Электрохимические испытания

Электрохимическое испытание — широко используемый метод оценки коррозионной стойкости металлов и сплавов на основе их электрохимического поведения в коррозионных средах. Обычно оно проводится в контролируемой электрохимической ячейке с использованием стандартной трехэлектродной конфигурации.

Этот метод особенно полезен для оценки компонентов, подвергающихся химически агрессивным или суровым условиям окружающей среды. В контролируемых лабораторных условиях электрохимическое тестирование обеспечивает быстрый, точный и надежный испытание на коррозию метод получения количественных данных о поведении деградации металлов.

 

Как работает электрохимическое тестирование?

В ходе электрохимического тестирования используется специализированная установка, включающая электролит, опорный электрод для поддержания стабильного напряжения, противоэлектрод и исследуемый материал, который называется рабочим электродом. Эти три электрода подключены к потенциостату. Сам опорный электрод не участвует в реакции, а используется только для поддержания стабильного опорного потенциала.

Анодная реакция

Анод — это обычно компонент, тест которого проводится. При приложении потенциала он окисляется, и металл начинает перемещаться в раствор. Общая реакция здесь такова:

М (металл)→Мⁿ⁺ + не^-

Катодная реакция

В катодной реакции происходит восстановление противоэлектродов или близлежащих областей. Это восстановление происходит за счет потребления электронов, высвобождаемых при окислении в анодной реакции. Эта реакция не включает деградацию металла, но она способствует коррозии, принимая электроны. Обычные катодные реакции, особенно в нейтральных или основных средах, где присутствует кислород, следующие:

O₂ + 2H₂O + 4e⁻ → 4OH⁻

В кислой среде реакция может быть следующей:

O₂ + 4H⁺ + 4e⁻ → 2H₂O

Это типичные реакции восстановления кислорода, происходящие при электрохимических коррозионных испытаниях.

Методы испытаний на электрохимическую коррозию

Потенциодинамическая поляризация (ПДП)

В этой технике коррозионное поведение металла изучается путем изменения потенциала и изучения его выходного тока. Здесь образец металла погружается в коррозионный раствор и подключается к трехэлектродной системе. Потенциал обычно распространяется от катодного к анодному направлению, и измеряется результирующий ток. Наконец, кривая графика, известная как кривая поляризации, предоставляет необходимую информацию о параметрах коррозии.

В нем рассказывается о:

• Потенциал коррозии (Ecorr): показывает, насколько материал подвержен коррозии.
• Плотность тока коррозии (Icorr): напрямую связана со скоростью коррозии.
• Поведение пассивации: показывает, образуется ли защитный оксидный слой и насколько он стабилен.
• Потенциал точечной коррозии или пробоя: точка, в которой начинается локальная коррозия, например точечная коррозия.

Электрохимическая спектроскопия импеданса (EIS)

Электрохимическая импедансная спектроскопия коррозионных испытаний в основном является неразрушающим методом. Здесь вы измеряете сопротивление металлической поверхности переменному току в диапазоне различных частот. Наконец, импеданс измеряется на каждой частоте. Полученные данные наносятся на график Найквиста или Боде, показывая, как система ведет себя электрохимически.

Этот метод дает вам информацию о:

• Характеристики покрытия: обнаружение дефектов, деградации и поглощения воды.
• Барьерные свойства: Высокий импеданс = хорошая защита.
• Сопротивление переносу заряда: показывает коррозионную стойкость на границе раздела металл/раствор.
• Емкость защитных пленок или покрытий

Мониторинг потенциала разомкнутой цепи (OCP)

В этой технике электрохимического тестирования не применяется внешний ток или напряжение. Здесь вы помещаете образец в раствор электролита и измеряете потенциал с течением времени с помощью контрольного электрода.

Этот метод дает информацию о:

• Склонность к коррозии: более отрицательный потенциал обычно означает более высокий риск коррозии.
• Стабильность пленки: Колебания могут указывать на разрушение или пассивацию защитных слоев.

Циклическая вольтамперометрия

Циклическая вольтамперометрия (CV) — это метод, при котором потенциал образца перемещается вперед и назад между двумя установленными пределами. Здесь проводится наблюдение за обратимыми и необратимыми электрохимическими реакциями. Получается кривая тока и напряжения, пик которой указывает на определенные электрохимические события.

В нем рассказывается о:

• Окислительно-восстановительное поведение металлов и покрытий
• Формирование и растворение пассивных слоев
• Механизмы коррозии, такие как точечная или щелевая коррозия
• Обратимость электрохимических реакций

Применение электрохимических испытаний

Оценка медицинского оборудования

Электрохимическое тестирование используется для оценки коррозии в таких областях, как щели в медицинских имплантатах и ​​инструментах.

Выбор материала

Он также помогает инженерам определять и сравнивать коррозионную стойкость различных базовых материалов перед их использованием в критических условиях.

Оценка обработки поверхности

Этот метод испытаний полезен для определения того, как поверхностная обработка, такая как пассивация или нанесение покрытий, может изменить устойчивость материала к коррозионному воздействию.

Анализ воздействия на производство

Электрохимические испытания также помогают отслеживать, как различные этапы обработки влияют на коррозионные свойства материала.

Методы электрохимических испытаний ASTM

ASTM G59

ASTM G59 предоставляет стандартный метод испытаний для проведения измерений сопротивления потенциодинамической поляризации. В этом методе измеряется линейная поляризация металлов для проверки скорости коррозии. Он известен тем, что дает ценную информацию об общем поведении коррозии.

ASTM G85

Этот метод обеспечивает стандартную практику для модифицированного испытания в соляном тумане (тумане). Он имитирует ускоренные коррозионные среды с использованием таких вариаций, как циклическое воздействие, подкисленные растворы или обогащение SO₂. Этот метод предпочтительно использовать для оценки долговечности защитных покрытий.

ASTM G6

Для оценки локальной коррозии применяется метод электрохимического тестирования ASTM G6. Этот тест помогает определить восприимчивость сплавов на основе железа, никеля или кобальта к точечной и щелевой коррозии. В этом методе анализируется форма и гистерезис кривых поляризации для получения результатов.

ASTM G69

Он используется для измерения коррозионных потенциалов (Ecorr) алюминиевых сплавов в водных растворах. Он предоставляет вам рейтинг сплавов на основе их электрохимического поведения. Таким образом, с помощью этого метода прогнозируются гальванические взаимодействия.

ASTM G71

Этот метод предоставляет вам руководство по проведению и оценке испытаний между разнородными металлами в электролитических средах. Это имеет решающее значение, когда разные металлы соединяются в коррозионной среде. Это помогает оценить риск и степень гальванической коррозии.

ASTM G150

Он фокусируется на электрохимическом испытании критической температуры питтинга (CPT) нержавеющих сталей и родственных сплавов. Он определяет минимальную температуру, при которой начинается стабильная питтинговая коррозия, что имеет важное значение для квалификации нержавеющей стали для сред, содержащих хлориды.

Почему предпочтительнее электрохимическое испытание на коррозию?

Скорость и сбор данных в реальном времени

Электрохимическое тестирование предпочитают инженеры для проверки коррозионной стойкости материала, поскольку оно обеспечивает быстрый анализ в реальном времени. В отличие от долгосрочных испытаний на погружение, вы можете получить их в течение нескольких часов.

Требование к небольшому размеру выборки

Электрохимическое тестирование не только быстрое, но и требует небольшого количества компонентов образца. Это делает его экономически эффективным и практичным, особенно при тестировании дорогостоящих компонентов или когда доступность образцов ограничена.

Высокая чувствительность к ранним стадиям коррозии

С помощью электрохимического коррозионного тестирования вы можете обнаружить коррозионную активность задолго до появления визуальных признаков. Это раннее обнаружение имеет решающее значение для определения слабых мест в материалах или покрытиях. Оно помогает вам выявлять и предотвращать долгосрочные отказы, особенно в критических средах.

Подходит для покрытий, сплавов и зон сварки

Электрохимическое тестирование легко адаптируется и может применяться к широкому спектру типов образцов и условий. Вы можете оценить защитные покрытия, сравнить коррозионную стойкость сплавов или проанализировать целостность сварных швов компонентов. Эти методы обеспечивают точные, подробные сведения, адаптированные к реальным приложениям.

Ограничения электрохимического тестирования

Ограничено проводящими материалами

Краткосрочный характер

Поскольку при электрохимических испытаниях результаты получаются быстрее, вы можете получить точные результаты для долгосрочных показателей коррозии.

Чувствительность к подготовке поверхности

Одним из замечательных ограничений электрохимического тестирования является его чувствительность. Если вы не очистите поверхность компонентов должным образом, незначительное загрязнение может привести к ложным результатам.

Сложность интерпретации

Анализ данных в электрохимических испытаниях, таких как экстраполяция Тафеля, кривые поляризации и спектры импеданса, требует экспертных знаний. Неправильная интерпретация может привести к неточным выводам о скоростях или механизмах коррозии.

 

FAQ

1. Какие факторы влияют на поведение электрохимической коррозии?

При электрохимических коррозионных испытаниях на коррозию влияет ряд факторов:

• Материальная композиция
• Состояние поверхности,
• Электролитная химия
• Температура
• Условия потока

2. Какие типы материалов можно испытывать с помощью электрохимических методов?

Испытания на электрохимическую коррозию могут применяться к проводящим материалам, таким как металлы и сплавы, в том числе:

• Нержавеющая сталь
• Алюминий:
• Титан
• Материалы с покрытием