för att förstå grunden för korrosionsströmmätningar förklaras Tafel plot och Evans diagram. Sambandet mellan en polarisationskurva och Evans diagram förklaras och hur man extraherar korrosionsströmmen från en polarisationskurva.
som vanligt skulle det vara bra om vi kan förutsäga korrosionsströmmen eller korrosionspotentialen. Julius Tafel studerade Väteutvecklingsreaktionen (HER) i början av 1900. Hennes är en vanlig reaktion i korrosion, eftersom allt vatten innehåller protoner. Han fann att det finns ett exponentiellt förhållande mellan den applicerade strömmen vid en platinayta och potentialen.
detta är också sant tvärtom (tillämpad potential och uppmätt ström). Ett bekvämt sätt att plotta detta förhållande var att plotta potentialen kontra logaritmen för strömmen, lg i, för att använda logaritmen leder till en linjär plot.
figur 4.1 / Tafel-plotschema med godtycklig skala och indikation av Tafel-lutningen
i Figur 4.1 linjens lutning kallas Tafel-lutningen. Det uttrycks vanligtvis i enheterna mV / årtionde. Detta tillvägagångssätt är det ideala fallet. Av många anledningar avviker verkliga reaktioner ofta från detta beteende. Mycket vanliga orsaker är passivering och diffusionsbegränsning. Påverkan av passivering kommer att diskuteras senare (se kapitelfunktioner i Polarisationskurvor).
Syrereduceringsreaktion
Diffusionsbegränsning leder till en potentiell oberoende ström. Mängden omvandlade arter, till exempel i syrgasreduceringsreaktionen (ORR) syret, tappas inom räckhåll för elektroden. Reaktionen kan bara fortsätta, och sålunda kan en ström endast uppstå om nytt syre diffunderar mot elektroden. Strömmen beror inte längre på potentialen, men transporten av syre i lösningen. Så Tafel-tomten kommer inte längre att vara linjär (s. figur 4.2)
Figur 4.2 / Tafel plot av ett diffusionsbegränsat system
kombinera reduktion och oxidation
hittills har vi bara tittat på reduktionen eller oxidationen, men vi måste kombinera en reduktion och en oxidation för att korrosion ska uppstå. Detta är också situationen i verkliga miljöer.
om Tafel-tomten för båda sidreaktionerna är känd kan man använda de två Tafel-tomterna för att hitta den teoretiska korrosionsströmmen och korrosionspotentialen. Detta är möjligt på grund av två fakta:
- ett nedsänkt ledande prov har en potential när som helst och därför måste alla reaktioner ske vid den potentialen.
- omvandlingen av laddning kräver att alla donerade elektroner måste accepteras, dvs reaktionerna måste ske i samma takt vilket innebär samma ström.
från dessa två förhållanden kan det härledas att korrosionsströmmen och korrosionspotentialen bestäms av den punkt där de två Tafel-tomterna för reduktionsreaktionen och oxidationsreaktionen möts. Plottning av de två Tafel-tomterna (eller mer) till en plot är ett Evans-diagram (Se figur 4.3). Det är bra att uppskatta vilket inflytande en förändring i oxidations-eller reduktionshastigheten har på korrosionshastigheten. Även potentialen och korrosionsströmmen hos ett galvaniskt par kan förutsägas.
figur 4.3 / Evans Diagram
Polarisationskurva
tyvärr används Evans diagram oftast endast för kvalitativa uppskattningar. Antalet influenser och saknade kvantitativa data gör det vanligtvis nödvändigt att utvärdera systemet med ett experiment. Vanligtvis görs detta med en polarisationskurva. För att registrera en sådan kurva appliceras ett linjärt potentiellt svep på proverna och strömmen registreras.
den inspelade strömmen är skillnaden mellan oxidationsströmmen och reduktionen. Detta innebär att den uppmätta strömmen vid korrosionspotentialen är 0. Eftersom tomten är gjord i en logaritmisk skala skulle en 0 motsvara en minus oändlig (- Xiaomi), som en potentiostat inte kan mäta. Ett schema med en polarisationskurva visas i Figur 4.4.
målet att spela in en polarisationskurva är vanligtvis att extrahera korrosionspotentialen såväl som korrosionsströmmen, men som i föregående stycke diskuterade intressepunkten är skärningspunkten mellan de två Tafel-tomterna inte direkt synlig i polarisationskurvan.
längre bort från korrosionspotentialen påverkas polarisationskurvan huvudsakligen av endast en av reaktionerna. Vid mycket katodiska potentialer dominerar reduktionen och vid mycket anodiska potentialer oxidationen. På grund av detta kan de linjära delarna av polarisationskurvorna användas för extrapolering av Tafel-sluttningarna och därmed korrosionspotentialerna såväl som korrosionsströmmen.
figur 4.4 / Polarisationskurva (grön) med Evans diagram (blå)
för en tillförlitlig extrapolering är det linjära beteendet under några decennier idealiskt och åtminstone i ett decennium nödvändigt. Ju fler decennier visar det linjära beteendet desto bättre extrapolering. Enligt de teorier vi har tittat på hittills bör kurvorna vara linjära i Tafel-diagrammet när potentialskillnaden till Ecorr ökas.
begränsningar
tyvärr finns det begränsningar som leder till avvikelse från detta beteende. Vi har redan sett ett exempel i Figur 4.2, där vissa reaktionspartners är begränsade av diffusion. Andra exempel kan vara uppkomsten av en annan reaktion eller passivering av ytan. I avsnittet om polarisationskurva bearbetningsalternativ till extrapolering via Tafel lutning montering kommer att presenteras (se kapitel bearbetning Polarisationskurvor).
