धातु क्षरण

जब धातु सामग्री आसपास के माध्यम के संपर्क में होती है, तो सामग्री रासायनिक या विद्युत रासायनिक क्रिया के कारण नष्ट हो जाती है। धातु जंग एक थर्मोडायनामिक सहज प्रक्रिया है,उच्च ऊर्जा अवस्था की धातु को निम्न ऊर्जा अवस्था के धातु यौगिक में परिवर्तित करनाइनमें पेट्रोलियम और पेट्रोकेमिकल उद्योग में जंग की घटना अधिक जटिल है, जिसमें खारा पानी, एच₂एस और सीओ₂.
अधिकांश संक्षारण प्रक्रियाओं की प्रकृति विद्युत रासायनिक होती है। धातु/इलेक्ट्रोलाइट समाधान इंटरफ़ेस (विद्युत दोहरी परत) के विद्युत गुणों का व्यापक रूप से संक्षारण तंत्र अध्ययन में उपयोग किया जाता है,धातु क्षरण अनुसंधान में आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले इलेक्ट्रोकेमिकल विधियां हैंः ओपन सर्किट पोटेंशियल (ओसीपी), ध्रुवीकरण वक्र (टाफेल ग्राफ),विद्युत रासायनिक प्रतिबाधा स्पेक्ट्रोस्कोपी (ईआईएस).

1क्षरण अध्ययन में तकनीकें

1.1ओसीपी

एकांत धातु विद्युत् पर एक ही गति से एक ही समय में एक एनोड प्रतिक्रिया और एक कैथोड प्रतिक्रिया की जाती है, जिसे विद्युत् प्रतिक्रिया का युग्मन कहा जाता है।पारस्परिक युग्मन की प्रतिक्रिया को संयोग प्रतिक्रिया कहा जाता है।, और पूरी प्रणाली को “संयुग्मित प्रणाली” कहा जाता है। संयुग्मित प्रणाली में, दो इलेक्ट्रोड प्रतिक्रियाएं एक दूसरे के साथ परस्पर जुड़ी होती हैं, और जब इलेक्ट्रोड क्षमताएं समान होती हैं,इलेक्ट्रोड क्षमता समय के साथ भिन्न नहीं होती हैइस अवस्था को “स्थिर अवस्था” कहा जाता है, और इसी प्रकार की क्षमता को “स्थिर क्षमता” कहा जाता है। संक्षारण प्रणाली में, इस क्षमता को “आत्म संक्षारण क्षमता ” भी कहा जाता है।_{कच्ची}या ओसीपी, और संबंधित धारा घनत्व को संक्षारण धारा घनत्व कहा जाता है_{कच्ची}सामान्य तौर पर, जितना अधिक सकारात्मक खुला सर्किट संभावित है, उतना ही इलेक्ट्रॉन खोना और संक्षारण करना अधिक कठिन है, यह दर्शाता है कि सामग्री का संक्षारण प्रतिरोध बेहतर है।
सीएस potentiostat/galvanostat विद्युत रासायनिक कार्य स्टेशन का उपयोग लंबे समय के लिए प्रणाली में धातु सामग्री के वास्तविक समय इलेक्ट्रोड क्षमता की निगरानी करने के लिए किया जा सकता है।,सामग्री की खुली सर्किट क्षमता प्राप्त की जा सकती है।

1.2 ध्रुवीकरण वक्र (Tafel ग्राफ)

आम तौर पर, विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्युत विद्यजब ध्रुवीकरण होता है, विद्युत् क्षमता की संतुलन क्षमता से नकारात्मक शिफ्ट को कैथोडिक ध्रुवीकरण कहा जाता है।और संतुलन क्षमता से इलेक्ट्रोड क्षमता के सकारात्मक बदलाव को एनोडिक ध्रुवीकरण कहा जाता है.
विद्युत् प्रक्रिया के ध्रुवीकरण प्रदर्शन को पूरी तरह और सहज रूप से व्यक्त करने के लिए,यह वर्तमान घनत्व के एक कार्य के रूप में प्रयोगात्मक रूप से अधि-संभावित या इलेक्ट्रोड क्षमता निर्धारित करने के लिए आवश्यक है, जिसे ध्रुवीकरण वक्र कहा जाता है।
आई_{कच्ची}धातु सामग्री की मात्रा की गणना स्टर्न-गेरी समीकरण के आधार पर की जा सकती है।

B सामग्री का स्टर्न-गेरी गुणांक है, R_पीधातु का ध्रुवीकरण प्रतिरोध है।

प्राप्त करने का सिद्धांत_{कच्ची}ताफेल निष्कर्षण पद्धति के द्वारा
Corrtest सीएस स्टूडियो सॉफ्टवेयर स्वचालित रूप से ध्रुवीकरण वक्र के लिए फिट कर सकते हैं।_अऔर b_cकी गणना की जा सकती है।i_{कच्ची}फैराडेय के नियम के आधार पर और सामग्री के विद्युत रासायनिक समकक्ष के साथ संयोजन में, हम इसे धातु संक्षारण दर (एमएम / ए) में परिवर्तित कर सकते हैं।

1.3 ईआईएस

विद्युत रासायनिक प्रतिबाधा प्रौद्योगिकी, जिसे एसी प्रतिबाधा के रूप में भी जाना जाता है, measures the change of voltage (or current) of an electrochemical system as a function of time by controlling the current (or voltage) of the electrochemical system as a function of sinusoidal variation over timeविद्युत रासायनिक प्रणाली के प्रतिबाधा को मापा जाता है और इसके बाद प्रणाली (माध्यम/कोटिंग फिल्म/धातु) की प्रतिक्रिया तंत्र का अध्ययन किया जाता है।और फिटिंग माप प्रणाली के इलेक्ट्रोकेमिकल मापदंडों का विश्लेषण किया जाता है.
प्रतिबाधा स्पेक्ट्रम विभिन्न आवृत्तियों पर एक परीक्षण सर्किट द्वारा मापा प्रतिबाधा डेटा से तैयार एक वक्र है,और इलेक्ट्रोड प्रक्रिया के प्रतिबाधा स्पेक्ट्रम एक इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिबाधा स्पेक्ट्रम कहा जाता हैईआईएस स्पेक्ट्रम के कई प्रकार हैं, लेकिन सबसे अधिक उपयोग किए जाने वाले नाइक्विस्ट ग्राफ और बोडे ग्राफ हैं।

2प्रयोग उदाहरण

उदाहरण के तौर पर CS350 इलेक्ट्रोकेमिकल वर्कस्टेशन का उपयोग करते हुए एक उपयोगकर्ता द्वारा प्रकाशित एक लेख को लेते हुए, धातु संक्षारण माप प्रणाली की विधि का एक ठोस परिचय पेश किया गया है।
उपयोगकर्ता ने Ti-6Al-4V मिश्र धातु स्टेंट की संक्षारण प्रतिरोध का अध्ययन किया जो पारंपरिक फोर्जिंग विधि द्वारा तैयार किया गया था ((प्रतीक # 1)),चयनात्मक लेजर पिघलने की विधि (नमूना #2) और इलेक्ट्रॉन बीम पिघलने की विधि (नमूना #3)स्टेंट का उपयोग मानव प्रत्यारोपण के लिए किया जाता है, इसलिए संक्षारण माध्यम शरीर द्रव (एसबीएफ) का अनुकरण है। प्रयोगात्मक प्रणाली के तापमान को भी 37°C पर नियंत्रित करने की आवश्यकता है।

उपकरण:CS350 पोटेंशियोस्टैट/गल्वानोस्टैट
प्रयोगात्मक उपकरण:CS936 जैकेट फ्लैट संक्षारण सेल, निरंतर तापमान सुखाने ओवन
प्रयोगात्मक दवाएं:एसीटोन, एसबीएफ, कमरे के तापमान पर कठोर करने वाली इपॉक्सी राल
प्रयोग का माध्यम:
अनुकरणीय शरीर तरल पदार्थ (एसबीएफ): NaCl-8.01केसीएल-0.4कैसीएल₂-0.14,NAHCO₃-0.35केएच₂पीओ₄-0.06, ग्लूकोज -0.34, इकाई हैः जी/एल
नमूना ((WE)
Ti-6Al-4V मिश्र धातु स्टेंट 20×20×2 मिमी,
उजागर कार्य क्षेत्र 10×10 मिमी है
गैर-परीक्षण क्षेत्र को कमरे के तापमान पर ईपॉक्सी राल से कवर/सील किया जाता है।
संदर्भ इलेक्ट्रोड ((RE):संतृप्त कैलोमेल इलेक्ट्रोड
काउंटर इलेक्ट्रोड ((CE):CS910 पीटी चालकता इलेक्ट्रोड

2.1 प्रयोग के चरण और मापदंडों की सेटिंग

2.1.1 ओसीपी
परीक्षण से पहले, काम कर रहे इलेक्ट्रोड को मोटे से ठीक (360 जाल, 600 जाल, 800 जाल, 1000 जाल, 2000 जाल क्रम में) तक चमकाने की आवश्यकता है जब तक कि सतह चिकनी न हो जाए। चमकाने के बाद,इसे आसुत पानी से कुल्ला और फिर एसीटोन का उपयोग करके इसे डिग्रिसेड करें, इसे निरंतर तापमान पर सूखने वाले ओवन में डाल दें और उपयोग के लिए 37°C पर सूखें।
नमूना को संक्षारण कक्ष में इकट्ठा करें, संक्षारण कक्ष में अनुकरणीय शरीर द्रव को पेश करें,और एक नमक पुल के साथ संतृप्त कैलोमेल इलेक्ट्रोड (एससीई) को फ्लैट संक्षारण सेल में डालें. सुनिश्चित करें कि लुगिन केशिका का सिर काम कर रहे इलेक्ट्रोड की सतह के सामने है। तापमान को पानी के परिसंचरण द्वारा 37°C पर नियंत्रित किया जाता है।

सेल केबल से इलेक्ट्रोडों को पोटेंशियोस्टेट से जोड़ें।
प्रयोग→स्थिर ध्रुवीकरण→ओसीपी

आप डेटा के लिए एक फ़ाइल नाम दर्ज करना चाहिए, परीक्षण के कुल समय सेट, और परीक्षण शुरू. समाधान में धातु सामग्री के ओसीपी धीरे-धीरे बदल जाता है,और यह स्थिर रखने के लिए एक अपेक्षाकृत लंबी अवधि लेता हैइसलिए यह सुझाव दिया जाता है कि समय 3000 से कम न हो।

2.1.2 ध्रुवीकरण वक्र

प्रयोग→स्थिर ध्रुवीकरण→संभावित गतिज

आरंभिक क्षमता, अंतिम क्षमता और स्कैन दर सेट करें, संभावित आउटपुट मोड का चयन करें के रूप में
यदि यह चेक नहीं किया जाता है, तो स्कैन संबंधित क्षमता के माध्यम से नहीं जाएगा।
इसमें 4 स्वतंत्र ध्रुवीकरण क्षमता सेट बिंदु हैं। स्कैन प्रारंभिक क्षमता से शुरू होता है, वर्टेक्स ई # 1 और वर्टेक्स ई # 2 तक, और अंत में अंतिम क्षमता तक।"मध्यवर्ती क्षमता 1" और "मध्यवर्ती क्षमता 2" को चालू या बंद करने के लिए "सक्षम करें" चेक बॉक्स पर क्लिक करें. यदि चेक बॉक्स नहीं है, तो स्कैन इस मान को पारित नहीं करेगा और संभावित स्कैन को अगले पर सेट करेगा.
यह ध्यान देने योग्य है कि ध्रुवीकरण वक्र माप केवल इस शर्त पर किया जा सकता है कि ओसीपी पहले से ही स्थिर है। आमतौर पर 10 मिनट के बादहम निम्न पर क्लिक करके OCP स्थिर फ़ंक्शन खोलेंगे:

→

सॉफ्टवेयर 10mV/मिनट से कम संभावित उतार-चढ़ाव के बाद स्वचालित रूप से परीक्षण शुरू करेगा
इस प्रयोग उदाहरण में, उपयोगकर्ता संभावित सेट -0.5 ~ 1.5V (बनाम ओसीपी)
आप स्कैन को रोकने या उलटने के लिए शर्त सेट कर सकते हैं. यह मुख्य रूप से पिटिंग संभावित माप और निष्क्रियता वक्र माप में प्रयोग किया जाता है.

2.2 परिणाम
2.2.1 ओसीपी
खुले सर्किट क्षमता परीक्षण से हम मुक्त संक्षारण क्षमता प्राप्त कर सकते हैंई_{कच्ची}, जिससे हम धातु सामग्री के संक्षारण प्रतिरोध का आकलन कर सकते हैं।ई_{कच्ची}है, जितना कठिन सामग्री जंग है।

ग्राफ से हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि नमूना #1 और 2 का संक्षारण प्रतिरोध # 3 से बेहतर है।

2.2.2 टेबल प्लॉट विश्लेषण (क्षय दर माप)
इस प्रयोग का ध्रुवीकरण इस प्रकार है:

जैसा कि दिखाया गया है, गणना की गई जंग दर के मूल्य से हम वही निष्कर्ष प्राप्त कर सकते हैं जो हम ओसीपी माप से प्राप्त करते हैं। जंग दर की गणना ताफेल ग्राफ द्वारा की जाती है।हम देख सकते हैं कि जंग दर के मान ओसीपी विधि द्वारा प्राप्त निष्कर्ष के अनुरूप हैं.
Tafel ग्राफ के आधार पर, हम जंग वर्तमान घनत्व प्राप्त कर सकते हैंi_{कच्ची}हमारे सीएस स्टूडियो सॉफ्टवेयर में एकीकृत विश्लेषण फिटिंग टूल द्वारा। फिर अन्य मापदंडों के अनुसार जैसे काम कर रहे इलेक्ट्रोड क्षेत्र, सामग्री का घनत्व, समकक्ष वजन,क्षरण दर की गणना की जाती है.

चरण इस प्रकार हैंः
क्लिक करके डेटा फ़ाइल आयात करें

डेटा फिट

सेल जानकारी क्लिक करें. , और तदनुसार मान दर्ज करें.

यदि आपने परीक्षण से पहले ही सेल और इलेक्ट्रोड सेटिंग में पैरामीटर सेट कर लिए हैं, तो आपको यहां फिर से सेल जानकारी सेट करने की आवश्यकता नहीं है।
टैफेल फिटिंग के लिए ¢Tabel ¢ क्लिक करें. एनोड खंड/कैथोड खंड के डेटा के लिए ऑटो टैफेल फिटिंग या मैन्युअल फिटिंग चुनें, फिर संक्षारण धारा घनत्व, मुक्त संक्षारण क्षमता,क्षरण दर प्राप्त की जा सकती है. आप ग्राफ पर फिट परिणाम खींच सकते हैं.

3. ईआईएस माप
प्रयोग → प्रतिबाधा → ईआईएस बनाम आवृत्ति

ईआईएस विश्लेषण

3.5% NaCl समाधान में Q235 कार्बन स्टील का EIS निम्नानुसार है:

उपरोक्त नाइकिस्ट ग्राफ क्षमता आर्क (नीले फ्रेम से चिह्नित) और वारबर्ग प्रतिबाधा (लाल फ्रेम से चिह्नित) से बना है। सामान्य तौर पर, क्षमता आर्क जितना बड़ा होगा,सामग्री का संक्षारण प्रतिरोध जितना बेहतर होगा.

Q235 कार्बन स्टील EIS परिणामों के लिए समकक्ष सर्किट फिटिंग
चरण इस प्रकार हैं:
कैपेसिटेंस आर्क का समकक्ष सर्किट खींचें - R1, C1, R2 प्राप्त करने के लिए ¥ त्वरित फिट में मॉडल का उपयोग करें।
वारबर्ग प्रतिबाधा भाग का समकक्ष सर्किट खींचें - Ws का विशिष्ट मान प्राप्त करने के लिए ¢ त्वरित फिट में मॉडल का उपयोग करें।
जटिल सर्किट में मान खींचें→ सभी तत्वों को ️Free+ ️ →क्लिक करें फिट करने के लिए टाइप करें
परिणामों से, हम देखते हैं कि त्रुटि 5% से कम है, यह दर्शाता है कि हम जो स्व-परिभाषित समकक्ष सर्किट खींचते हैं वह वास्तविक माप के प्रतिबाधा सर्किट के अनुरूप है।बोडे फिटिंग प्लॉट आम तौर पर मूल प्लॉट के अनुरूप है.