Laborator 1.Controlul coroziunii și expertizarea materialelor metalice – Determinarea parametrilor cinetici

de coroziune ai unor aliaje metalice în soluţie de NaCl 3,5%

Toate determinarile experimentale vor fi efectuate la temperatura de 25oC, la presiune atmosferică şi fără agitare. Măsurătorile electrochimice vor fi realizate utilizând un sistem convenţional cu trei electrozi si un ansamblu potenţiostat/galvanostat Autolab 302N.

Ca electrod auxiliar va fi folosit un electrod de platină, iar ca electrod de referinţă electrodul de calomel saturat. Electrodul de lucru va fi confecţionat din materialele metalice utilizate pentru studiu si anume: oţel carbon tip OLC-45 și un aliaj de CoCrMo folosit pentru implanturi. Compoziţiile chimice ale materialelor metalice utilizate sunt date in tabelul de mai jos.

Tabelul 1. Compoziţia chimică a materialelor metalice utilizateElectrod C% Mn% Si% Fe% Co% Cr% Mo% Al% Ni% Cu% Sn%

CoCrMo 0.35 65.65 28 6

OLC 45 0.45

Mediul coroziv studiat este o soluţie de NaCl 3.5% (concentraţia NaCl în apa de mare).Electrozii metalici au fost șlefuiţi cu hârtie abraziva de diferite granulaţii, până la obţinerea unei

suprafete lucioase și perfect omogene. Ulterior, electrozii astfel prelucraţi au fost degresaţi prin spălare cu acetona.

În toate determinările experimentale, polarizarea electrochimică este pornită dupa 10 minute de la imersarea electrodului de lucru în soluţia de studiat si aceasta pentru a permite stabilizarea potenţialului staţionar. Curbele de polarizare cvasi-staţionare vor fi obţinute prin baleierea (scanarea) potenţialului electrodului de lucru în direcţie anodică şi catodică, pornind de la potenţialul de coroziune cu o viteza de 2 mV/s.

Comportarea aliajelor CoCrMo în soluţie de NaCl 3.5% va fi studiată prin trasarea curbelor de polarizare obtinute prin metoda potentiodinamică și determinarea parametrilor cinetici de coroziune din aceste curbe (in special a densitatii curentului de coroziune si a potentialului de coroziune).

Parametrii Tafel corespunzatori vor fi obţinuţi luând in considerare datele de polarizare din apropierea potentialului de coroziune. Analiza curbelor de polarizare indica faptul ca, la supratensiuni joase, relatia Tafel este verificata, ceea ce demonstreaza faptul ca atât reactiile anodice, cât si cele catodice sunt controlate de activare. La supratensiuni mai mari, un curent limita de difuzie apare pe curbele de polarizare anodice aratând ca, la supratensiuni mai mari si respectiv la densitati de curent mai mari, transportul ionilor catre suprafata electrodului devine treapta determinanta de viteza.

1

I. Determinarea parametrilor Ecor și icor prin metoda extrapolării pantelor Tafel:

a) Aliaj CoCrMo in NaCl 3.5%

b) Otel OLC-45 in NaCl 3.5%

Figura 1. Exemplu de calcul a parametrilor Ecor și icor prin metoda extrapolaării pantelor Tafel, pentru determinarea vitezei de coroziune a aliajelor studiate

2

Constantele Tafel, βA şi βC pot fi calculate din pantele anodice şi catodice ale reprezentării Tafel şi sunt exprimate în mV/decada.

sau

Rezultatele vor fi prezentate sub forma unui tabel de forma:

Tabelul 1.

electrod Ecorr,mV

icorr,

µAcm-2

ba, mV -bc, mV Kg(g/m2*h)

P (mm/an)

Rmpy

(milli-inch/year)

CoCrMo

OLC-45

Tabel conversii (curs 1)

mA cm-2 mm year-1 mpy g m-2 zi-1 mA cm-2 1 3.28 M/nd 129 M/nd 8.95 M/n mm year-1 0.306 nd/M 1 39.4 2.74 d mpy 0.00777 nd/M 0.0254 1 0.0694 d g m-2 day-1 0.112 n/M 0.365 /d 14.4 /d 1

II. Calculul icor prin metoda rezistentei la polarizare:

Măsurătorile de rezistenţă la polarizare pot fi realizate prin variaţia potenţialului într-un domeniu de aproximativ 25 mV înainte şi după potenţialul de coroziune. Curentul obţinut e reprezentat în funcţie de potenţial după cum se arata în figura:

3

Figura 2.

Curentul de coroziune, icor e dependent de panta dreptei astfel:

unde: (panta dreptei) = rezistenţa la polarizare (=Rp)

βA şi βC = constantele Tafel anodice şi catodice

icor = curentul de coroziune în μA

Rearanjând ecuaţia de mai sus, se obţine:

Rezultatele vor fi prezentate sub forma unui tabel de forma:

Tabelul 2

electrod Rp,

Ω cm2

ba, mV -bc, mV icor,

µAcm-2

Kg(g/m2*h)

P (mm/an) Rmpy

CoCrMo

OLC-45

4

III. Calculul icor din masuratori de spectroscopie de impendanta electrochimica:

Pentru o mai bună caracterizare a proceselor de coroziune vor fi efectuate și studii de spectroscopie de impedanţă electrochimică a celor două aliaje în soluţia NaCl 3,5%, la potenţialul în circuit deschis al metalului în mediul studiat.

Figura 3. Exemplu - Diagrama Nyquist pentru un otel carbon în NaCl 3.5%

Analizând diagrama Nyquist se constata aparitia unui semicerc capacitive bine definit, în domeniul frecventelor foarte înalte, medii si mici. Buclele capacitive pun în evidenta formarea pe suprafata electrodului a unorfilm e protectoare care se opun reactiei de transfer de sarcina, diametrul acestor bucle capacitive fiind de fapt o masura a rezistentei la polarizare. O bucla capacitiva mai mare si mai bine conturata presupune formarea unui film protector (de oxid, sare, etc.) mai stabil, care se opune reactiei de transfer de sarcina si deci conduce la o rezistenta la polarizare mai mare si respectiv la o viteza decoroziune mai mica. (bucla capacitiva cea mai mica, respectiv rezistenta la polarizare cea mai mica, se obtine în cazul aliajului mai putin rezistent la atacul cororziv, ceea ce înseamna ca în acest caz, viteza de coroziune este cea mai mare.)

5

Rezultatele vor fi prezentate sub forma unui tabel de forma:

Tabelul 3

electrod Rp

(din EIS)

Ω cm2

ba, mV -bc, mV icor,

µAcm-2

Kg(g/m2*h)

P (mm/an) Rmpy

CoCrMo

OLC-45

6