for at forstå grundlaget for korrosion aktuelle målinger Tafel plot og Evan diagram er forklaret. Forbindelsen mellem en polarisationskurve og Evans diagram forklares, og hvordan man ekstraherer korrosionsstrømmen fra en polarisationskurve.
som sædvanligt ville det være dejligt, hvis vi kan forudsige korrosionsstrømmen eller korrosionspotentialet. Julius Tafel studerede Hydrogen Evolution Reaction (HER) i begyndelsen af 1900. Hendes er en almindelig reaktion i korrosion, fordi alt vand indeholder protoner. Han fandt ud af, at der er et eksponentielt forhold mellem den påførte strøm ved en platinoverflade og potentialet.
dette gælder også omvendt (anvendt potentiale og målt strøm). En bekvem måde at plotte dette forhold på var at plotte potentialet versus logaritmen for strømmen, lg i, fordi brug af logaritmen fører til et lineært plot.
figur 4.1 / Tafel-plotskema med vilkårlig skala og indikation af Tafel-hældningen
i figur 4.1 linjens hældning kaldes Tafel-hældningen. Det udtrykkes normalt i enhederne mV / årti. Denne tilgang er det ideelle tilfælde. Af mange grunde afviger reelle reaktioner ofte fra denne adfærd. Meget almindelige årsager er passivering og diffusionsbegrænsning. Passiveringens indflydelse vil blive diskuteret senere (Se kapitel funktioner i Polarisationskurver).
Iltreduktionsreaktion
Diffusionsbegrænsning fører til en potentiel uafhængig strøm. Mængden af konverterede arter, for eksempel i iltreduktionsreaktionen (ORR) iltet, udtømmes inden for rækkevidde af elektroden. Reaktionen kan kun fortsætte, og således kan en strøm kun forekomme, hvis nyt ilt diffunderer mod elektroden. Strømmen afhænger ikke længere af potentialet, men transporten af ilt i opløsningen. Så Tafel-plottet vil ikke længere være lineært (s. figur 4.2)
figur 4.2 / Tafel plot af et diffusionsbegrænset system
kombination af reduktion og iltning
indtil nu har vi kun set på reduktion eller iltning, men vi er nødt til at kombinere en reduktion og en iltning for at korrosion kan forekomme. Dette er også situationen i virkelige miljøer.
hvis Tafel-plottet for begge sidereaktioner er kendt, kan man bruge de to Tafel-plot til at finde den teoretiske korrosionsstrøm og korrosionspotentiale. Dette er muligt på grund af to fakta:
- en nedsænket ledende prøve har et potentiale på ethvert øjeblik, og derfor skal alle reaktioner ske ved dette potentiale.
- omdannelsen af ladning kræver, at alle donerede elektroner skal accepteres, dvs.reaktionerne skal ske i samme hastighed, hvilket indebærer den samme strøm.
ud fra disse to betingelser kan det udledes, at korrosionsstrømmen og korrosionspotentialet bestemmes af det punkt, hvor de to Tafel-plots af reduktionsreaktionen og iltningsreaktionen mødes. At plotte de to Tafel-plot (eller mere) i et plot er et Evans-diagram (Se figur 4.3). Det er nyttigt at vurdere, hvilken indflydelse en ændring i iltnings-eller reduktionshastigheden har på korrosionshastigheden. Også potentialet og korrosionsstrømmen for et galvanisk par kan forudsiges.
figur 4.3 / Evans Diagram
Polarisationskurve
Desværre er Evans diagram de fleste gange kun brugt til kvalitative skøn. Antallet af påvirkninger og manglende kvantitative data gør det normalt nødvendigt at evaluere systemet med et eksperiment. Normalt gøres dette med en polarisationskurve. For at registrere en sådan kurve påføres et lineært potentielt feje på prøverne, og strømmen registreres.
den registrerede strøm er forskellen mellem strømmen af iltningen og reduktionen. Dette betyder, at den målte strøm ved korrosionspotentialet er 0. Da plottet er lavet i en logaritmisk skala, vil en 0 svare til en minus uendelig (‑liter), som en potentiostat ikke kan måle. Et skema med en polarisationskurve er vist i figur 4.4.
målet med at registrere en polarisationskurve er normalt at udtrække korrosionspotentialet såvel som korrosionsstrømmen, men som i det foregående afsnit diskuteret interessepunktet, skæringspunktet mellem de to Tafel-plot, er ikke direkte synligt i polarisationskurven.
længere væk fra korrosionspotentialet påvirkes polarisationskurven hovedsageligt af kun en af reaktionerne. Ved meget katodiske potentialer dominerer reduktionen og ved meget anodiske potentialer iltning. På grund af dette kan de lineære dele af polarisationskurverne bruges til ekstrapolering af Tafelhældningerne og dermed korrosionspotentialerne såvel som korrosionsstrømmen.
figur 4.4 / Polarisationskurve (grøn) med Evans diagram (blå)
for en pålidelig ekstrapolering er den lineære adfærd over et par årtier ideel og mindst i et årti nødvendig. Jo flere årtier viser den lineære adfærd, desto bedre er ekstrapoleringen. Ifølge de teorier, vi har set på indtil nu, bør kurverne forblive lineære i Tafel-plottet, når den potentielle forskel til Ecorr øges.
begrænsninger
Desværre er der begrænsninger, der vil føre til afvigelse fra denne adfærd. Vi har allerede set et eksempel i figur 4.2, hvor nogle reaktionspartnere er begrænset af diffusion. Andre eksempler kan være starten på en anden reaktion eller passivering af overfladen. I afsnittet om polarisering kurve behandling alternativer til ekstrapolering via Tafel hældning montering vil blive præsenteret (se kapitel behandling polarisering kurver).
