MT-0.330 Korroosionestotekniikan perusteet. 2. Yksinkertaistetut korroosiojärjestelmät 3. Ilmastollinen korroosio 4. Sähkökemialliset mittaukset 5. Sähkökemian laitteisto 2 Ensimmäinen korroosiotutkimus on ilmeisesti ollut Robert Boylen Experiments and Notes about the Mechanical Origine or Production of Corrosiveness and Corrosibility vuodelta 675, jossa korroosion aiheuttajaksi esitettiin metallin pinnan epäsopiva huokoisuus ja rakenne tietyn liuoksen kanssa. 700-luvulla vallalla oli flogiston-teoria. Korroosiossa metallista poistuu flogistonia ja jäljelle jää calx, eli ruoste tai joku muu ei metallinen aine. Kokeet pääasiassa kemiallisten ilmiöiden seuraamista. Lavoisierin happikorroosioteoria 700-luvun lopulta 800-luvun loppupuolelle. Lavoisierin mukaan aineiden reagoiminen hapen kanssa voi tapahtua atmosfäärissä ilman nesteen vaikutusta tai nesteissä, jolloin reaktiot tapahtuivat hapoissa. Happo on hapen luovuttaja. Epäjaloilla metalleilla oli voimakkaampi taipumus ottaa haposta happea ja väkevästä haposta happea saatiin enemmän. Lavoisierin mukaan lähes kaikki alkuaineet kykenevät ottamaan typpihaposta hapen ja liukenemaan, poikkeuksia olivat kulta, hopea ja platina. Kokeet edelleen kemiallisten reaktioiden seuraamista. 3 4
Ensimmäinen laaja korroosiotutkimus on ilmeisesti Robert Malletin tekemä tutkimus rautametallien korroosiosta vedessä vuosina 836-843. Kirjallisuusselvitys ja kokeellisia painohäviötuloksia kahdesta laajasta upotuskoesarjasta. Ilmastollinen korroosio ja upotus puhtaaseen meriveteen syövyttävät rautaa yhtä paljon. Likainen vesi lisää korroosionopeutta. Valurauta kestää korroosiota paremmin kuin takorauta. Kosketus muihin metalleihin kiihdyttää raudan korroosiota. Metallien korroosiotutkimukset tehtiin hyvin pitkään seuraamalla ulkonäön muuttumista tai mittaamalla ainoastaan painonmuutosta ajan kuluessa. Vasta 890-luvulla alettiin ottaa huomioon esimerkiksi teräksen pistesyöpymien syvyys ja niiden vaikutus rakenteen käyttöikään. 5 6 Höyrykattiloiden korroosiovaurioita vuodelta 903. (a) sauman korroosio, (b) pistekorroosio ja (c) syvä ja terävä ura. 900-luvun alussa ferroksyyliindikaattori rautametallien korroosion esittämiseen. Liuennut rauta ja katodisen reaktion ph:n muutos saavat indikaattorissa aikaan värinmuutoksia 7 8 2
900-luvun alusta 930-luvun lopulle kilpailevia korroosioteorioita olivat: Happojen aiheuttama korroosio, erityisesti hiilidioksidi Vetyperoksidin aiheuttama korroosio Ruoste on kolloidi, joka kiihdyttää korroosiota pelkistymällä itse Sähkökemiallinen korroosio 90-luvulla havaittiin, että yleinen ja paikallinen korroosio tapahtuvat eri mekanismeilla. Upotuskokeita, ilmastollisia kokeita, sähkökemiallisia kokeita. Korroosionopeuksien ja korroosiomekanismien selvitys. 940-luvulta alkaen parempia ja tarkempia laitteita, erityisesti sähkökemiallisiin mittauksiin. Standardoituja mittausmenetelmiä. Tietyn korroosiomuodon tai tietyn metallin tutkimiseen kehitettyjä kokeita: Ruostumattoman teräksen raerajakorroosio Jännityskorroosiomittaukset eri näyteratkaisuilla. Sinkinkadon määritys Pinnoitteiden tutkimusmenetelmät 9 0 Erilaiset upotuskokeet laittamalla tutkittava materiaali syövyttävään ympäristöön ovat olleet käytössä 840- luvulta saakka. Käytetään paljon yleisen korroosion mittaamiseen. Sopivilla näyteratkaisulla voidaan tutkia paikallista korroosiota. Joitakin menetelmiä on standardoitu. Testattaessa todellisia materiaaleja todellisissa ympäristöissä tulee yleensä hajontaa, joten rinnakkaisnäytteitä tarvitaan. 2 3
30.0.205 Intervallikoe Havaittu painon Peruste muutos Uhrautuvan alumiinianodin testaus Isosaaressa 3 Liuoksen syövyttävyys Ei muutosta Pieneni Kasvoi A = B B < A A < B Metallin syöpymisnopeus Ei muutosta Pieneni Kasvoi A2 = B A < B B < A2 4 Koejärjestely korroosionopeuksien mittaamiseksi 4 vuoden upotuskokeilla Isosaaressa Metalli Al 99.5% Cu-SF Matala Zn messinki Seostamaton teräs Kuumasinkitty teräs 304 ruostumaton teräs 36 haponkestävä teräs Zn 99.995% Korroosionopeus, µm/vuosi 999-2000 2000-200 350 päivää 390 päivää 4 3.6 4.6 2.3 8. 32.4 6.9 20.7 8.5-5.2 - -0.4 58.3 45.8 200-2002 352 päivää 9.4 5.3 4.2 34.2 22.9 0 0 6.4 999-200 740 päivää 2.7 4.5 2 25.5 8. -0.5-0.4 40.5 Upotuskokeilla määritettyjä korroosionopeuksia Suomenlahden murtovedessä 5 6 4
Pistekorroosion arviointikarttoja Ruostumattoman teräksen rakokorroosio Isosaaressa 7 8 Jännityskorroosion näytteitä Ruostumattoman teräksen rakokorroosiokoe matalassa lämpötilassa Isosaaressa 9 20 5
Teräsnäytteitä synteettisessä pohjavedessä 7 viikon jälkeen. Kuumasinkitty lanka, hapan synteettinen pohjavesi. Teräslanka, Pyhäsalmen kaivoksen 600- tason vesi. 2 22 Yksinkertaistetut korroosiojärjestelmät Yksinkertaistetut korroosiojärjestelmät Guy Dunstan Bengough aloitti Department of Scientific and Industrial Research (D.S.I.R.) Teddingtonin tutkimuslaitoksessa noin 927-928 tutkimusmetodiikan, jossa korroosioilmiötä tutkitaan ensin mahdollisimman pitkälle yksinkertaistetussa liuoksessa ja tarvittaessa puhtailla metalleilla ja sen jälkeen siirrytään vaiheittain kohti todellisen käyttökohteen materiaaleja ja ympäristöä. Korroosiotutkimukseen sovelletuilla laitteistoilla ja yksinkertaistamalla ilmiöitä Bengough in ryhmä sai tarkkoja kvantitatiivisia tuloksia 900-luvun alkupuolelle tyypillisten kvalitatiivisten tulosten sijaan. Tutkimuksissa oli usein kehitettävä menetelmä korroosion seuraamiseksi, koska painohäviökokeita ei voi soveltaa jatkuvaan mittaukseen eivätkä sähkökemiallisten mittausten laitteistot olleet vielä riittävän kehittyneitä. Mittauksissa seurattiin esimerkiksi hapen adsorptiota suljetussa astiassa. 23 24 6
Yksinkertaistetut korroosiojärjestelmät Yksinkertaistetut korroosiojärjestelmät Aine I määrä [g] II määrä [g] III määrä [g] IV määrä [g] NaCl 28 22 24.53 32.0 Na 2SO 4 3.7 4.09 MgSO 4 7H 2O 7 4.0 MgCl 2 6H 2 O 5 9.7 5.20 CaCl 2 6H 2 O 2.4 CaCl 2.0.6 KCl 0.65 0.695 KBr 0.0 NaHCO 3 0.2 0.20 0.20 0.20 H 3BO 3 0.027 0.027 H 2 O 985 tilavuuteen dm 3 tilavuuteen dm 3 tilavuuteen dm 3 Bengough, Stuart & Lee, Proceedings of the Royal Society 927 Synteettisiä merivesiä ASTM- ja DIN-standardien mukaan 25 26 Yksinkertaistetut korroosiojärjestelmät Yksinkertaistamalla korroosiojärjestelmää voidaan saada aikaan täysin vääriä tuloksia. Ruostumaton teräs kesti rikkihappoprosessissa vaikka laboratoriokokeissa syöpyi. Prosessissa oli passivoiva typpihappojäämä. Titaani syöpyi kokeissa vaikka kesti prosessissa. Prosessissa oli passivoivia, syöpyvistä teräsosista tulleita rautaepäpuhtauksia. Monel kesti laboratoriossa pelkistävässä rikkihapossa mutta syöpyi prosessissa liuenneiden kupariepäpuhtauksien takia, jotka tekivät olosuhteista hapettavat. Ilmastollisen korroosion tutkimus Ilmastollinen korroosio on yksi suurimmista korroosiokustannusten aiheuttajista. Korroosioympäristöön liittyy oleellisesti olosuhteiden voimakas vaihtelu sekä maantieteellisesti että ajan mukana ja korroosioon voi vaikuttaa ratkaisevasti paikallinen mikroilmasto ja epäpuhtauksien pistekuormitus. Ilmastollista korroosiota ryhdyttiin tutkimaan järjestelmällisesti Englannissa 920-luvulla. Tutkimus käynnistettiin British Non-ferrous Metals Research Associationin rahoituksella ja sitä ryhtyi toteuttamaan W.H.J. Vernon. 27 28 7
Ilmastollisen korroosion tutkimus Ilmastollisen korroosion tutkimus Ilmastollisessa korroosiossa oleellinen ero upotukseen verrattuna on näytteen painon kasvu. Ilmastollista korroosiota seurattiin aluksi painon muutoksella ja pinnan optisten ominaisuuksien muutoksilla. Painon muutos korroosiotuotteiden poistamisen jälkeen on nykyään käytetty menetelmä. Korroosiotesti ulkoilmassa 920-luvun alussa. Vernon et al., st Report on atmospheric corrosion, Transactions of the Faraday Society 924 29 30 Ilmastollisen korroosion tutkimus Ilmastollisen korroosion tutkimus Vernon et al. havaitsemat nopeuslait: I. parabolinen, korroosio hidastuu II. lineaarinen, vakionopeus III. asymptoottinen, korroosio voimistuu. Vernon et al., st Report on atmospheric corrosion, Transactions of the Faraday Society 924 Tsuru, Nishikata & Wang, Mat. Sci. Eng. 995. Ilmastolliseen korroosioon vaikuttavat: suhteellinen kosteus (märkänäoloaika) kloridikertymä rikkikertymä lämpötila paikalliset epäpuhtaudet 3 32 8
Ilmastollisen korroosion tutkimus Ilmastollisen korroosion tutkimus Ilmastollisen korroosion mittauksessa standardinäytteet: Levynäyte 00 mm x 50 mm, paksuus noin mm, koko vähintään 50 mm x 00 mm. Seostamaton teräs (Cu 0,03 % to 0,0 %, P < 0,07 %) Sinkki 98,5 % min. Kupari 99,5 % min. Alumiini 99,5 % min. -20 vuoden kokeita Asettelu 45 kulmaan riittävän ylös maasta, jotta suojattu roiskeilta. Koe käynnistetään pahimpaan vuodenaikaan, yleensä kevät tai syksy. Kiihdytettyjä ilmastollisen korroosion tai kontrolloidun rasituksen testejä on kehitetty 920-luvulta saakka. Ensimmäiset suolasumutestit tehtiin USA:n armeijalle sinkkipinnoitteiden testaukseen. SFS-EN ISO 9227 Korroosiokokeet keinotekoisissa kaasuympäristöissä. Suolasumukokeet mukaan neutraali suolasumukoe (NSS), etikkahapposuolasumukoe (AASS) ja kuparilla kiihdytetty etikkahapposuolasumukoe (CASS). Voidaan käyttää metallien ja pinnoitteiden laadunvarmistukseen mutta ei saa käyttää materiaalien vertailuun. 33 34 Johde Sähkökemiallisia menetelmiä on käytetty reaktionopeuksien mittaamiseen jo 800-luvun lopulla. Korroosiotutkimuksissa sähkökemiallisia menetelmiä käytettiin 920-luvulta alkaen. Vasta 930-luvun lopulla alettiin yleisesti hyväksyä, että korroosio on sähkökemiallisten reaktioiden aiheuttama ilmiö. 940-luvulla kehitettiin potentiostaatti, jolla voitiin hallita luotettavasti sähkökemiallisia reaktioita. Anodi - Hapetusreaktio - Hapettuneiden aineiden siirtyminen liuokseen e - Me + H 2 H + Bulkkiliuos, jossa hapetin (O 2, H + tms.) Katodi - Hapettimen siirtyminen liuoksesta elektrodin pinnalle - Pelkistysreaktio - Pelkistyneiden aineiden siirtyminen pinnalta liuokseen 35 36 9
Fe O 2 Merivesi O 2 O 2 O 2 Anodi Katodi Teräs Fe Anodi 4 e - Katodi O 2 Fe = Fe 2+ + 2 e - O 2 + 2 H 2O + 4e - = 4 OH - Veteen liuennut happi kulkeutuu pinnalle, jossa se pelkistyy. Sähkökemialliset reaktiot, elektronit siirtyvät anodialueelta katodille. m n = = M I t z F M ekv = z 268, g / Ah Fe 2+ Fe 2+ OH- OH- OH - OH - Fe Fe Anodi Katodi Reaktiotuotteet poistuvat liuokseen, anodilta on liuennut rautaa, katodi ei ole muuttunut. Esimerkiksi raudalle ekvivalentti on 55,9 g/mol / 2*96500 As/mol = 0,29 mg/as tai,04 g/ah. 37 38 BUTLER-VOLMERIN YHTÄLÖ Korroosionestotekniikassa on nyrkkisääntö, että tavallisille käyttömetalleille (M @ 60 g/mol, tiheys @ 8 g/cm 3 ja liukenee kahden elektronin mekanismilla), virrantiheys ma/cm 2 vastaa painohäviötä 250-300 g/m 2 /päivä tai noin -3 mm ohenemaa vuodessa. Esimerkiksi teräksen keskimääräisenä korroosionopeutena merivedessä pidetään noin 0 µm vuodessa, mikä vastaa virrantiheytenä luokkaa 0,0 ma/cm 2 eli 00 ma/m 2. i = i 0 Ø Œe º a z F h RT Anodinen i 0 e a z F h RT Katodinen i 0 -(-a ) z F h RT -e - e -(-a ) RT z F osareaktio osareaktio h ø œ ß i / ma/cm 2 0. 0.0 E-3 E-4 anodinen osareaktio katodinen osareaktio summareaktio E-5-00 -50 0 50 00 h / mv 39 40 0
RAJAVIRRANTIHEYS POLARISAATIOILMIÖT 700 0 h d = RT i ln( zf - ) i lim Virrantiheys [A/m 2 ] 600 500 400 300 h d Puhdas aktivaatiopolarisaatio rajavirrantiheys i L VIRRANTIHEYS, ma/cm 2 h a h c h W Aktivaatiopolarisaatio h a varauksensiirto Konsentraatiopolarisaatio h c aineensiirto Vastuspolarisaatio h c liuosvastus Jokainen vaikuttaa osaltaan mitatun kuvaajan muotoon. 0. 200 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.0 Ylipotentiaali [V] 0 50 00 50 200 YLIPOTENTIAALI, mv 4 42 SEKAPOTENTIAALITEORIA 0 3 SEKAPOTENTIAALITEORIA 0 2 0 2 0 0 - i corr VIRRANTIHEYS. ma/cm 2 0 0-0 -2 VIRRANTIHEYS, ma/cm 2 0-0 -2 0-3 VIRRANTIHEYS, ma/cm 2 0-2 0-3 0-4 0-3 -200 0 200 400 E 0 (anodi) E corr E 0 (katodi) POTENTIAALI, mv 0-4 0-5 -00 0 00 200 300 POTENTIAALI, mv 0-5 Anodireaktio Katodireaktio Summareaktio 00 200 300 POTENTIAALI, mv 43 44
SEKAPOTENTIAALITEORIA VIRRANTIHEYS, ma/cm 2 0 0-0 -2 Anodireaktio Katodireaktio Summareaktio 0-3 -400-300 -200-00 0 00 200 300 400 POTENTIAALI, mv VIRRANTIHEYS, ma/cm 2 0 0-0 -2 0-3 0-4 Anodinen reaktio Katodinen reaktio Summareaktio -00 0 00 200 300 POTENTIAALI, mv Korroosioprosessi, sen esiintymisen todennäköisyys ja nopeus ovat funktio kolmesta tekijästä, jotka ovat potentiaali, virta ja aika. Potentiaali kuvaa korroosion todennäköisyyttä, virrantiheys kuvaa korroosion nopeutta ja sähkömäärä kuvaa korroosion määrää tietyssä ajassa. Korroosiosysteemistä voidaan mitata potentiaali- ja virtavasteet. Erikoismenetelmillä voidaan saada kapasitanssi, pintafilmin vastus yms. lisätietoja. 45 46 ELEKTRODIMUUTTUJAT: MATERIAALI PINTA-ALA GEOMETRIA PINNAN LAATU AINEENSIIRRON MUUTTUJAT: TYYPPI (diffuusio, konvektio) PINTAKONSENTRAATIOT ADSORPTIO ULKOISET MUUTTUJAT: LÄMPÖTILA PAINE AIKA SÄHKÖISET MUUTTUJAT: POTENTIAALI VIRTA SÄHKÖMÄÄRÄ Potentiaali Virta Hapettimen pitoisuus ph Virtausnopeus LIUOSMUUTTUJAT: REAGOIVIEN AINEIDEN KONSENTRAATIOT MUIDEN AINEIDEN KONSENTRAATIOT ph LIUOTIN LÄMPÖTILA REDOX-POTENTIAALI Lämpötila Inhibiittipitoisuus 47 48 2
ELEKTRODI LIUOS- AINEEN- SIIRTO- ILMIÖT DIFFUUSI OKERROS METALLI- KAKSOIS- KERROKSEN KAPASITANSSI VARAUKSEN- AINEEN- SIIRTO- SIIRTO- REAKTIO ILMIÖT HELMHOLTZIN DIFFUUSI KAKSOISKERROS KAKSOISKERROS VASTUS BULKKILIUOS Kokeissa mitataan joko potentiaalia, virtaa tai molempia. Potentiaali on mitta reaktion todennäköisyydestä. Virta on mitta reaktion nopeudesta. Reaktiot tapahtuvat yleensä yhden kappaleen (=metallin) pinnalla, joten anodin ja katodin välillä kulkevaa virtaa ei saada suoraan mitattua. Poikkeuksena galvaaninen korroosio. Virtamittaukset tehdään siksi poikkeuttamalla elektrodia tasapainotilastaan, mittaamalla potentiaalija virtavaste ja ekstrapoloimalla tulokset takaisin alkuperäiseen tilaan. 49 50 Voltametriassa tutkitaan mittaussysteemissä kulkevan virran muutoksia ulkoisen jännitesignaalin muuttuessa. Voltametriassa virtaa pidetään funktiona potentiaalista de I = F( Ealku + t) dt Ohjaavaa jännitettä muutetaan ennalta määrätyn ohjelman mukaisesti ajan mukana ja samalla mitataan kennosysteemin läpi kulkevaa virtaa. VIRRANTIHEYS, m A/cm 2 0-0 -2 0-3 0-4 0-5 -600-400 -200 0 200 400 600 800 000 200 POTENTIAALI, mv vs. SCE 5 52 3
Polarisaatiokäyrää ajetaan niin pitkään, että saadaan selville halutut ilmiöt. Näitä voivat olla tilanteesta riippuen Tafelin suorien määritys korroosionopeuden laskemiseksi, pistekorroosion ydintymispotentiaali, hapenkehityksen alku veden hajotessa yms. Kun virta on muuttunut korroosiovirrasta 2-3 kertaluokkaa niin Tafelin alue on luultavasti saatu mitattua. Ajettaessa kaasunkehitysalueille kannattaa jatkaa kunnes virrantiheys on kasvanut 2-3 kertaluokkaa. TAFELIN MENETELMÄ Vanhin korroosiovirran määrittämiseen kehitetty menetelmä. Tafelin yhtälö kirjoitetaan tavallisesti muotoon h = a + b log(i) missä a ja b ovat Tafelin kertoimet. Kerroin a kuvaa reaktion itseisvirrantiheyttä tai korroosiovirrantiheyttä. Kerroin b on Tafelin suoran kulmakerroin ja sen yksikkö on yleensä mv/dekadi. 53 54 TAFELIN YHTÄLÖ TAFELIN MENETELMÄ 0 = a + b log(i) 0 - Tafelin suoran kulmakerroin b = Dh/Di, mv/dekadi Tafelin menetelmä Teräs, 0,23% NaCl b = azf/2.303rt VIRRANTIHEYS, ma/cm 2 0-2 Tafelin suoran leikkauspiste y-akselilla = i 0 i / ma/cm 2 0-0 -2 i corr 0-3 E corr 0-3 0 50 00 50 YLIPOTENTIAALI, mv 0-4 -000-900 -800-700 -600-500 -400-300 E / mv vs. Ag/AgCl 55 56 4
POLARISAATIOVASTUKSEN MITTAUS Vastuspolarisaatiomenetelmällä eli lineaarisella polarisaatiolla määritetään E-i -kuvaajan kulmakerroin korroosiopotentiaalissa Polarisaatiovastus ja korroosiovirrantiheys ovat kääntäen riippuvia toisistaan. Perustuu siihen, että pienillä ylipotentiaaleilla ylipotentiaali ja virrantiheys ovat lineaarisesti riippuvia toisistaan Butler-Volmerin yksinkertaistuksen mukaan. Systeemin korroosiopotentiaalin (sekapotentiaalin) on oltava riittävän kaukana kummankin reaktion tasapainopotentiaalista. POLARISAATIOVASTUKSEN MITTAUS Polarisaatiovastus = suoran kulmakerroin y = 2E+06x - 740.5 R 2 = 0.997-70 -75-720 -725-730 -735-740 -745-750 -755-760 -.50E-05 -.00E-05-5.00E-06 0.00E+00 5.00E-06.00E-05.50E-05 2.00E-05 57 58 POLARISAATIOVASTUKSEN MITTAUS POLARISAATIOVASTUKSEN MITTAUS i / ma/cm 2 3.0x0-5 2.0x0-5 Alumiini 5% KFo.0x0-5 0.0 R p = DE/Di -.0x0-5 -2.0x0-5 -3.0x0-5 -4.0x0-5 -5.0x0-5 -500-495 -490-485 -480-475 -470-465 -460 E / mv vs. Ag/AgCl b a c i corr = = 2,303 ( ba + bc ) Rp b B R B = systeemistä riippuva kerroin [mv] R p = polarisaatiovastus [W cm 2 ] b a = anodisen Tafelin suoran kulmakerroin b c = katodisen Tafelin suoran kulmakerroin i corr = korroosiovirrantiheys [ma/cm 2 ] p 59 60 5
PISTESYÖPYMÄN TUTKIMINEN PISTESYÖPYMÄN TUTKIMINEN Pistesyöpymäherkkyyttä tutkittaessa näytettä polarisoidaan anodiseen suuntaan kunnes tietty virrantiheysarvo ylitetään ja näytteen pinnalla tapahtuu pysyvää pistekorroosiota. Tämän jälkeen palataan katodiseen suuntaan. Perustuu materiaalin kykyyn passivoitua uudelleen, kun transpassiivilta alueelta palataan passiivialueelle. Menetelmä soveltuu myös rakokorroosiolle. Rakokorroosion tutkiminen ei ole yhtä selkeää, koska pistesyöpymän tunnusomaisia potentiaaleja vastaavat rakokorroosion potentiaalit riippuvat raon koosta ja muodosta. VIRRANTIHEYS, ma/cm 2 E pass E trans E E crit repass E E pit prot Korroosio ei ydin ny,mut ta Korroosio ei ydinny, alkanut Korroosio ydintyy alkanut korroosio lakkaa korroosio ja etenee etenee E corr POTENTIAALI, mv VIRRANTIHEYS, ma/cm 2 UNS3254, 35000 ppm Cl -, ph=2 (a) T=50 C, ei korroosiota (b) T=60 C, rakokorroosiota (c) T=88 C, pistekorroosiota 0 0 0 0-0 -2 0-3 0-4 -400-200 0 200 400 600 800 000 200 POTENTIAALI, mv vs. SCE 6 62 MITTAKENNOT, LAITTEET JA KYTKENNÄT MITTAKENNOT + COM - + - + Virta - + Virta - Potentiaali Potentiaali REF TYÖ REF TYÖ VASTA + - TYÖ VASTA + - TYÖ VASTA POTENTIAALIMITTAUS VIRTAMITTAUS KAKSIELEKTRODIKENNO KOLMIELEKTRODIKENNO 63 64 6
POTENTIOSTAATTI Liuos ja elektrodit muodostavat tutkittavan kennon. Ulkoista piiriä tarvitaan, jotta kennoa päästäisiin tutkimaan. Korroosiomittauksissa käytetään potentiaali- tai virtakontrollia, eli työelektrodi pidetään joko halutussa potentiaalissa tai työelektrodin lävitse ajetaan haluttu virta. Mittaus toteutetaan potentiostaatin avulla, joka pitää työelektrodilla halutun potentiaalin kuormittavan virran suuruudesta riippumatta. Potentiostaatti on operaatiovahvistin, eli tasavirtavahvistin, jolla on suuri vahvistussuhde. POTENTIOSTAATTI Potentiostaatin tarkoitus on säätää potentiaalieroa työelektrodin ja referenssielektrodin välillä. Potentiostaatti toimii kennon kautta tehtävän takaisinkytkennän avulla. Potentiostaatin toimintaperiaate perustuu sähkökemiallisen reaktion potentiaalin ja virran riippuvuuteen toisistaan. Muuttamalla tutkittavan elektrodin potentiaalia kennon läpi kulkeva virta muuttuu ja muuttamalla virtaa potentiaali muuttuu. 65 66 MITTAKENNOT MITTAKENNOT, AVESTA-KENNO Nestesilta Haber-Luggin kapillaari Elektrolyytin kierrätys Työelektrodi Referenssielektrodi Vastaelektrodi Tislatun veden syöttö Vastaelektrodi, Pt lanka Referenssielektrodi Työelektrodi, kytketty kuparilevyyn Lämpöhaude 0. ml/min Magneettisekoittaja 67 68 7
MITTAKENNOT, AVESTA-KENNO MITTAKENNOT Kennon pohja Vesi Näyte Suodatinpaperi O-rengas Piirtoheittimen kalvo 69 70 YHTEENVETO Kenttäkoe upotuskokeena, painohäviökokeena tms. on todellisuutta vastaava mutta hidas. Sähkökemiallinen koe on nopea mutta ei välttämättä vastaa todellisuutta. Koe on toteutettava niin, että sillä saadaan haluttu tieto, painohäviö, pistekorroosion eteneminen tms. Toistokokeita on oltava riittävästi koska korroosio on satunnainen ilmiö. Erot kertaluokalla 2 eivät merkitse mitään, kertaluokka 0 on varma merkki korroosion eroista. 7 8