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動電位和循環(huán)動電位掃描

點擊次數(shù):4458 更新時間:2020-04-01

介紹

動電位掃和循環(huán)動電位掃描是利用Gamry電化學(xué)工作站進行的常用的測試方法。這些研究通常用于研究表面腐蝕。本篇應(yīng)用報告介紹了這兩種實驗方法。有關(guān)基礎(chǔ)知識,請參考我們的應(yīng)用報告“電化學(xué)腐蝕測量入門”。ASTM G59標準討論了動電位掃描,ASTM G61標準討論了循環(huán)動電位掃描。

 

動電位掃描方法

在這種類型的掃描中,電壓驅(qū)動陽極或陰極的反應(yīng)。我們觀察到的是反應(yīng)速度(電流)的總體變化。也就是,恒電位儀記錄施加在測試體系上不斷增加的電壓產(chǎn)生的電流。在總的陽極電流等于總的陰極電流時的電位就是開路電位(Eoc)。(如圖一所示)

corrosion process

圖1 顯示總電流陰、陽極枝的腐蝕過程

電位在一定范圍內(nèi)進行掃描,同時記錄電流。對于陽極掃描,研究者常常從比較小的陰極極化范圍(略小于開路電位)開始掃描,對于陰極掃描,從比較小的陽極極化范圍(略大于開路電位)開始掃描。

循環(huán)動電位掃描方法

循環(huán)動電位掃描類似于動電位掃描,只是多了一步:電壓在一定范圍掃描后,再反向掃描至初始電位。掃描過程中,由于發(fā)生反應(yīng),電極表面很有可能改變,因此電壓反掃的數(shù)據(jù)不會與正向掃描重疊。

掃描參數(shù)

ASTM中建議掃描速率是0.1667mV/s。掃速過快通常會導(dǎo)致數(shù)據(jù)失真,因為樣品表面不能保持相對穩(wěn)定。

數(shù)據(jù)

具有代表性的動電位掃描結(jié)果如圖2所示。

potentiodynamic scan

圖2 430不銹鋼合金在1mol/L H2SO4中的動電位掃描曲線

自變量(電位)繪制在縱軸上,因變量(電流)繪制在橫軸上。

這種對不銹鋼樣品在硫酸中的掃描可以解釋為:

potentials currents regions

圖3 圖2中用顏色表示的各種重要電壓,電流和區(qū)域

當電壓從-550mV慢慢增加,電流在陰極區(qū)(紫色)下降至Ecorr小處,然后在金屬發(fā)生氧化的活化區(qū)域(綠色)再次上升。在鈍化電位Epp時達到大值。電流在過渡區(qū)(黃色)再次下降,然后在鈍化區(qū)(粉色區(qū))較低部分保持相對穩(wěn)定,電位高于600mV時,表面擊穿會導(dǎo)致樣品表面產(chǎn)生點蝕或溶解。

注意Ecorr附近區(qū)域,該區(qū)域類似圖1中的理想狀態(tài)。

Gamry電化學(xué)工作站足夠靈敏,能夠檢測到p*以下的電流,如圖4所示。

potentiodynamic sweep

圖4 使用Gamry Reference 600 +™在脫氣的海水中測得的奧氏體不銹鋼的低電流動電位掃描曲線

圖4中,樣品本身沒有電化學(xué)活性,很可能只是水的氧化。

如前面所述,這些掃描的電化學(xué)變化會導(dǎo)致樣品表面性破壞。循環(huán)動電位掃描結(jié)果能顯示出這個特征。

cyclic polarization no pitting

圖5 沒有點蝕的循環(huán)動電位掃描曲線

另一個循環(huán)極化圖(圖6)顯示了沒有再鈍化的點蝕:

cyclic polarization showing pitting

圖6 沒有再鈍化的點蝕循環(huán)極化圖

另一個具有點蝕和再鈍化的循環(huán)極化圖:

pitting repassivation

圖7 具有點蝕和再鈍化過程的循環(huán)極化圖

結(jié)論

動電位和循環(huán)動電位掃描都可以用來闡述各種與腐蝕相關(guān)的現(xiàn)象。

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