رفتار یک المان تک فازی در محیط با پوشش ضد خورنده توسط آب در جریان (بالا دست)

رفتار یک المان تک فازی در محیط با پوشش ضد خورنده توسط آب در جریان (بالا دست)

(اسامی نویسندگان)

جزییات مقاله: دریافت شده در ۲۰ ژانویه ۲۰۱۲٫ دریافت فرم در ۲۹ آگوست ۲۰۱۲٫ پذیرفته شده در ۲۱ سپتامبر ۲۰۱۲

لغات کلیدی: CPE- تئوری های مناسب- اَمپدانس- محیط متخلخل- مقاومت محیطی

چکیده: امپدانس یک پوشش ضد خورنده در یک محلول الکترولیت توسط فرض های زیر محاسبه می شود:

  • پوشش ضد خورنده و عناصر آن توسط محیط محلول کاهش می یابند. به این شکل که از سطح تماس محلول و پوشش به سطح تماس پوشش و ماده مورد نظر منتقل می شود و در نهایت مصرف می شود.
  • کسر حجمی الکترولیت در برابر پوشش به صورت توانی تغییر می کند.
  • رسانایی و مقاومت در قسمت سوراخ شده عایق خورنده توسط محلول را می توان با استفاده از تئوری موثر (EMT) اندازه گیری کرد که در آن محیط مقاومت ها موازی در نظر گرفته می شود.
  • تعدادی حفره به وجود می آیند از سطح تماس عایق خورنده و الکترولیت. همچنین این تکه ها به سطح تماس عایق و ماده مورد نظر(عمل گر) منتقل می شود که این باعث ایجاد یک مسیر با مقاومت کم می شود. نمودار های مقاومت هم توسط تئوری (CPE) Constant Phase Element به دست می آیند که برای گستره وسیعی کاربرد دارند. تعدادی آزمایش نیز روی آلیاژ آلومینیوم ۲۰۲۴، محلول ژل به همراه نمونه های غوطه ور در محلول NaCl آنالیز شدند که جداول آن ها در مقاله آمده است. همچنین به همراه فرمول Power Law  (CPE) برای مدل کردن پوشش ضد خوردگی نحوه ی پخش و توزیع مقاومت الکتریکی برای محلول هم به دست می آید که در ادامه به آن نیز می پردازیم. ارزیابی فرمول ها در روابط مربوط به مخلوط پوشش ضد خوردگی و محلول الکترولیت که از روی آن می توان مقدار مقاومت و رسانندگی دو مخلوط را به دست آورد نشان می دهد که می توان از رابطه ی خطی برای تعیین مقاومت محلول الکترولیت به همراه پوشش استفاده کرد و می توان آن ها را به صورت دو مقاومت سری مدل کرد که از فرمول EMT در این مقاله استفاده کرده ایم و هم چنین تقریب ماکسول (Maxwell) نیز با توجه به مشاهدات در مورد CPE قابل اطمینان است.

 

 

  • مقدمه:

محاسبات بحث مقاومت در الکتروشیمی از دهه های پیش مورد توجه بوده است. زیرا با توجه به آن می توان بازدهی روش های ضد خوردگی را افزایش داد. به وسیله بررسی مقاومت موادی از قبیل ماده مورد نظر، پوشش ضد خوردگی و محلول الکترولیت در یک بازه ی زمانی معین گروه های تحقیقاتی زیادی توانسته اند نرخ خوردگی و انواع واکنش های حاصل را بررسی کنند. آنالیز در بررسی ها در این زمینه و بحث مقاومت عموما بر اساس روش مدار معادل که توسط Beaunier در سال ۱۹۷۶ ایجاد شده صورت می گیرد و پارامتر ها و متغیر های مدل او بررسی می شود. در مدل Beaunier مقاومت محلول خنثی به صورت سری با دو مقاومت موازی دیگر که مربوط به پوشش ضد خوردگی و حفره ی ایجاد شده در پوشش توسط محلول هستند می باشد. در حقیقت مقاومت محلول پر کننده حفرات به صورت سری با دو مقاومت موازی مربوط به خود پوشش و ماده ی مورد نظر که در سطح تماس آن دو تعریف می شود می باشد و مقاومت کل حاصل فرآیند خوردگی را تحت تاثیر قرار می دهد. در متغیر اصلی روش Beaunier ظرفیت پوشش توسط یک (CPE) Constant Phase Element جایگزین می شود و برای بهتر مدل کردن و محاسبات دقیق تر می توان از مدل دو لایه ای یا چند لایه ای استفاده کرد که حجم محاسبات را افزایش و خطا را کاهش می دهد. جایگزین حالت چند لایه ای (چندین CPE) علاوه بر این که می تواند راحت Fit کردن نتایج آزمایشات روی مدل مدار معادل کمک کند دقت حاصل از این روش را نیز افزایش می دهد ولی مشکلی که ایجاد می کند این است که برای حل بهتر این معادلات به دست آمده ( در روش چندین CPE) نیاز به داشتن اطلاعات جزیی تری از فیزیک مساله داریم که این باعث می شود حجم محاسبات زیاد شود. بنابراین نیازمند ایجاد تعادلی بین حجم محاسبات و بررسی دقیق تر(دقت بالا) هستیم که این کار توسط Kingsbury و Brasher انجام شد و برای چند دهه مورد استفاده قرار گرفته است.

منبع اصلی و فرض اصلی در روش CPE هنوز به طور کامل مشخص نیست ولی چیزی که مشخص است این است که هنوز برای استفاده از آن در مورد محلول های غیر همگن بسیار مناسب می باشد و دقت خوبی دارد. به همراه روش آزمایش Kittel این حقیقت مشخص شده است که برای پوشش های ساخته شده از مواد آلی که خواص متغیری در طول ضخامت خود دارند باید از این تغییرات در ضخامت انتگرال گرفت و همچنین برای مدل های با دقت بالا برای ماده مورد نظر محلول و الکترولیت باید بر روی تغییرات خواص آن ها انتگرال گیری کرد تا کلیه تغییرات محاسبه شوند. آن نویسندگان در آن دوره هیچگاه چنین کاری انجام ندادند ولی آقای Hinderliter این تغییرات را بعد ها در  نظر گرفت و انتگرال گیری انجام داد. او توانست این عدم یکنواختی و غیر همگنی الکترولیت را برای الکترولیتی که حفرات داخل پوشش را تشکیل می دهد با یک مدل فیزیکی بیان کند. همچنین مشاهده شده که خواص محلول در قسمت سطح تماس دارای تفاوت هایی نسبت به سایر جاهای محلول می باشد و تفاوت هایی هم از نظر مکانیکی و خواص مکانیکی با هم دارند. گرده ما توانست نشان دهد که مقاومت یک لایه با رفتار CPE اگر بخواهد تغییر کند باید در راستای ضخامت آن به صورت توانی (Powerlaw) تغییر می کند و رسانایی آن می تواند غیر متغیر با مکان باشد یا این که در راستای ضخامت لایه ای با مقاومت کم باشد.

این رابطه powerlaw برای سیستم هایی مثل اکسید های غیر فعال و پوست انسان کار می کند. در این مقاله احتمال وجود رابطه بین مدل powerlaw با پوشش های ضد خوردگی بررسی شده است. فرضیه به این قرار است که عدم همگونی در پوشش ضد زنگ باعث ایجاد غیر یکنواختی در محلول می شود که در این حالت در سطح تماس الکترولیت با پوشش قوی تر و در سطح تماس ماده داخل محلول و پوشش ضعیف تر است و رابطه کسر حجمی الکترولیت در راستای ضخامت پوشش از قانون powerlaw پیروی می کند. پروفایل رسانایی و مقاومت الکترولیت نیز با روش (EMT) Effective Medium Theory محاسبه می شود و از آن برای به دست آوردن مقاومت کل سیستم استفاده می شود. همچنین نشان داده می شود که فقط یکی از این فرمول ها به رفتار CPE می انجامد و در نهایت نیز مقاومت تئوری با مقاومت آزمایش را مقایسه می کنیم که در آزمایش از محلول Sol-Gel که از NaCl 0.5 M تشکیل شده استفاده شده است.

screenshot-300

  • تئوری :

در شکل ۱ نمایش محلول، سطح مورد نظر و پوشش ضد خوردگی داده شده است. اگر ضخامت پوشش را با δ نمایش دهیم می توانیم عدد بی بعد ξ را به صورت نسبت سطح تماس سطح پوشش به پوشش و الکترولیت بیان کنیم که x بیانگر فاصله از سطح تماس سطح و پوشش است.

screenshot-301

پوشش ضد خوردگی دارای حفراتی است که توسط الکترولیت پر شده و ترتیب و طول این حفرات لزوما مرتبط به  نیست.(شکل a-1) فرض شده است که این حفرات خط صاف هستند. با وجود این که در واقعیت پیچ پیچ می باشند. تمام حفرات از سطح تماس پوشش با الکترولیت شروع می شوند و بیشتر آن ها آن قدر طولانی نیستند که به سطح تماس سطح و پوشش برسند. بنابراین صفحاتی موازی هم در فواصل مشخص  وجود دارند. اگر یک المان به ضخامت d از پوشش را در نظر بگیریم می توان کسر حجمی  را برای الکترولیت در آنجا متصور شد. بعضی از حفرات که یکی از آن ها در شکل نشان داده شده می توانند به قدری بلند باشند که به سطح تماس پوشش سطح مورد نظر برسند و بنابراین یک مقاومت ناچیز بین الکترولیت و سطح پدید می آید. در نهایت مدار معادل حاصل از الکترولیت، پوشش و سطح مورد نظر را می توان به صورت یک مقاومت الکترولیت سری با دو مقاومت موازی یکی  که مربوط به مقاومت حفره می شود و دیگری  که بیان گر مقاومت (امپدانس) الکترولیت اصلاح شده است می باشد که در شکل (b-1) نشان داده شده است.

قسمت پایینی شکل (b-1) بیانگر CPE می باشد که به صورت مقاومت سری می باشد که مقاومت اکسید روی سطح را نمایش می دهد. در شکل (a-1) با افزایش  کسر حجمی الکترولیت افزایش می یاد که این پدیده توسط hinderliter کشف شد. او اگرچه بین سطح داخلی و خارجی پوشش با الکترولیت فرق قایل شد ولی هیچگاه حفراتی که به سطح مورد نظر می رسند را در نظر نگرفت. روش های EMT متفاوتی برای محاسبه مقاومت و رسانندگی با توجه به نحوه پخش  وجود دارد که در تمام آن ها این فرض که اگر یک المان موازی به سطح تماس در نظر بگیریم این المان یا توسط الکترولیت پر می شود یا توسط مواد ضد خوردگی و چون این دو با هم موازی هستند رسانندگی کل  و ضریب هدایت کل  به صورت یک ترکیب خطی از رسانندگی و هدایت الکتریکی در منطقه به دست می آید.

(الکترولیت و پوشش ضد خوردگی) به همراه کسر حجمی الکترولیت داریم:

screenshot-302

که زیروند w و c به ترتیب نشان دهنده الکترولیت و پوشش محافظ می باشد.

به دلیل اینکه ۱ ≫ و  می توان گفت که  به صورت خطی با  رابطه دارد. می توان نشان داد که طبق رفتار CPE متغیر   از قانون powerlaw پیروی می کند و برای امپدانس می توان نوشت:

screenshot-303

که توان در CPE () و در رابطه powerlaw () به صورت زیر به هم مرتبط می شوند.

screenshot-303b

همین طور طبق فرض می دانیم که  از   در  تا  در  تغییر می کند. پس طبق قانون powerlaw داریم:

screenshot-303c

screenshot-304

screenshot-305

حالت  در نظر گرفته نشده است زیرا  برای تمام حفرات تعریف می شود. بنابراین هیچ حفره ای نمی تواند به سطح تماس پوشش محافظ با سطح مورد نظر برسد. زیرا می خواهیم  را محاسبه کنیم. چگونگی توزیع کسر حجمی الکترولیت   به صورت تابعی از  در شکل ۲ نمایش داده شده است. در اینجا توسط معادله (۶) برای چند مقدار متفاوت  بین ۰٫۰۰۱ تا ۰٫۱ محاسبه شده است. توان ۵ = فرض شده است که بنابراین ۰٫۸ =  می شود. در این جا برای نمایش از  فرضی استفاده شده است (۵ =) که با تغییر آن باز هم نتایج مشابهی به دست می آید.

مقاومت  و ضریب دی الکتریک  با استفاده از معادله (۲) و (۳) محاسبه شده است. مقادیر مشابه  و  و  و که در منبع ۱۱ آمده است در شکل ۳ نشان داده شده است. برای  ( که عموما برای درصد الکترولیت < %2 اتفاق می افتد) تغییرات مقاومت برای پوشش از order of magnitude =  می باشد.

اگر  باشد  order 5  از  کمتر است.

در مقابل برای هدایت الکتریکی داریم: برای   ،  از  بزرگتر است. فقط به اندازه ی یک فاکتور از Ca.

در مقادیر کم  که نزدیک به سطح تماس آهن و پوشش هستیم شکل (a-3) مقاومت بالایی را نمایش می دهد که به دلیل تفاوت خواص ، نسبت به خود پوشش می باشد.

با توجه به فرضیات بالا هر المان لایه ای را می توان به صورت یک ترکیب موازی مقاومت    و یک خازن  نشان داد که در این صورت امپدانس پوشش پر شده توسط الکترولیت برابر است با :

screenshot-306

در شکل (۴) چهار مقدار متفاوت برای  نشان داده شده است. هر دو در مختصات Bode برای چند پوشش استفاده می شوند. همچنین در مختصات Nyquist این کار صورت می گیرد. کاملا مشخص است که امپدانس پوششی با افزایش  کاهش می یابد. ( درصد الکترولیت هم افزایش می  یابد.) اگر شکل نمودار ها کاملا مشخص برای تعداد  نیست ولی نمودار زاویه فاز به خوبی رفتار CPE را در بسامد های بالا نمایش می دهد به خصوص در بازه ی KHz100، KHz 10. رفتار CPE همچنین کاملا در شاخه های نمودار Nyquist مشخص شده است.

ارتباط بسامد dlog| به صورت مشتق در شکل ۵ آمده است. در لایه هایی که سیستم با رفتار CPE مواجه می شده داریم : dlog|

نمودار ها برای چهار مقدار مختلف  در لایه های بالا کاملا به مقدار ۰٫۸ – میل می کند .()

screenshot-307

و مقدار زاویه فاز هم به دست می آید:

screenshot-308

screenshot-309

برای رسیدن به مقدار کلی امپداتس (Z) برای الکترولیت و پوشش محافظ و سطح مورد نظر در سیستم باید مقاومت حفره ها  به صورت موازی با  قرار بگیرد و مقاومت الکترولیت هم به صورت سری با مجموعه قبلی باشد. اگر چه در بیشتر موارد مقاومت الکترولیت بسیار کوچک و قابل صرف نظر است بنابراین z  به صورت زیر به دست می آید:

Z(w)=〖[〖Z_c (w)〗^(-۱)+〖R_pore〗^(-۱) ]〗^(-۱) (۸)

شکل ۶ نمودار امپدانس محاسبه شده طبق معادله ۸ را نشان می دهد.

برای مقادیر مختلف   ، مقاومت ویژه و رسانایی داریم:

screenshot-311

هر قدر   بزرگتر از  باشد که

که برای حد صفر  می باشد یک تاثیر کوچک روی امپدانس کل می گذارد.

هر جقدر   کوچکتر گردد مدول امپدانس کاهش می یابد و تمایل آن به نزدیک به نزدیک شدن به   بیشتر می شود. تغییر رفتار از CPE  به رفتار مقاومتی در فرکانس های بالا مطابق شکل ۶b اتفاق می افتد. و شکل منحنی nyquist نسبت به ماکزیمم Z بیشتر متقارن می شود. (شکل ۶c)

هیندرلیتر و همکارانش علاوه بر فرمول های ۲و ۳ و با فرض جذب الکترولیت شرح داده شده توسط  و

screenshot-311b

که رسانایی و مقاومت طبق حالات زیر حساب شده اند.

  • به صورت سری

screenshot-311c

screenshot-312

نتایج در شکل ۷ نشان داده شده است روابط ۹ و ۱۱ و۱۳ افزایش نرم تری نسبت به رابطه ۳ دارند. نسبت  برای براثر و کینگزبری نزدیک به ۱۰ است و برای ماکسول و سری برابر ۲ است. رسانایی محاسبه شده از فرمول ۱۰ و ۱۲ و ۱۴ بسیار نرم تر از معادله ۳ است. معادلات ۹ و ۱۴ که برای بدست آوردن نمودار nyquist استفاده می شود در شکل ۸a نمایش داده شده است. که در آن   که هردو تقریبا نیم دایره ای شکل هستند. در این نمودارها هم شاخه ای از رفتار CEP نیست. این نتایج در نمودار لگاریتمی Z  (تابع فرکانس) در شکل ۸b  نشان داده شده است.

با توجه به تنوع زیاد مقاومت در پوشش امپدانس در تماس با الکترولیت تا ۱۰ برابر تغییر می کند که در شکل ۴ نشان داده شده است. (برای مقادیر یکسان  )

بنابراین نتایج حاصله برای دو محیط توسط فرمول های سری از معادلات ۹ و  ۱۱ روش EMT توسط برائر و کینگزبری در معادلات ۱۱ و ۱۲ و روش ماکسول در معادلات ۱۳ و۱۴  آورده شده است.

screenshot-313

screenshot-314

screenshot-315

 

۳-  آزمایش

sol-gel تهیه شده از (PAA),(GLYEO),(TEOS) بوتانول و چند رزین می باشد. که با نسبت های GLYEO/TEOS/PAA/EPOXY برابر ۱:۱:۱۰:۸ میباشد. ساختار کامل شیمیایی به دلیل مسایل امنیتی قابل بیان نیست. Sol-gel  فاقد هرگونه رنگدانه و پراکندگی است.

پوشش از آلومینیوم ۲۰۲۰ T3 که در صنایع هوایی کاربرد دارد ساخته شده است.

قطعات از اجزای ۱۶*۸۰*۱۲۵ میلیمتر ساخته شده است که ماشین کاری و ژل شده است. نمودارها قیل از نقاشی در محلول قلیایی در دمای ۶۰’C, PH=9 برای ۱۵ دقیقه قرار گرفتند. و با آب مقطر شست وشو شدند و سپس در محلول اسید ۵۲ درجه سانتیگراد به مدت ۱۰ دقیقه قرار گرفتند و با آب مقطر شست وشو شدند. رنگ مایع با اسپری پاشیده می شوندو در دمای ۱۰۰ درجه به مدت یک ساعت پخته می شودو ضخامت روکش نمونه با دستگاه SEM 20 میکرومتر تعیین می شوند.

در اندازه گیری امپدانس از ۳ الکترود در محلول ۰٫۵ مولار NaCl استفاده می شود. از نمونه پوشش داده به عنوان الکتروداستفاده میشود و یک ترتیب پلکسی استوانه ای در بالای نمونه ها وصل هستند. که سطح مقطع آن ها ۲۴ سانتی متر مربع می باشد.

این پیکربندی سلول اجازه می دهد که بتوان پراکندگی های بیش از اندازه داده ها در فرکانس های مختلف را به وسیله الکترود دیسکی حذف کرد.

یک ورق پلاتینی دیگر و یک الکترود جیوه ای سیر شده برای شمارشگر و الکترود مبنا در نظر گرفته شد. سلول های الکتروشیمیایی در دمای اتاق و هوای  آزاد قرار می گیرد.

امپدانس محلول شیمیایی توسط دستگاه بیولوژیکی VSP اندازه گیری شده و نمودار آن بدست آمده است.

نمودار امپدانس تحت شرایط پتانسیل استاتیکی خوردگی در فرکانس هایی در بازه ی ۶mHz-60KHz به همراه ۶ نقطه در هر بازه ی ۱۰ تایی استفاده و یک منبع سینوسی ۲۰mV بدست آمد.

screenshot-316

 

برای رسم نمودار داده های امپدانس از نرم افزار LISE CNRS  استفاده شده است که می تواند رگرسیون داده ها را حساب کند. بهترین نمودار را از نقاط داده شده عبور دهدو این نرم افزار این کار را برای بازه های مختلف اطلاعات انجام می دهد.

 

۴ – نتایج و بحث درباره آزمایش

امپدانس آلیاژ آلومینوم ۲۰۲۰ T3  به همراه محلول  sol-gel حاوی نمک NaCl به غلظت ۰٫۵ مولار بر حسب پتانسیل خوردگی نسبت به زمان غوطه وری در محلول حساب میشود. به طور مثال امپدانس اندازه گیری شده در ۷۲ ساعت در نمودار ۹  می باشد. نمودار حاصل در فرکانس بالا به صورت یک سیلندر در فرکانس پایین به صورت خط عمودی صاف می باشد. نمودار به وسیله مدل سری امپدانس ها که در فرمول  ۸ معرفی شده بررسی شده است. همچنین از مدل CPE  هم در مورد فیلم اکسید بهره گرفته شده است.

مقاومت اکسید بسیار زیاد در نظر گرفته شده است زیرا در آزمایش ها ظرفیت آن زیاد بوده و در فرکانس های پایین هیچ مقاومتی با لایه اکسید به صورت موازی فرض نمیشود. شکل ۱b چنین رفتاری نشان می دهد که برای کار حاضر پوشش اکسید به طور موثری از خوردگی محافظت می کند. و با توجه  به ابعاد الکترود که ۲۲cm در  ۲۴cm است از مقاومت آن می توان صرف نظر کرد. در روش رگرسیون تنها پارامترهای قابل تنظیم عبارتند از: . که  ثابت هستند.

screenshot-317

پارامترهای  مربوط به اکسید در اینجا بحث نشده اند. زیرا مرتبط به پوشش نیستند. رگرسیون نمودار بدست آمده در بالای فرکانسی وسیع خوب است. در مختصات nyquist , bode با تجربه سازگار بالایی دارد. مقادیر   در جدول ۱ آمده است.

با افزایش میزان تخریب پوشش قدرت محلول برای جذب یونها افزایش می یابد. اگرچه بازهم در سطح پایینی قرار می گیرد ( بعد از ۱۶۸h) و  کوچک می شود.

در شکل ۹ در فرکانس پایین حلقه ایجاد شده نشان دهنده مقاومت حفرات است که از مدل مدار بیونیر پیروی می کند. بنابراین حلقه بسامد بالا نسبت به تعداد ماکزیمم Z متقارن خواهد بود (شکل ۶c)

مقدار   حساب شده به وسیله fit  کردن نمودار و داده های  در شکل ۱۰ نشان داده شده است و برای ۳ زمان غوطه وری مختلف حساب شده است همچنین مقدار  که به  بستگی دارد حساب شده که این مقدار بین ۸ و ۸٫۰۰۹ برای ۱۶۸ ساعت متغیر است.

screenshot-319

این مدل برای سایر ترکیب ها و نمک های sol-gel در نمک NaCl 0.5 M کاملا مناسب نیست و دارای یک توضیح پیچیده تر برای کسانی که در جریان هستند می باشد. اما ما یک توضیح مختصر می دهیم.

البته مقدار  در مدل پاور لاو ثابت فرض شده است که در این صورت این مدل می تواند برای مقدار آب جذب شده توسط پوشش نیز کار کند که طبق رفتار CPE صحیح می باشد و تغییرات رسانایی روی آن تاثیر نمی گذارد. داده های EIS در مورد پوشش ها و الکترولیت های دیگری آزمایش و شرح داده شده که در مقالات بعدی به آنها می پردازیم.

۵- نتیجه گیری

مشاهدات رفتار CPEدر امپدانس بین سیستم بستر و پوشش و الکترولیت در محلول های غیر همگن می تواند با افزایش پروفایل  در مدل پاورلاو همراه باشد.

اگر مقدار مقاومت رسانایی مربوط به هر نقطه در ضخامت های مختلف پوشش اندازه گیری شود  می تواند به وسیله فرمول EMT مورد استفاده قرار بگیرد که طبق آن مقاومت های پوشش و الکترولیت به صورت موازی فرض می شود.

از آتجا که مقاومت های انفرادی و تکی این دو محیط  از نظر مقداری با هم اختلاف زیادی دارند حضور الکترولیت باعث ایجاد مقادیر مختلف مقاومت در سطح پوشش می شود.

در مقابل رسانایی در خلا (permititivity) فقط تابعیت خیلی کم از  حدودا ۱۰ دارد، این حالت اجازه ی دهد که مزیت معادلات مشتق شده قبلی قابل استفاده باشد. که این معادلات در روابط تاکنون برای اکسیدهای فعال و پوست انسان به کاربرده شده است.

وقتی که داده های تجربی EIS بدست آمده در مورد آلیاژ ۲۰۲۰  آلومینوم به همراه پوشش sol-gel غوطه ور شده در محلول NaCl آنالیز شد با توجه به کار حاضر عملیات fitting  بسیار رضایت بخش بود که تنها از پارامترهای قابل تنظیم استفاده شده بود.

مقدار fit شده  بسیار کوچک و در حدود  یا کمتر بود ولی به اندازه کافی برای تغییر در مقدار مقاومت تا حدود ۵ برابر کافی بود (تقریبا تغییرات راسانایی در خلا برابر صفر بود) تخریب پوشش تحت اثر عوامل زیر بود: افزایش در  ، افزایش اندازه یا تعداد حفرات در واحد سطح که شاهد آن کاهش  می باشد.

خلاصه

بحث خوردگی یک بحث پر رونق و حیاتی است و به دلیل اهمیت زیاد این بحث روش ها و نظریات بسیاری در باره کاهش اثرات مخرب خوردگی مطرح می شود لیکن این روش ها که  خیلی رایج می باشد بحث پوشش کردن یک سطح با یک ماده مشخص است که در مقابل خوردگی از سطح مورد نظر محافظت کند. متاسفانه به دلیل اینکه اغلب این پوشش ها با محلول واکنش داده و تخریب می شوند تعیین طول عمر آن ها و نیز نرخ از بین رفتن و نازک شدن این پوشش ها بسیار حائز اهمیت است. در این مقاله چند آزمایش و معادله برای بدست آوردن نرخ تخریب پوشش و همچنین شبیه سازی فرآیند خوردگی و واکنش الکتروشیمیایی حاصل با یک مدار الکتریکی و تعیین پارامترهای آن و همچنین مدل هایی برای اندازه گیری این پارامترها ارائه شده است. نکته مهمی که در این باره وجود دارد این است که ضخامت پوشش به دلیل عدم یکنواختی در نرخ خوردگی سطح در همه جا یکسان نیست و این تفاوت در ضخامت باعث ایجاد ناهمگنی برای یک محلول می شود که در نتیجه سرعت های متفاوت خوردگی ایجاد می کند. در این روش ابتدا ضخامت و مقاومت و رسانایی (ضریب گذردهی الکتریکی) را برای محلول و پوشش تعریف می کنیم سپس با بی بعدسازی ضخامت پوشش و ایجاد روابط مقادیر مقاومت و رسانایی را بر حسب آن می نویسند سپس مقاومت سه ماده الکترولیت، پوشش و حفره ایجاد شده در پوشش با روش های مختلف مثل ماکسول، روش سری و … بدست می آورند. همچنین این عدم یکنواختی در ضخامت پوشش و در نتیجه خواص آن را نیز با انتگرال گیری در کل سطح مقطع بدست می آورند. با داشتن روابط فیزیکی مربوط به امپدانس،  مقاومت مدار ایجاد شده را تحلیل می کنند و در فرکانس های مختلف، ولتاژ ایجاد شده را اندازه گیری می کنند. سپس با این ولتاژ تحریک، پاسخ سیستم را مد نظر قرار می دهند تا بتوانند امپدانس آن را محاسبه کنند.

حال با توجه به اینکه امپدانس و مقاومت و رسانایی تابع نوع محلول، ضخامت پوشش و نوع آن نی باشد در آزمایش ها از یک محلول یکسان که NaCl  ۰٫۵ مولار بود استفاده شد. همچنین جنس آلومینوم ۲۰۲۴ انتخاب شد و در فرکانس های ۱۰mHz-60KHz آزمایش با الکترودهای مخصوص صورت گرفت تا بتوان نمودارهای مختلفی را رسم کرد. این نمودارها که عموما برای تعیین رابطه امپدانس با فرکانس، امپدانس با مقاومت حفرات و هم چنین امپدانس با ضخامت بدست می آیند تابعیت زمانی هم دارند. منظور از تابعیت زمانی این است که تعداد امپدانس بسته به اینکه ماده مورد نظر چند ساعت در محلول مشخص غوطه ور شده است متفاوت است.

به این ترتیب با استفاده از یک نرم افزار که قابلیت fit کردن داده ها را داشته باشد می توانیم روابط و نمودارهایی را برای بستگی امپدانس با ضخامت، مقاومت حفره (عمق حفره) و زمان غوطه وری پوشش در محلول معین را بدست آوریم که پس از آن می توان با تغییرات شرایط، تعداد امپدانس برای کنترل خوردگی برای پوشش معین تعیین کرد. که طبق این نمودارها می توان با تغییرات محیطی سرعت خوردگی را کاهش و طول عمر پوشش را زیاد کرد. هم چنین این روابط با تغییرات اندکی قابلیت استفاده در محلول های غیر همگنی را دارند که روش های آن در مقاله دیگری مثل رفتار CPE  و …. برای تعیین مقاومت معادل سیستم محلول الکترولیت، پوشش و ماده مورد نظر مورد نقد و بررسی و اینکه چه بازه هایی قابل قبول هستند.

دانلود فایل  (همیارپروژه)

 

ارسال دیدگاه

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

توسط
تومان