuk mendapatkan icorr melalui metode ekstrapolasi Tafel
Perangkat lunak Corrtest CS studio dapat secara otomatis melakukan pemasangan ke kurva polarisasi. Kemiringan tafel pada segmen anoda dan segmen katoda, yaitu, ba dan bc dapat dihitung. icorr juga dapat diperoleh. Berdasarkan hukum Faraday dan dalam kombinasi dengan kesetaraan elektrokimia dari material, kita dapat mengubahnya menjadi laju korosi logam (mm/a).
1.3 EIS
Teknologi impedansi elektrokimia, juga dikenal sebagai impedansi AC, mengukur perubahan tegangan (atau arus) dari sistem elektrokimia sebagai fungsi waktu dengan mengendalikan arus (atau tegangan) dari sistem elektrokimia sebagai fungsi variasi sinusoidal dari waktu ke waktu. Impedansi dari sistem elektrokimia diukur, dan selanjutnya, mekanisme reaksi dari sistem (medium/lapisan film/logam) dipelajari, dan parameter elektrokimia dari sistem pengukuran pemasangan dianalisis.
Spektrum impedansi adalah kurva yang ditarik dari data impedansi yang diukur oleh rangkaian uji pada frekuensi yang berbeda, dan spektrum impedansi dari proses elektroda disebut spektrum impedansi elektrokimia. Ada banyak jenis spektrum EIS, tetapi yang paling umum digunakan adalah plot Nyquist dan plot Bode.
2.Contoh percobaan
Mengambil artikel yang diterbitkan oleh pengguna yang menggunakan workstation elektrokimia CS350 sebagai contoh, pengantar konkret untuk metode sistem pengukuran korosi logam diperkenalkan.
Pengguna mempelajari ketahanan korosi dari stent paduan Ti-6Al-4V yang disiapkan dengan metode tempa konvensional (spesimen #1), metode peleburan laser selektif (spesimen #2) dan metode peleburan berkas elektron (spesimen #3). Stent digunakan untuk implantasi manusia, sehingga media korosi adalah cairan tubuh simulasi (SBF). Suhu sistem eksperimen juga perlu dikontrol pada 37℃.
Instrumen: Potentiostat/galvanostat CS350
Perangkat eksperimen:Sel korosi datar berjaket CS936, Oven pengering suhu konstan
Obat eksperimen: Aseton, SBF, Resin epoksi pengawet suhu ruangan
Media eksperimen:
Cairan tubuh simulasi (SBF):NaCl-8.01,KCl-0.4,CaCl2-0.14,NaHCO3-0.35,KH2PO 4-0.06, glukosa -0.34, satuannya adalah: g/L
Spesimen(WE)
Stent paduan Ti-6Al-4V 20×20×2 mm,
Area kerja yang terpapar adalah 10×10 mm
Area non-uji dilapisi/disegel dengan resin epoksi pengawet suhu ruangan.
Elektroda referensi(RE): Elektroda kalomel jenuh
Elektroda penyeimbang(CE): Elektroda konduktivitas Pt CS910
Sel korosi datar berjaket
2.1 Langkah-langkah percobaan dan pengaturan parameter
2.1.1 OCP
Sebelum pengujian. elektroda kerja perlu dipoles dari kasar ke halus (360 mesh, 600 mesh, 800 mesh, 1000 mesh, 2000 mesh secara berurutan) sampai permukaannya halus. Setelah dipoles, bilas dengan air suling dan kemudian hilangkan lemaknya menggunakan aseton, masukkan ke dalam oven pengering suhu konstan dan keringkan pada suhu 37℃ untuk digunakan.
Pasang spesimen ke sel korosi, masukkan cairan tubuh simulasi ke dalam sel korosi, dan masukkan elektroda kalomel jenuh (SCE) dengan jembatan garam ke dalam sel korosi datar. Pastikan ujung kapiler Luggin menghadap permukaan elektroda kerja. Suhu dikontrol pada 37℃ dengan sirkulasi air.
Hubungkan elektroda dengan potentiostat dengan kabel sel.
Percobaan→polarisasi stabil→OCP
OCP
Anda harus memasukkan nama file untuk data, mengatur total waktu pengujian, dan memulai pengujian. OCP dari bahan logam dalam larutan berubah perlahan, dan dibutuhkan waktu yang relatif lama untuk tetap stabil. Jadi disarankan untuk mengatur waktu tidak kurang dari 3000s.
2.1.2 Kurva polarisasi
Percobaan→polarisasi stabil→potensiodinamik
Pemindaian potensiodinamik
Atur potensi awal, potensi akhir, dan laju pemindaian, pilih mode keluaran potensi sebagai “vs. OCP”.
“Gunakan” dapat dicentang untuk memilih vertex E#1 dan vertex E#2. Jika tidak dicentang, maka pemindaian tidak akan melewati potensi yang sesuai.
Ada hingga 4 titik set potensi polarisasi independen. Pemindaian dimulai dari potensi awal, ke “vertex E#1 ” dan “vertex E#2”, dan akhirnya ke potensi akhir. Klik kotak centang "Aktifkan" untuk mengaktifkan atau menonaktifkan "Potensi Menengah 1" dan "Potensi Menengah 2". Jika kotak centang tidak dipilih, pemindaian tidak akan melewati nilai ini dan mengatur pemindaian potensi ke yang berikutnya.
Perlu dicatat bahwa pengukuran kurva polarisasi hanya dapat dilakukan dengan syarat OCP sudah stabil. Biasanya setelah waktu tenang 10 menit, kami akan membuka fungsi stabil OCP dengan mengklik yang berikut:
→
Perangkat lunak akan memulai pengujian secara otomatis setelah fluktuasi potensi lebih rendah dari 10mV/menit
Dalam contoh percobaan ini, pengguna mengatur potensi -0,5~1,5V (vs. OCP)
Anda dapat mengatur kondisi untuk menghentikan atau membalikkan pemindaian. Ini terutama digunakan dalam pengukuran potensi pitting dan pengukuran kurva Pasivasi.
2.2 Hasil
2.2.1 OCP
Dengan uji potensi rangkaian terbuka kita dapat memperoleh potensi korosi bebas Ecorr , dari mana kita dapat menilai ketahanan korosi dari bahan logam. Secara umum, semakin positif Ecorr , semakin sulit bahan tersebut berkarat.
1-OCP dari stent paduan Ti-6Al-4V yang disiapkan dengan metode tempa konvensional
2- OCP dari stent paduan Ti-6Al-4V yang disiapkan dengan metode peleburan laser selektif
3- OCP dari stent paduan Ti-6Al-4V yang disiapkan dengan metode peleburan berkas elektron
Dari grafik kita dapat menyimpulkan bahwa ketahanan korosi dari spesimen #1&2 lebih baik daripada #3.
2.2.2 Analisis plot Tafel (pengukuran laju korosi)
Polarisasi dari percobaan ini adalah sebagai berikut:
Seperti yang ditunjukkan, dari nilai laju korosi yang dihitung kita dapat memperoleh kesimpulan yang sama seperti yang kita peroleh dengan pengukuran OCP. Laju korosi dihitung dengan plot Tafel. Kita dapat melihat nilai laju korosi sesuai dengan kesimpulan yang kita peroleh dengan metode OCP.
Berdasarkan plot Tafel, kita dapat memperoleh kepadatan arus korosi icorr dengan alat analisis pemasangan yang terintegrasi dalam perangkat lunak CS studio kami. Kemudian sesuai dengan parameter lain seperti area elektroda kerja, kepadatan material, berat yang setara, laju korosi dihitung.
Langkah-langkahnya adalah:
Impor file data dengan mengklik
Pemasangan data
Klik info sel. , dan masukkan nilai yang sesuai.
Jika Anda sudah mengatur parameter di pengaturan sel & elektroda sebelum pengujian, maka Anda tidak perlu mengatur info sel. di sini lagi.
Klik “Tafel” ke pemasangan Tafel. Pilih pemasangan Tafel otomatis atau pemasangan manual untuk data segmen anoda/segmen katoda, kemudian kepadatan arus korosi, potensi korosi bebas, laju korosi dapat diperoleh. Anda dapat menyeret hasil pemasangan ke grafik.
3. Pengukuran EIS
Percobaan → Impedansi → EIS vs. Frekuensi
EIS vs. frekuensi
Analisis EIS
EIS dari baja karbon Q235 dalam larutan NaCl 3,5% adalah sebagai berikut:
Plot impedansi baja karbon Q235 - Nyquist
Plot Nyquist di atas terdiri dari busur kapasitansi (ditandai dengan bingkai biru) dan impedansi Warburg (ditandai dengan bingkai merah). Secara umum, semakin besar busur kapasitansi, semakin baik ketahanan korosi material.
Pemasangan rangkaian yang setara untuk hasil EIS baja karbon Q235
Langkah-langkahnya adalah sebagai berikut:
Gambar rangkaian yang setara dari busur kapasitansi - gunakan model di “pemasangan cepat” untuk mendapatkan R1, C1, R2.
Gambar rangkaian yang setara dari bagian impedansi Warburg - gunakan model di “pemasangan cepat” untuk mendapatkan nilai spesifik Ws.
Seret nilai ke rangkaian kompleks→ ubah semua jenis elemen menjadi “Bebas+” →klik Pas
Dari hasilnya, kita melihat kesalahan kurang dari 5%, yang menunjukkan bahwa rangkaian yang setara yang kita gambar sesuai dengan rangkaian impedansi dari pengukuran sebenarnya. Plot pemasangan Bode umumnya sesuai dengan plot asli.
Bode: Plot pemasangan vs. hasil pengukuran sebenarnya