 |
Работа потенциостата в режиме «программатора»
|
|
|
|
Часть 1.
Санкт-Петербург
2012 г.
СОДЕРЖАНИЕ
1. ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………………3
2. РАБОТА 10. ИСПЫТАНИЕ СТАЛЕЙ НЕРЖАВЕЮЩЕГО КЛАССА НА СКЛОННОСТЬ К МКК ПО МЕТОДУ ПОТЕНЦИОДИНАМИЧЕСКОЙ РЕАКТИВАЦИИ (ГОСТ 9.914-91)
2.1. Сущность метода……………………………………………………………...4
2.2. Методика проведения испытаний……………………………………………5
3. РАБОТА 11. ИСПЫТАНИЕ СТАЛЕЙ НЕРЖАВЕЮЩЕГО КЛАССА НА СКЛОННОСТЬ К МКК ПО МЕТОДУ ТРАВЛЕНИЯ В ЩАВЕЛЕВОЙ КИСЛОТЕ (ТЩК). ГОСТ 6032-2003.
3.1. Сущность метода…………………………………………………………….13
4. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ…...................................................................................13
1. ВВЕДЕНИЕ
Испытания сталей нержавеющего класса на склонность к межкристаллитной коррозии (МКК) в работах 10, 11 определяют двумя методами: по величине коэффициента склонности стали к МКК КQ (метод l) и металлографическим анализом структуры поверхности стали после травления (метод ll) по ГОСТ 9.914-91 и ГОСТ 6032-2003 соответственно.
Метод l – метод потенциодинамической реактивации (ПДР) предусматривает определение коэффициента склонности стали к МКК КQ. Если величина КQ превышает критическое значение КQ(крит) равное 0,11, то сталь является потенциально опасной с точки зрения возникновения МКК [1].
Метод ll – метод травления в щавелевой кислоте (ТЩК) предусматривает проведение металлографического анализ структуры поверхности стали после травления в щавелевой кислоте. Если микроструктура стали характеризуется как «канавочная» при практически целостной структуре зерна, то сталь - склонна к МКК [2].
Испытания образцов сталей нержавеющего класса к МКК по ГОСТ 9.914-91 (метод l) проводят с использованием цифрового потенциостата IPC-Pro М, который выполнен на современной элементной базе с управлением от встроенного микропроцессора и выходом на персональный компьютер. Результаты измерений импортируются пакетами данных в программы для работы с таблицами или графиками. Металлографический анализ структуры поверхности образцов сталей после травления по ГОСТ 6032-2003 (метод ll) проводят с использованием микроскопа МИМ.
|
|
|
РАБОТА 10.
«ИСПЫТАНИЕ СТАЛЕЙ НЕРЖАВЕЮЩЕГО КЛАССА НА СКЛОННОСТЬ К МКК ПО МЕТОДУ ПОТЕНЦИОДИНАМИЧЕСКОЙ РЕАКТИВАЦИИ (ГОСТ 9.914-91)»
2.1 Сущность метода
Метод потенциодинамической реактивации (метод l) заключается в снятии потенциодинамических поляризационных кривых в определенном интервале потенциалов последовательно в анодном (пассивация) и катодном (реактивация) направлениях и сопоставлении анодного количества электричества (заряда), израсходованного в процессе пассивации и репассивации (рис. 2.1) [1]. Начало увеличения плотности тока на кривой обратного хода связано с потенциалом начала активации Ена.
Рис. 2.1. Пример потенциодинамической поляризационной кривой, полученной последовательно в анодном (пассивация) и катодном (реактивация) направлениях
Критерием склонности сталей нержавеющего класса к межкристаллитной коррозии (МКК) по электрохимическому методу потенциодинамической реактивации (ПДР) является показатель KQ, который рассчитывается по формуле:
KQ = 
, (1)
где KQ – показатель склонности к МКК;
Qак – заряд активации (обратный ход), мА∙ч;
Qпас – заряд пассивации (прямой ход), мА∙ч.
Критическое значение показателя склонности стали к МКК KQ(крит) составляет 0,11. Если показатель склонности к МКК KQ превышает критическое значение КQ(крит) (KQ > КQ(крит)), то сталь является потенциально опасной с точки зрения возникновения МКК.
|
|
|
2.2. Методика проведения испытаний
Испытания сталей нержавеющего класса на склонность к межкристаллитной коррозии (МКК) проводят с использованием цифрового потенциостата IPC-Pro М. Прибор является программно-аппаратным комплексом, состоящим из измерительного блока потенциостата и персонального компьютера с установленной на нем программой. Режимы работы прибора по ходу опыта могут изменяться, как вручную, так и автоматически при помощи встроенного программатора, позволяющего настраивать программу поляризации и сохранять ее в фаил для повторного использования. Управление прибором осуществляется с помощью персонального компьютера через последовательный порт при помощи пакета программ. Результаты измерений импортируются пакетами данных в программы для работы с таблицами и графиками. Потенциодинамические поляризационные кривые снимают в интервале значений потенциала от минус 0,5 до плюс 0,3(0,4) В со скоростью Vр =3 мВ∙с-1.
Потенциостат IPC-Pro обеспечивает работу с трех электродной электрохимической ячейкой. В качестве исследуемого электрода используются электроды из нержавеющей стали (далее рабочий электрод). Экспериментальная установка для снятия потенциодинамических поляризационных кривых в анодном (прямой ход) и катодном (обратный ход) направлениях представлена на рис. 2.2. Она состоит из следующих основных частей:
1) малогабаритного цифрового потенциостата IPC-Pro, контролирующего напряжение на ячейке и измеряющий ток, протекающий в ячейке;
2) персонального компьютера, использующегося для управления потенциостатом и регистрации результатов измерения, а также расчета количества электричества, израсходованного в процессе пассивации (Qпас, мА∙ч) и репассивации (Qак, мА∙ч). Для этого проводят интегрирование токов в осях «I - T».
Интегрирование может быть выполнено для всей кривой или для выделенной части. Чтобы выделить нужный участок графика щелкните левой кнопкой «мыши» на его левой границе и правой кнопкой – соответственно на правой границе. Интегрируемая область будет выделена синим цветом. Необходимо выбрать из списка единицу заряда (мА∙ч) и задать множитель тока. Далее нажать кнопку «Вычислить».
|
|
|
3) трехэлектродной электрохимической ячейки.
Рис. 2.2. Схема экспериментальной установки для определения склонности сталей к МКК
1 – персональный компьютер, 2 – цифровой малогабаритный потенциостат-гальваностат IPC-Pro, 3 – экранированные кабели для подключения электрохимиической ячейки (клемма W (Working) – рабочий электрод, R (Reference) – электрод сравнения, C (Сounter) – вспомогательный электрод), ЭЯ – электрохимическая ячейка (Э.С. – электрод сравнения; Р.Э. – рабочий электрод; В.Э. – вспомогательный электрод).
На лицевой панели потенциостата IPC-Pro М расположены разъемы для рабочего (Work), вспомогательного (Counter) электродов и электрода сравнения (Reference). Дополнительные разъемы предназначены для подключения к прибору совместимых с потенциостатом приставок. На задней панели расположена кнопка включения/выключения прибора в сеть, гнездо подключения сетевого шнура и разъем для нуль-модемного кабеля, соединяющего компьютер с потенциостатом.
Программное обеспечение позволяет:
· задание и редактирование программ-алгоритмов измерений
· графическое представление и запись результатов в любом из режимов работ
· анализ данных в различных координатах
· преобразование исходных файлов в формат, совместимый с другими стандартными пакетами (Exсel, Origin, Grapher)
· процедуры сглаживания кривых
· интерполяцию и суммирование (вычитание) кривых
· автоматическое определение высот и площадей волн и пиков
Для управления потенциостатом IPC-Pro М используется специализированное программное обеспечение (рис. 2.3), которое работает в двух основных режимах:
1. в автоматическом режиме (вызывается в меню «Прибор»/«Программатор»), предназначенном для изучения быстрых процессов и требующем предварительно задать полную программу измерений до начала эксперимента;
2. в режиме ручного управления (вызывается в меню «Прибор»/«Панель управления»), который обычно используется для изучения медленных процессов или для предварительного «знакомства» с изучаемой электрохимической системой и выбора оптимальной программы измерений.
|
|
|
 |  |
|
Рис. 2.3. Внешний вид главного окна программы управления потенциостатом IPC-Prо
Клеммы потенциостата подключают к ячейке [клемму «W» (Working) — к рабочему электроду, «C» (Counter) — к вспомогательному, «R» (Reference) — к электроду сравнения].
Перед началом работы включают компьютер. Загружают Windows и управляющую программу «IPC-2000», иконка которой расположена на рабочем столе (рис. 2.3), посредством нажатия правой клавиши «мыши» при положении курсора на соответствующем окне экрана монитора.
Записывают стационарный потенциал электрода в растворе при разомкнутой цепи (Ес), отображаемый в правом индикаторном окне. В том случае, если потенциала нестабилен и его значение изменяется в пределах сотен милливольт, следует проверить правильность подключения контактов рабочего электрода и электрода сравнения; убедиться в отсутствии воздушных пузырьков в мостике электрода сравнения.
Испытания сталей нержавеющего класса на склонность к межкристаллитной коррозии (МКК) методом потенциодинамической реактивации проводят на образцах в форме пластин в 0,5М растворе H2SO4, содержащем 0,01М KCNS (раствор 1) при 300С [1]. Перед испытаниями проводят последовательную шлифовку образцов с использованием наждачных бумаг от самой грубой до самой тонкой, затем обезжиривают ацетоном и промывают дистиллятом.
Для приготовления раствора используют серную кислоту H2SO4 марки х.ч. и дистиллированную воду.
Проведение испытания:
1. Поверхность испытуемой стали зачищают до равномерного металлического блеска, не допуская перегрева, обезжиривают ацетоном, промывают дистиллированной водой и сушат фильтровальной бумагой.
2. Испытательный раствор заливают в электрохимическую ячейку в таком количестве, чтобы испытуемая поверхность образца была полностью погружена в раствор. Для этого зону ватерлинии изолировали воском с канифолью. Площадь испытуемых образцов во всех случаях превышала 0,5 см2.
3. Испытания в растворе 1 проводят при температуре 300С.
4. После измерения потенциала коррозии стали в растворе 1 подают на образец потенциал равный минус 500 мВ (по с.в.э.) и выдерживают 90 с. Далее включают анодную развертку потенциала со скоростью Vр =3 мВ∙с-1 и поляризацию ведут до потенциала 300 мВ (по с.в.э.). Затем направление развертки потенциала меняется на противоположное и снимается обратный ход анодной потенциодинамической кривой. Количество электричества, пошедшее на пассивацию Qпас и реактивацию Qак стали определяют по площади под соответствующей потенциодинамической кривой или из зависимости j=f(t) с использованием стандартной программы потенциостата ИПС-Pro М в режиме «программатора».
|
|
|
Работа потенциостата в режиме «программатора»
Для начала работы с программатором необходимо выбрать пункт главного меню Прибор/Программатор (Ctrl+F1). Открывшаяся панель позволяет создать и/или редактировать программу, задающую электрохимические измерения.
Общая настройка программатора для снятия потенциодинамических поляризационных кривых в определенном интервале потенциалов последовательно в анодном (пассивация) и катодном (реактивация) направлениях:
1. Задаем величину начального потенциала Е0, равное минус 700 мВ (по хлоросеребрянному электроду сравнения). Выбираем число повторений программы равное 1, активированный режим «автовыключения ячейки» и тип осей для нанесения результатов на график I-E.
2. На панели «Шаг 1» установливаем режим Потенциостат (Р) и режим поляризации «Развертка».
3. В виду того, что анодную потенциодинамическую кривую необходимо снять в интервале потенциалов от минус 700 до 200 мВ (по х.с.э.), а исходный потенциал минус 700 мВ согласно ГОСТ 9.914-91 необходимо выдержать 90 с, то задаем первый параметр шага изменения потенциала Е1 равный минус 700 мВ и время задержки T1 равное 90 с. Устанавливаем скорость развертки потенциала 3 мВ/с.
4. Устанавливаем величину конечного потенциала развертки Е2 равную 200 мВ, время выдержки Т2 равное 0 с и периодичность измерения dT (ms) такую, чтобы общее число точек на кривой не превышала 500-800.
5. Задаем число повторений данного шага равное 1, состояние ячейки в момент исполнения шага «Вкл» (Cell ON) и выбираем рабочий диапазон тока.
6. Для снятия обратного хода анодной потенциодинамической поляризационной кривой (кривой реактивации) используем «Шаг 2».
Задаем величину Е1 равную конечному потенциалу развертки 200 мВ и время задержки потенциала Т1 равное 0 с, а скорость развертки 3 мВ/с. Конечный потенциал развертки Е2 составляет минус 300 мВ.
7. Задаем число повторений данного шага 2 равное 1, состояние ячейки в момент исполнения шага «Вкл» (Cell ON) и выбираем рабочий диапазон тока.
Время исполнения программы отображается на табло «Общее время» в окне общих настроек программатора. Панель «Число точек» показывает ожидаемое число регистрируемых измерений. Для визуального контроля редактируемой программы необходимо перейти на закладку «Диаграмма».
Вновь составленную или отредактированную программу можно сохранить в файл. Для сохранения программы необходимо открыть панель программатора и выбрать пункт меню Файл/Сохранить как.
|
|
|
