Korozija je izziv, ki ga lahko obvladamo

ELEKTROKEMIJA

Korozija je eden najbolj razširjenih izzivov, s katerimi se srečujejo industrija, infrastruktura, raziskovalna okolja in je hkrati del našega vsakdanjega življenja. Gre za naraven proces, v katerem se kovina skozi kemijske reakcije pretvori v stabilnejšo obliko – običajno okside, hidrokside ali soli. Čeprav je korozija neizogibna, so njene posledice lahko precej resne: izguba strukturne celovitosti, visoki stroški vzdrževanja, puščanje v cevovodih, zmanjšana učinkovitost energetskih sistemov kar v skrajnih primerih vodi v tveganje za varnost. Razumevanje korozije, spremljanje njenega napredovanja in uporaba zanesljivih merilnih tehnik so zato ključnega pomena za sodobno inženirstvo.
 

Zakaj in kako nastane korozija?

Čeprav obstaja veliko različnih oblik korozije, ima večina enako elektrokemijsko podlago. Na površini kovine sočasno potekata dve reakciji: anodna reakcija (oksidacija kovine) in katodna reakcija (redukcija druge snovi, pogosto kisika). Anodna reakcija povzroči raztapljanje kovine, katodna reakcija pa porabi elektrone, ki se pri tem sprostijo. Ko je kovina izpostavljena elektrolitu (zadostuje že vlaga v zraku), se oblikuje galvanski sistem, ki sproži korozijo. Korozija je najbolj poznana v obliki rje na železu, ki se pojavi kot rezultat tega procesa.

Narava in intenzivnost korozije sta odvisni od mnogih dejavnikov: sestave kovine, mikrostrukture materiala, razpoložljivosti kisika, pH vrednosti, temperature, mehanske obremenitve in poškodb zaščitnih premazov. Posledično se korozija pojavlja v različnih oblikah, na primer enakomerna korozija, korozija v luknjicah ali razpokah, galvanska korozija, mikrobiološko pospešena korozija… Nekatere kovine kot je aluminij, tvorijo zaščitne oksidne plasti, ki ščitijo material pred nastankom korozije, spet druge pa korodirajo zelo hitro. Pravilna identifikacija vrste korozije je tako bistvena za izbiro ustreznega materiala ali njegove zaščite.

Slika 1: Korozija

Pomen merjenja korozije

Merjenje korozije je nepogrešljiv element varnosti, zanesljivosti in nadzora kakovosti. Kriteriji, ki so pomembni predvsem za industrijo in jih dobimo z meritvami korozije so sledeči:

• Stopnja razgradnje materiala, ki omogoča napoved njegove življenjske dobe.
• Učinkovitost zaščite kot so premazi, inhibitorji ali prilagoditve zlitin.
• Ustreznost materialov glede na izpostavljenost različnim okoljem.
• Obnašanje materialov v ekstremnih pogojih, kot so visoka temperatura, kislost ali izpostavljenost slani vodi.

Tradicionalni pristopi (npr. meritve izgube mase) so počasni in nudijo omejen pogled v osnovne mehanizme. Elektrokemijske metode pa nasprotno zagotavljajo hitre in kvantitativne informacije o interakcijah med kovino in okoljem.
 

Glavne elektrokemijske metode za karakterizacijo korozije

Linear Sweep Voltammetry (LSV)

LSV je osnovna tehnika, pri kateri na delovni elektrodi linearno spreminjamo potencial, medtem ko se meri tokovni odziv. Pri korozijskih študijah LSV omogoča:

• Določitev korozijskega potenciala.
• Vpogled v mehanizme korozije.
• Oceno odpornosti materiala v različnih okoljih.

Pogosto se uporablja kot dopolnilna metoda k drugim elektrokemijskim tehnikam, saj ponuja hiter, občutljiv in razmeroma enostaven način za karakterizacijo elektrodnih procesov.
 

Tafaelova analiza

Tafelova analiza je elektrokemijska metoda za določanje kinetičnih parametrov korozijskih procesov. Temelji na predpostavki, da elektrodni procesi v določenem območju prenapetosti sledijo Tafelovi enačbi, ki opisuje linearno odvisnost med elektrodnim potencialom in logaritmom toka. Z merjenjem polarizacijskih krivulj ter z linearno ekstrapolacijo anodnega in katodnega Tafelovega območja je mogoče določiti korozijski potencial in korozijski tok, ki sta osnovna parametra za izračun hitrosti korozije.

Iz naklonov anodnega in katodnega dela krivulje je mogoče ovrednotiti kinetiko posameznih elektrodnih reakcij ter določiti, ali je celotni proces omejen z anodnim ali katodnim mehanizmom. Tafelova analiza tako omogoča kvantitativno primerjavo korozijske odpornosti materialov ter oceno vpliva inhibitorjev in površinskih obdelav na potek korozijskega procesa.

Programska oprema INTELLO, ki jo je razvil Metrohm Autolab, omogoča interaktivno izbirno linearnih območij, kar bistveno poveča natančnost analize.
 

Elektrokemijska impedančna spektroskopija (EIS)

EIS je metoda za karakterizacijo elektrokemijskih sistemov, ki temelji na merjenju frekvenčnega odziva elektrode na majhen sinusni potencial ali tokovni signal. Interpretacija EIS-spektralnih podatkov običajno poteka s prileganjem eksperimentalnih rezultatov električnim ekvivalentnim vezjem, ki opisuje obnašanje sistema.

V korozijskih študijah EIS predstavlja izredno občutljivo in neinvazivno tehniko, ki omogoča spremljanje razvoja korozijskih produktov, učinkovitosti inhibitorjev in dolgotrajnega obnašanja materialov v realističnih elektrolitskih okoljih.
 

Izračun hitrosti korozije

Stopnja korozije je tesno povezana s korozijskim tokom, pridobljenim iz Tafelove analize. Faradayev zakon določa razmerje med tokom in izgubo materiala. Z vključitvijo parametrov, kot so gostota, ekvivalentna teža in izpostavljena površina materiala lahko elektrokemijske podatke pretvorimo v fizikalno stopnjo korozije.

Programska oprema INTELLO avtomatizira te izračune, zmanjša možnost napak uporabnika in omogoča hitro in dosledno primerjavo med vzorci ali okoljskimi pogoji.
 

VIONIC powered by INTELLO - Visoko zmogljiv potenciostat

Metrohm Autolab VIONIC je zasnovan za različne elektrokemijske aplikacije. Korozija je le eno izmed mnogih področij, pri katerih VIONIC deluje kot izjemno zmogljiva in zanesljiva elektrokemijska rešitev.

Slika 2: Oprema za korozijske meritve

INTELLO - Napredna in intuitiva programska oprema

Ob uporabi sistema VIONIC, programska platforma INTELLO bistveno izboljša uporabniško izkušnjo in olajša obdelavo podatkov.

Slika 3: Programska oprema INTELLO

Zaključek

Korozija je naraven, a hkrati zelo kompleksen pojav, ki pri analizah zahteva zanesljive, ponovljive in natančne metode. Tradicionalne tehnike pogosto ne zadostujejo tem pogojem, zato so elektrokemijske metode postale temelj diagnostike korozije.

Sistem VIONIC powered INTELLO ponuja:

• Programsko in strojno opremo, ki podpira izvajanje tehnik LSV in EIS ter analizo Tafelove enačbe
• Hitro in natančno izvajanje poskusov
• Intuitivno obdelavo podatkov
• Odlično ponovljivost

Zaradi naštetih lastnosti je sistem nepogrešljivo orodje za laboratorije, raziskovalne in razvojne oddelke ter industrijsko okolje, kjer je natančno spremljanje korozije bistvenega pomena.

Uporabne povezave:

• Corrosion | Metrohm
• Metrohm Hyphenated EC-Raman
• Metrohm Autolab: Corrosion Application Products
• Total Solutions for Corrosion Research

Literatura:

• Determining the corrosion rate with INTELLO
• Fundamentals of Electrochemical Corrosion Research