آزمون‌های خوردگی: پاشش نمک (Salt Spray) و پتانسیواستات (Potentiostat)

آزمون های خوردگی فلزات شامل:

پاشش نمک (Salt Spray) و پتانسیواستات (Potentiostat)

تخمین زده می‌شود که هزینة خوردگی در جهان سالیانه 2.5 تریلیون دلار است. در مقیاس کوچک‌تر، تعویض و تعمیر قطعات آسیب ‌دیده از خوردگی، هزینه مالی و زمانی بسیاری ایجاد می­کند. بنابراین، باید دائماً برای بهبود مقاومت ‌به ‌خوردگی فلزات تلاش کرد. روش‌های مختلف عملیات حرارتی و آبکاری برای بهبود مقاومت‌ به ‌خوردگی فلزات وجود دارد. از آنجا که میزان تأثیر هر روش به جنس قطعه وابسته است، استفاده از روش آزمون خوردگی مناسب به‌ منظور تعیین میزان تأثیرگذاری هر روش بر روی آلیاژ مورد نظر ضروری است.

باوجود اینکه آزمون پاشش نمک روش مرسومی برای تعیین میزان مقاومت‌ به‌ خوردگی فلزات است و روش استاندارد صنعتی است،  در خصوص جمع‌آوری نتایج محدودیت‌هایی دارد. برای حل این مشکل، از آزمون پتانسیواستات می‌توان استفاده کرد. نکتة قابل ‌توجه این است که ترکیب هر دوی این آزمون‌ها در تجزیه و تحلیل، نتایج کامل‌تری ارائه می‌دهد.

آزمون پتانسیواستات

پتانسیواستات ابزاری است که در طیف‌ سنجی امپدانس الکتروشیمیایی (Electrochemical Impendence Spectroscopy) برای اندازه‌گیری رفتار خوردگی فلزات مورد استفاده قرار می‌گیرد. یک سلول آزمون پتانسیواستات در شکل 1 قابل‌ مشاهده است که دو الکترود، یک محفظه شیشه‌ ای پرشده با محلول NaCl، و سطح فلزی هدف‌ خوردگی را شامل می‌شود.

شکل 1. سلول آزمون پتانسیواستات

پس از اعمال محدوده مشخص ولتاژ به سیستم، مقدار جریان سلول در هر ولتاژ اندازه‌گیری می‌شود. جریان سلول با سرعت واکنش‌های اکسایش منجر به خوردگی متناسب است که از این طریق می‌توان چندین ویژگی خوردگی آلیاژ را تعیین کرد.

جدول1. مقایسه آزمون خوردگی پاشش نمک و پتانسیواستات

نتایج آزمون پتانسیواستات

در شکل 2، نمونه‌ای از یک اسکن پتانسیودینامیک مربوط به دو نمونة 4140 مشاهده می‌شود که به‌صورت نمودار تافل ارائه شده است. در این نمودار، ولتاژ اعمالی برحسب جریان مطلق اندازه‌ گیری و ترسیم شده است. رنگ سبز به نمونة عملیات حرارتی ‌نشده و رنگ آبی به نمونة نیتروژن ‌دهی و اکسیداسیون تکمیلی ‌شده مربوط می‌شود

دو جزء کلیدی در نمودار مشاهده می‌شود که هرکدام با فلش‌های رنگی نشان داده شده است. اولین قسمت پتانسیل مدار باز است که با فلش‌های سیاه نشان داده شده است. این قسمت به مقاومت ‌به ‌خوردگی ذاتی سطح قطعه اشاره دارد و نشان‌دهندة پتانسیل الکتریکی (ولتاژ) در نقطه‌ای است که جریان الکتریکی به‌ دلیل رسیدن واکنش‌های اکسیداسیون و احیا به تعادل، به صفر می‌رسد. هرچه این مقدار بالاتر (مثبت‌تر) باشد، نشان‌دهندة مقاومت ‌به ‌خوردگی بیشتر سطح است.

ویژگی دوم که با فلش آبی نشان داده شده است، پتانسیل آغاز حفره‌ای‌ شدن(pitting)  است. پتانسیل شروع حفره­ای ‌شدن نقطه­ای است که در آن افزایش ناگهانی در جریان اتفاق می‌افتد، همانند پتانسیل مدار باز بالاتربودن پتانسیل حفره‌ای‌شدن نشان‌دهندة مقاومت بیشتر به خوردگی حفره‌ای است. داده‌های حاوی چندین پتانسیل حفره‌ای ‌شدن نشان ‌دهندة نمونه‌ای است که چند لایة مختلف دارد و هر پتانسیل به لایة منحصر به ‌فرد مربوط می‌شود که درحال حفره‌دار شدن است.

در نمودار نمونة نیتروژن ‌دهی و اکسیداسیون تکمیلی ‌شده، دارای پتانسیل مدار باز بالاتری است که به معنای مقاومت ‌به ‌خوردگی سطحی بالاتر است. علاوه‌بر این، نمونة عملیات حرارتی نشده مقاومتی به حفره‌دار شدن نشان نمی‌دهد؛ درحالی‌که نمونة نیتروژن ‌دهی و اکسیداسیون تکمیلی ‌شده فقط در مقادیر بالاتر از 800 میلی‌ولت شروع به حفره‌ای ‌شدن می‌کند؛ بنابراین، این اطلاعات نشان می‌دهد که نمونه نیتروژن‌ دهی و اکسیداسیون تکمیلی شده مقاومت به اکسیداسیون (Oxidation) و حفره‌دار شدن (Pitting) بالاتری نسبت به نمونة عملیات حرارتی نشده نشان می‌دهد.

شکل 2. اسکن پتانسیودینامیک دو نمونة 4140؛ رنگ سبز مربوط به نمونة عملیات حرارتی نشده و رنگ آبی مربوط به نمونة نیتروژن‌ دهی و اکسیداسیون تکمیلی‌ شده است.