Казанский Национальный Исследовательский Технологический Университет

ИМПЕДАНСНОЙ СПЕКТРОСКОПИИ В ИССЛЕДОВАНИИ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ПОВЕДЕНИЯ СТАЛИ 12Х18Н10Т»
ТЕМА ДОКЛАДА:

пассивном слое
стали 12Х18Н10Т, вызванных
изменением электродного
потенциала, методом
импедансной

спектроскопии.

методов изучения
электрохимических и
коррозионных процессов.
Исследование импеданса
электрохимических систем

позволяет получать информацию
о процессах, протекающих на
границе раздела
электрод/электролит.

Измерение электрохимического импеданса дает возможность,
не нарушая характера течения процессов, изучать кинетику и
механизм коррозионных процессов, процессов пассивации и
формирования защитных пленок на металлах, а также
адсорбционного поведения ингибиторов.

переменного тока на
заданной частоте и представляют в виде комплексного

числа. Импеданс (полное комплексное сопротивление)
ячейки определяется в соответствии с законом Ома:

Рис.1. Схема двухконтактной электрохимической ячейки

где и – активная и реактивная составляющие импеданса

ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ИМПЕДАНСА
Рис. 2. Изображение импеданса на комплексной плоскости

системы на изменение частоты возмущения в виде графика в комплексных

координатах называется амплитудно-фазовой частотной характеристикой (график или диаграмма Найквиста). На таком графике фаза и амплитуда отклика системы на заданной частоте представляются углом и длиной радиус-вектора каждой точки характеристики.

Рис. 3. Параллельное соединение емкости и сопротивления

Рис. 4. Диаграмма Найквиста для вектора импеданса

C

R

характеристика – представление
частотного отклика линейной
стационарной системы в
логарифмическом

масштабе. Для
такого способа представления
импеданса в западной литературе
используется название диаграмма
Боде или график Боде.

Рис. 5. График Боде для параллельно соединенных емкости и сопротивления

используют модели
эквивалентных цепей, отражающие
основные свойства исследуемого объекта
и

служащие для предсказания его поведения.
Количественный анализ частотной
зависимости импеданса на основе выбранной
эквивалентной схемы позволяет
интерпретировать ее элементы в
соответствии с физико-химической
природой процессов, протекающих на
электродах.
Основными структурными элементами в
импедансных моделях являются –
сопротивление, емкость,
индуктивность и
импеданс Варбурга.

которая
частотно независима:
Элемент в виде сопротивления широко
используется в электрохимических и

коррозионных исследованиях для
моделирования сопротивления
электролита, сопротивления перехода
зарядов через двойной электрический
слой и для моделирования
эффективной скорости этого перехода,
а также и в более сложных случаях –
для формального моделирования каких-
либо пропорциональных соотношений.

Рис. 6. Импедансная диаграмма резистивного элемента (R=60 Ом)

Сопротивление обозначается символом R и является коэффициентом пропорциональности между напряжением ЕR и током I, протекающим через резистор.

моделирования накопления
зарядов, вещества, или задержки
одного процесса по отношению

к
другому.

Рис. 7. Импедансная диаграмма емкостного элемента

Емкость обозначается символом С и является коэффициентом пропорциональности между напряжением Ес и интегралом тока I, протекающего через емкость

При пропускании синусоидального тока через емкость импеданс записывается в виде:

Индуктивность обозначается символом L и является коэффициентом пропорциональности между напряжением

UL на элементе и производной тока по времени.

В импедансном анализе элемент
индуктивности используют при
моделировании самоиндукции
соединяющих проводов, выводов
ячейки и собственной индуктивности
исследуемого объекта.

При использовании синусоидального
тока формула для импеданса
запишется в виде: ZL(jω) = jωL

введен Варбургом для изображения
импеданса идеальной линейной
полубесконечной диффузии.
При

использовании
синусоидального тока выражение
для соответствующего импеданса
имеет вид:

Рис. 9. Импедансная диаграмма диффузионного элемента Варбурга

рассматривать как
обобщение C, L, W и R
элементов:
Рис. 10.

Импедансная диаграмма элемента постоянной фазы

Если α = 1 и A=1/C элемент СРЕ совпадает с элементом емкости. Когда константа A имеет размерность и смысл постоянной Варбурга, а α = 1/2, импеданс элемента СРЕ становится адекватным диффузионному импедансу. При α = 0 элемент CPE вырождается в обычное сопротивление и в этом случае A=R. Когда A=L и  = -1 элемента СРЕ совпадает с элементом индуктивности.

сталь 12Х18Н10Т. Экспериментальная установка
состояла из потенциостата – гальваностата ”IPC

– Pro”, состоящего из
измерительного блока потенциостата и персонального компьютера с
установленной на нем соответствующей программой, анализатора
частотного отклика FRA.

Исследования проводили в стандартной электрохимической ячейке ЯСЭ-2 в растворе 0,1 моль/л NaCl. В качестве электрода сравнения использовали хлоридсеребряный электрод марки ЭВЛ - IМЗ, вспомогательным электродом служил платиновый электрод.

Модуль FRA с потенциостатом IPC Pro

Соединение с потенциостатом

ее элементов используют пакет программ «Анализатор эквивалентных схем»
Пакет программ

позволяет по экспериментально полученной частотной зависимости импеданса моделировать частотный отклик системы при различной комбинации составляющих ее элементов (R, C, L, W (импеданс Варбурга), CPE).
Программа предназначена для анализа экспериментально полученных частотных зависимостей импеданса (годографов) и подбора эквивалентных электрических схем, описывающих их наилучшим образом.

Общий вид программы «Анализатор эквивалентных схем»

12Х18Н10Т в пассивном состоянии в 0,1 М растворе хлорида натрия

моделировали следующей электрической эквивалентной схемой

растворе NaCl при смещении потенциала в анодную область (60-50000 Гц)

пассивную пленку на
поверхности исследуемой стали 12Х18Н10Т в 0,1 М

растворе
NaCl

растворе NaCl при смещении потенциала в анодную область (250-10000 Гц)

пассивную пленку на
поверхности исследуемой стали 12Х18Н10Т в 0,1 М

растворе
NaCl

структурные элементы в импедансных моделях; эквивалентные электрохимические схемы;
показаны способы

измерения электрохимического импеданса;
рассмотрены примеры применения импедансной спектроскопии в коррозионных исследованиях;
освоена методика измерения импеданса электрохимических ячеек с использованием современных приборов – анализатора частотного отклика FRA и потенциостата IPC PRO;
проведены импедансные исследования для хромоникелевой стали 12Х18Н10Т в 0,1 М растворе хлорида натрия и получены результаты обработки данных с использованием демо-версии пакета «Анализатора эквивалентных схем».

сопротивление на границах раздела пассивный слой / металл и пассивный

слой / электролит

L имитирует самоиндукцию соединяющих проводов, выводов ячейки и собственную индуктивность исследуемого объекта