腐食研究、インピーダンス測定

腐食研究にインピーダンス測定

　電気化学インピーダンス測定方法は腐食研究に重要な測定方法です。数えない文献に報告されます。溶液中にサンプルのインピーダンスを測定し、そのデータを分析し、腐食のメかリズムを解明することは通常のインピーダンス測定方法ですが、塗装された或いはペイントされたサンプルの電気化学インピーダンスを測定することより、サンプル内部の腐食情報を得られるのは電気化学インピーダンス測定の特徴です。

硫酸溶液に鉄の腐食インピーダンス　塗装されてないサンプルのインピーダンス測定例です。

ペイントされた金属の腐食メカニズム　ペイントされた金属は長期に空気中、水中で、下図のように、腐食現象が起こります。

ペイントされた金属の腐食等価回路　上図のペイントされた金属の腐食メカニズムより、下記のように、等価回路を描きます。

Rs　電解質抵抗 溶液抵抗の測定
Cp　ペイントのキャパシタンス、ペイントが水を吸収することの測定
Rp　ペイント抵抗、ペイント多孔性の測定
Cdl　二重層キャパシタンス、ペイント脱層の測定
Rct　電荷移動抵抗、物質腐食レートの測定
Zwar　ワールブルグインピーダンス、拡散抵抗の測定

テフロンに覆いされた合金のインピーダンスデータ　下記のデータはGenoa大学の測定されたテフロンに覆いされた合金AISI316のインピーダンスデータです。左はBode曲線で、右はNyqust曲線です。　

テフロンに覆いされた合金データの分析　上記のインピーダンスデータを分析すると、RQの直列等価回路を描けます。下図はRC直列回路のインピーダンスデータです。両データ曲線は相似です。RCのCをQに代わると、両極線は一致すると思います。実際の電気化学インピーダンス測定に、単純なコンデンサーCの代わりに、Qを使うのは普通のことです。インピーダンス測定基礎のページを参考して下さい）。データを分析すると、並列の抵抗成分を含まれないようです。即ち、酸化還元反応が起こる時の電荷移動や物質移動による並列のファラデーインピーダンスを含まれないです。その結果により、合金は腐食されないことを確認できます。つまり、絶縁の状態になっています。

テフロンに覆いされた合金データのフィッティング　AutolabのFRAソフトで、測定されたデータをRQ回路で、フィッティングします。下図のように、両曲線を合わせられます。ポイント線は実際測定されたデータ、実線はフィッティングされた曲線です。

フィッティングを利用して、腐食してない結果を再確認します。　AutolabのFRAソフトを利用して、腐食している並列の抵抗成分を含んでいるR(RQ)の等価回路で、その測定データをフィッティングすると、下右図のような結果になっています。並列の抵抗R2の誤差は100％です。左の0.97％誤差と比べたら、結果の正確は十分に分かると思います。

コーティングされたスチールの腐食インピーダンスデータ　下図は塗装されたスチールのインピーダンスデータです。点線は実際の測定されたデータの曲線です。実線はフィッティングされた曲線です。

腐食インピーダンスデータの分析　データを分析することより、右の等価回路を描けます。R1(C1[R2(R3C2)])です。この等価回路は腐食された等価回路と見られます。結果は塗装されたスチールは腐食されています。

この等価回路の各元素の値より、塗装層の水吸収、塗装層の多孔性、塗装層の脱層とスチール腐食レート等を分析することができます。