om de basis van corrosiestroommetingen te begrijpen worden de Tafel plot en het Evan ‘ s diagram uitgelegd. Het verband tussen een polarisatiecurve en het diagram van Evan wordt uitgelegd en hoe de corrosiestroom uit een polarisatiecurve kan worden gehaald.
zoals gewoonlijk zou het geweldig zijn als we de corrosiestroom of het corrosiepotentieel kunnen voorspellen. Julius Tafel bestudeerde de Waterstofevolutie reactie (HER) in het begin van 1900. Haar is een veel voorkomende reactie bij corrosie, omdat al het water protonen bevat. Hij ontdekte dat er een exponentiële relatie is tussen de toegepaste stroom op een platina oppervlak en het potentieel.
dit geldt ook omgekeerd (toegepast potentieel en gemeten stroom). Een handige manier om deze relatie te plotten was het plotten van de potentiaal versus de logaritme van de stroom, lg I, omdat het gebruik van de logaritme leidt tot een lineaire plot.
figuur 4.1 / tabel plot schema met willekeurige schaal en aanduiding van de Tafel helling
in Figuur 4.1 de helling van de lijn wordt de tafelhelling genoemd. Het wordt meestal uitgedrukt in de eenheden mV/decennium. Deze aanpak is het ideale geval. Om vele redenen wijken echte reacties vaak af van dit gedrag. Veel voorkomende redenen zijn passivering en diffusiebeperking. De invloed van passivering zal later worden besproken (zie hoofdstuk kenmerken van Polarisatiecurven).
Zuurstofreductiereactie
Diffusiebeperking leidt tot een potentiële onafhankelijke stroom. De hoeveelheid geconverteerde soorten, bijvoorbeeld in de zuurstofreductie reactie (ORR) de zuurstof, is uitgeput binnen het bereik van de elektrode. De reactie kan alleen doorgaan, en dus een stroom kan alleen optreden, als nieuwe zuurstof verspreidt naar de elektrode. De stroom is niet langer afhankelijk van de potentie, maar van het transport van zuurstof in de oplossing. Dus de tafel plot zal niet langer lineair zijn (s. Figuur 4.2)
Figuur 4.2 / Tabel plot van een diffusie beperkt systeem
combinatie reductie en oxidatie
tot nu toe hebben we alleen gekeken naar de reductie of de oxidatie, maar we moeten een reductie en een oxidatie combineren om corrosie te voorkomen. Dit is ook de situatie in echte omgevingen.
als de tafelplot van beide zijreacties bekend is, kan men de twee Tafelplots gebruiken om de theoretische corrosiestroom en corrosiepotentiaal te vinden. Dit is mogelijk door twee feiten:
- een ondergedompeld geleidend monster heeft op elk moment één potentiaal en dus moeten alle reacties op die potentiaal plaatsvinden.
- de omzetting van lading vereist dat alle geschonken elektronen moeten worden geaccepteerd, dat wil zeggen dat de reacties met dezelfde snelheid moeten plaatsvinden, wat dezelfde stroom impliceert.
uit deze twee omstandigheden kan worden afgeleid dat de corrosiestroom en de corrosiepotentiaal worden bepaald door het punt waar de twee Tafelgrafieken van de reductiereactie en de oxidatiereactie elkaar ontmoeten. Het plotten van de twee tafel plots (of meer) in één plot is een Evans diagram (zie figuur 4.3). Het is nuttig om in te schatten welke invloed een verandering in de oxidatie of reductiesnelheid heeft op de corrosiesnelheid. Ook de potentie en corrosiestroom van een galvanisch paar kan worden voorspeld.
figuur 4.3 / Evan ’s Diagram
Polarisatiecurve
helaas wordt het Evan’ s diagram meestal alleen gebruikt voor kwalitatieve schattingen. De aantallen invloeden en ontbrekende kwantitatieve gegevens maken het meestal noodzakelijk om het systeem te evalueren met een experiment. Meestal wordt dit gedaan met een polarisatiecurve. Om een dergelijke kromme te registreren, wordt een lineaire potentiaalcontrole op de monsters toegepast en wordt de stroom geregistreerd.
de geregistreerde stroom is het verschil tussen de stroom van de oxidatie en de reductie. Dit betekent dat de gemeten stroom bij de corrosiepotentiaal 0 is. Omdat de plot in een logaritmische schaal is gemaakt, zou een 0 corresponderen met een min oneindig (‑∞), wat een potentiostaat niet kan meten. Een schema van een polarisatiecurve is weergegeven in Figuur 4.4.
het doel van het registreren van een polarisatiecurve is meestal om zowel de corrosiepotentiaal als de corrosiestroom te extraheren, maar zoals in de vorige paragraaf besproken is, is het punt van belang, de snijpunt van de twee Tafelpercelen, niet direct zichtbaar in de polarisatiecurve.
verder weg van het corrosiepotentieel wordt de polarisatiecurve Voornamelijk Beïnvloed door slechts één van de reacties. Bij zeer kathodische potentialen domineert de reductie en bij zeer anodische potentialen de oxidatie. Hierdoor kunnen de lineaire delen van de polarisatiekrommen worden gebruikt voor extrapolatie van de Tafelhellingen en dus de corrosiepotentialen en corrosiestroom.
figuur 4.4 / Polarisatiecurve (groen) met Evan ‘ s diagram (blauw))
voor een betrouwbare extrapolatie is het lineaire gedrag over een paar decennia ideaal en minstens voor een decennium noodzakelijk. Hoe meer decennia Het lineaire gedrag tonen, hoe beter de extrapolatie. Volgens de theorieën die we tot nu toe hebben bekeken, moeten de krommen lineair blijven in de tafelplot wanneer het potentiële verschil met Ecorr wordt verhoogd.
beperkingen
helaas zijn er beperkingen die zullen leiden tot afwijking van dit gedrag. We hebben al een voorbeeld gezien in Figuur 4.2, waar sommige reactiepartners door diffusie worden beperkt. Andere voorbeelden kunnen het begin zijn van een andere reactie of passivering van het oppervlak. In de paragraaf over polarisatiecurve verwerking zullen alternatieven voor de extrapolatie via Tafel helling fitting worden gepresenteerd (zie hoofdstuk verwerking Polarisatiecurves).
