179737. lajstromszámú szabadalom • Eljárás áram hatása alatt álló fémszerkezet polarizációs potenciáljának meghatározására
3 179737 4 dik le. A bevonat sérülési helyein a fémszerkezet elektródként viselkedik. Az így képződött elektródon kialakul az E0 szabad korróziós potenciál. Ha ezen az elektródon áram folyik át, elektrokémiai polarizációs folyamatok játszódnak le, amelyek az egyes elektródfolyamatokra érvényes törvényszerűségekkel írhatók le. Az E0 szabad korróziós potenciál a talajjal érintkező fémszerkezet felületén lejátszódó elektródfolyamatok következtében kialakuló elektródpotenciál. Helyileg a szerkezet felületén kialakult kettősréteghez kötődik, amelynek vastagsága 1 • 10~'. m-re becsülhető. Nagyságát a lejátszódó folyamatok minősége és erőssége határozza meg. Rövidebb-hosszabb idő alatt állandósult értéket ér el. Ilyen értelemben nyugalmi potenciálnak tekinthető. Az elektródon átfolyó I áram hatására a kettősréteg felépítésében változások mennek végbe. Ezek a változások r)A aktivációs túlfeszültséggel írhatók le. Az rjA aktivációs túlfeszültség nagyságát a Tafel egyenlet alapján lehet számítani. Az aktivációs polarizáció gyorsan játszódik le, időállandója 1 ■ 10~4 s-ra becsülhető. Amennyiben az elektródon átfolyó I áram erőssége jelentős nagyságú, az elektródfolyamatban résztvevő anyagok mozgásának gátoltsága miatt az eredeti állapothoz képest megváltozhat az anyagok eloszlása és ennek következtében rjD koncentrációs túlfeszültség keletkezik. Az rjD koncentrációs túlfeszültségben jelentős szerepet játszik a redukálódó anyag (02, H2S) eloszlásában bekövetkező változás. Mivel folyadékokban a gázok diffúziójának sebessége kicsiny, a depolarizáció lassan megy végbe. A koncentrációs polarizáció időállandója órákra becsülhető. A talajban folyó I áram hatására RSI ohmos feszültség keletkezik. Az RSI ohmos feszültség a sérülési hely Rs szétterjedési ellenállásán az I áram hatására keletkező feszültség. Az RSI ohmos feszültség a sérülési helyek közvetlen környezetéhez (néhány m) kötődik. A villamos erőtér változásának időállandója igen kicsiny ( ~1- 10-8 s). Az I áram hatása alatt álló SZ fémszerkezet Es szerkezetpotenciálja a fenti összetevők eredőjeként írható fel: Es = Eo+í?A+t?D + RsI(1) Az SZ fémszerkezet korróziós állapotát az EP polarizációs potenciál jellemzi, amely az E0 szabad korróziós potenciál, az rjA aktivációs túlfeszültség és az rjD diffúziós túlfeszültség összege: EP=E o+Va+Vu(2> Közvetlenül azonban csak az Es szerkezetpotenciál mérhető, ami a mérés hibájaként tartalmazza az ismeretlen nagyságú RSI ohmos feszültséget is. Vizsgáljuk meg az (1) egyenletet részletesebben. A vizsgálatot végezzük olyan körülmények között, amikor az I áram erőssége néhány másodpercen belül I[-ről I2=2Ij-re változik. Az E0 szabad korróziós potenciált a változás nem érinti. Az r]A aktivációs túlfeszültséget az alábbi egyenletek írják le: í?A1=a+blog I, 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 (3) r?A2=a+bloé ^ , *o ahol az a és b a fizikai-kémiai körülményektől függő állandók, az I0 áram pedig a vizsgált elektródreakció csereárama. Állapítsuk meg a változás nagyságát: *7A2-»?Ai=b(log I2 I.-—log—)=blog *0 *0 h h ' A b állandó értéke általában 0,05 V, így az I2=21,-et figyelembevéve : Va2-Vai=0,05 ■ 0,3010 V=0,015 V. Ekkora mérési hiba a gyakorlati körülmények között elhanyagolható. Az r]D koncentrációs túlfeszültség néhány másodpercen belül állandónak tekinthető, azaz a gyorsan elvégzett mérésénél a mérési eredmény pontosságát nem csökkenti. Az RSI ohmos feszültség általában 0,1—1,0 V nagyságrendű és az Es szerkezetpotenciál változását ez fogja meghatározni, vagyis az EP polarizációs potenciál a fenti hibahatáron beiül a néhány másodpercig tartó mérés időtartamára állandónak tekinthető. Ezek figyelembevételével az (1) egyenlet a két állapotra vonatkozóan Esi—Ep+Rs1!(4) Es2—Ep+RsI2, alakban írható fel. Az egyenletben szereplő mennyiségek közül közvetlenül csak az Es szerkezetpotenciál Esi> ES2 értéke mérhető. A kidolgozott eljárást az 1. ábra alapján ismertetjük. A (4) egyenletek ismeretlen elemeinek kiküszöbölése céljából a vizsgált, B bevonattal burkolt SZ fémszerkezet közelében helyezzük el az REFj és REF2 összehasonlító elektródokat úgy, hogy azok közül az REFj összehasonlító elektród a vizsgált SZ fémszerkezethez közel legyen, az REF2 összehasonlító elektród pedig az SZ fémszerkezettől távolabb az I áram által létrehozott elektromos erőtér irányában legyen. Az REF, összehasonlító elektród és a vizsgált SZ fémszerkezet közé kapcsoljuk a nagy belső ellenállású^ Mohm/V) Vj voltmérőt. A V, voltmérő méri az Es szerkezetpotenciált. Az REF( és REF2 összehasonlító elektródok közé kapcsoljuk a nagy belső ellenállású (1 Mohm/V) V2 voltmérőt. A V2 voltmérő méri az UR vonatkoztatási feszültséget. A villamos erőtér alakját az SZ fémszerkezet közelében az SZ fémszerkezet alakja és a talaj fajlagos ellenállásának eloszlásfüggvénye határozza meg. Ez mindaddig érvényes, amíg a vizsgált SZ fémszerkezet közelében (néhány méteren belül) valamilyen más fémszerkezet nem létesít saját villamos erőteret. Az UR vonatkoztatási feszültség nyilvánvalóan arányos az I árammal, azaz UR1=c I,. (5) Ur2 — C I2, ahol c az elektródok elhelyezkedésétől és a talaj fajlagos ellenállásának eloszlásfüggvényétől függő állandó. Behelyettesítve az Ij és I2 áramerősségnek az (5) egyenlettel meghatározott értékeit a (4) egyenletekbe, majd rendezve és összehasonlítva kapjuk, hogy 2
