Korosi Logam
Korosi Logam
Ketika bahan logam bersentuhan dengan media sekitarnya, bahan tersebut akan hancur karena aksi kimia atau elektrokimia. Korosi logam adalah proses spontan termodinamika, mengubah logam berenergi tinggi menjadi senyawa logam berenergi rendah. Diantaranya, fenomena korosi pada industri minyak bumi dan petrokimia yang lebih rumit, termasuk korosi elektrokimia air garam, H2S dan CO2.Sifat sebagian besar proses korosi adalah elektrokimia. Sifat listrik 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: potensial rangkaian terbuka (OCP), kurva polarisasi (Tafel plot), spektroskopi impedansi elektrokimia (EIS).
1.Teknik Studi Korosi
1.1OCP
Pada elektroda logam terisolasi, satu reaksi anoda dan satu reaksi katoda dilakukan dengan kecepatan yang sama pada waktu yang sama, yang disebut reaksi kopling elektroda. Reaksi penggandengan timbal balik disebut “reaksi konjugasi”, dan keseluruhan sistem disebut “sistem konjugasi”. Dalam sistem terkonjugasi, kedua elektroda saling bergandengan satu sama lain, dan ketika potensial elektroda sama, potensial elektroda tidak berubah terhadap waktu. Keadaan ini disebut “keadaan stabil”, dan potensi yang bersangkutan disebut “potensi stabil”. Dalam sistem korosi, potensi ini disebut juga “potensi korosi (self) Ebenar”, atau “potensi rangkaian terbuka (OCP)”, dan rapat arus yang sesuai disebut “rapat arus korosi (sendiri) ibenar”. Secara umum, semakin positif potensial rangkaian terbuka, semakin sulit kehilangan elektron dan terkorosi, yang menunjukkan bahwa ketahanan korosi material semakin baik.Stasiun kerja elektrokimia potensiostat/galvanostat CS dapat digunakan untuk memantau potensial elektroda bahan logam dalam sistem secara real-time untuk waktu yang lama. Setelah potensial distabilkan, potensial rangkaian terbuka material dapat diperoleh.
1.2 Kurva polarisasi (plot Tafel)
Secara umum, fenomena penyimpangan potensial elektroda dari potensial kesetimbangan ketika ada arus yang melewatinya disebut “polarisasi”. Dalam sistem elektrokimia, ketika terjadi polarisasi, pergeseran negatif potensial elektroda dari potensial kesetimbangan disebut “polarisasi katodik”, dan pergeseran positif potensial elektroda dari potensial kesetimbangan disebut “polarisasi anodik”.Untuk menyatakan kinerja polarisasi suatu proses elektroda secara lengkap dan intuitif, perlu dilakukan penentuan secara eksperimental potensi berlebih atau potensial elektroda sebagai fungsi rapat arus, yang disebut “kurva polarisasi”.sayabenarbahan logam dapat dihitung berdasarkan persamaan Stern-Geary.
B adalah koefisien Stern-Geary material, RPadalah ketahanan polarisasi logam.
Prinsip untuk memperoleh ibenarmelalui metode ekstrapolasi TafelPerangkat lunak studio CS terkoreksi dapat secara otomatis melakukan penyesuaian terhadap kurva polarisasi. Tafel slop pada segmen anoda dan segmen katoda, yaitu bAdan bCdapat dihitung.Sayabenarjuga dapat diperoleh. Berdasarkan hukum Faraday dan dikombinasikan dengan bahan yang setara secara elektrokimia, 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) sistem elektrokimia sebagai fungsi waktu dengan mengendalikan arus (atau tegangan) sistem elektrokimia sebagai fungsi variasi sinusoidal dari waktu ke waktu. Impedansi sistem elektrokimia diukur, dan selanjutnya mekanisme reaksi sistem (media/lapisan film/logam) dipelajari, dan parameter elektrokimia dari sistem pengukuran fitting dianalisis.Spektrum impedansi adalah kurva yang diambil dari data impedansi yang diukur oleh rangkaian uji pada frekuensi berbeda, dan spektrum impedansi dari proses elektroda disebut spektrum impedansi elektrokimia. Ada banyak jenis spektrum EIS, namun yang paling umum digunakan adalah plot Nyquist dan plot Bode.
2.Contoh percobaan
Mengambil artikel yang diterbitkan oleh pengguna yang menggunakan stasiun kerja elektrokimia CS350 sebagai contoh, pengenalan konkret tentang metode sistem pengukuran korosi logam diperkenalkan.Pengguna mempelajari ketahanan korosi stent paduan Ti-6Al-4V yang dibuat 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 korosinya adalah simulasi cairan tubuh (SBF). Suhu sistem eksperimen juga perlu dikontrol pada 37℃.
Instrumen:Potensiostat/galvanostat CS350
Perangkat percobaan:Sel korosi datar berjaket CS936, oven pengeringan suhu konstan
Obat percobaan:Aseton, SBF, resin epoksi pengawetan suhu kamar
Media eksperimental:Cairan tubuh simulasi (SBF):NaCl-8.01,KCl-0.4,CaCl2-0,14,NaHCO3-0,35,KH2PO4-0,06, glukosa -0,34, satuannya adalah: g/L
Spesimen (KAMI)Stent paduan Ti-6Al-4V 20×20×2 mm,Area kerja yang terbuka adalah 10×10 mmArea non-pengujian dilapisi/disegel dengan resin epoksi pengawet suhu kamar.
Elektroda referensi (RE):Elektroda kalomel jenuh
Elektroda lawan (CE):Elektroda konduktivitas CS910 Pt
Sel korosi datar berjaket
2.1 Langkah-langkah percobaan dan pengaturan parameter
2.1.1 OKP
Sebelum pengujian. elektroda kerja perlu dipoles dari kasar hingga halus (360 mesh, 600 mesh, 800 mesh, 1000 mesh, 2000 mesh secara berurutan) hingga permukaannya halus. Setelah dipoles, bilas dengan air suling lalu degrease menggunakan aseton, masukkan ke dalam oven pengering bersuhu konstan dan keringkan pada suhu 37℃ untuk digunakan.Pasang spesimen ke dalam 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 tepat menghadap permukaan elektroda kerja. Suhu dikontrol pada 37℃ dengan sirkulasi air.
Hubungkan elektroda dengan potensiostat dengan kabel sel.Eksperimen→polarisasi stabil→OCP
OKP
Anda harus memasukkan nama file untuk data, mengatur total waktu pengujian, dan memulai pengujian. OCP bahan logam dalam larutan berubah secara perlahan dan memerlukan waktu yang relatif lama agar tetap stabil. Jadi disarankan untuk mengatur waktu tidak kurang dari 3000 detik.
2.1.2 Kurva polarisasi
Eksperimen→polarisasi stabil→potensiodinamik
Pemindaian potensiodinamik
Tetapkan potensi awal, potensi akhir, dan kecepatan pemindaian, pilih mode keluaran potensial sebagai “vs. OCP”.“Use” dapat dicentang untuk memilih simpul E#1 dan simpul E#2. Jika tidak dicentang, maka pemindaian tidak akan melalui potensi yang sesuai.Terdapat hingga 4 titik setel potensial polarisasi independen. Pemindaian dimulai dari potensi awal, ke “simpul E#1” dan “simpul E#2”, dan terakhir 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 meneruskan nilai ini dan mengatur potensi pemindaian ke pemindaian berikutnya.Perlu dicatat bahwa pengukuran kurva polarisasi hanya dapat dilakukan jika OCP sudah stabil. Biasanya setelah waktu tenang 10 menit, kita akan membuka fungsi stabil OCP dengan mengklik berikut ini:
→
Perangkat lunak akan memulai pengujian secara otomatis setelah potensi fluktuasi lebih rendah dari 10mV/menitDalam contoh percobaan ini, pengguna menyetel potensi -0,5~1,5V (vs. OCP)Anda dapat mengatur kondisi untuk menghentikan atau membalikkan pemindaian. Ini terutama digunakan dalam pengukuran potensial pitting dan pengukuran kurva Pasivasi.
2.2 Hasil
2.2.1 OKP
Dengan uji potensial rangkaian terbuka kita dapat memperoleh potensial korosi bebasEbenar, dari situ kita dapat menilai ketahanan korosi bahan logam. Secara umum, semakin positifEbenaradalah, semakin keras material tersebut terkorosi.
1-OCP dari stent paduan Ti-6Al-4V dibuat dengan metode tempa konvensional2- OCP stent paduan Ti-6Al-4V dibuat dengan metode peleburan laser selektif3- OCP stent paduan Ti-6Al-4V dibuat dengan metode peleburan berkas elektron
Dari grafik tersebut dapat disimpulkan bahwa ketahanan korosi pada spesimen #1&2 lebih baik dibandingkan #3.
2.2.2 Analisis plot tafel (pengukuran laju korosi)
Polarisasi percobaan ini adalah sebagai berikut:
Seperti terlihat, dari nilai laju korosi yang dihitung kita dapat memperoleh kesimpulan yang sama dengan yang diperoleh dari 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 rapat arus korosiSayabenardengan alat pemasangan analisis yang terintegrasi dalam perangkat lunak studio CS kami. Kemudian berdasarkan parameter lain seperti luas elektroda kerja, kepadatan material, berat ekuivalen, 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 pada pengaturan sel & elektroda sebelum pengujian, maka Anda tidak perlu mengatur info sel. di sini lagi.Klik “Tafel” pada fitting Tafel. Pilihlah fitting tafel auto atau fitting manual untuk data segmen anoda/segmen katoda, maka dapat diperoleh rapat arus korosi, potensial korosi bebas, laju korosi. Anda dapat menyeret hasil pemasangan ke grafik.
3. Pengukuran EIS
Eksperimen → Impedansi → EIS vs. Frekuensi
EIS vs. frekuensi
analisis EIS
EIS 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 tersebut.
Rangkaian ekivalen fitting untuk baja karbon Q235 hasil EIS
Langkah-langkahnya adalah sebagai berikut:Gambarkan rangkaian ekivalen busur kapasitansi - gunakan model dalam “quick fit” untuk mendapatkan R1, C1, R2.Gambarkan rangkaian ekivalen bagian impedansi Warburg - gunakan model dalam “quick fit” untuk mendapatkan nilai spesifik Ws.Seret nilai ke sirkuit kompleks→ ubah semua jenis elemen menjadi “Gratis+” →klik PasDari hasil tersebut, kita melihat kesalahannya kurang dari 5%, yang menunjukkan bahwa rangkaian ekivalen yang ditentukan sendiri yang kita gambar sesuai dengan rangkaian impedansi pengukuran sebenarnya. Alur pas Bode umumnya sesuai dengan alur aslinya.
Pertanda: Plot yang sesuai vs. hasil pengukuran sebenarnya