Évaluation électrochimique rapide des peintures
De nombreux revêtements sont encore mesurés en les exposant pendant des mois au brouillard salin. L'évaluation électrochimique rapide des peintures (REAP) permet, en 24 heures, de déterminer le temps de défaillance (TTF) en combinant différentes techniques. Cette section vous fournira un manuel étape par étape pour le REAP, qui devrait vous permettre d'effectuer votre propre REAP.
REAP
Rapide est un terme relatif. Cette procédure comprend une étape d'une nuit, ce qui, pour un spectroscopiste ordinaire, peut sembler long, mais pour un spécialiste de la corrosion, c'est un laps de temps assez court. Au cours de ce protocole, une série de mesures est effectuée avec plusieurs échantillons et la stabilité à long terme est extrapolée. La spectroscopie d'impédance électrochimique (SIE) et le décollement cathodique sont les techniques centrales de l'évaluation électrochimique rapide des peintures (REAP), qui permet d'estimer le délai avant défaillance.
Cette description est basée sur la norme ASTM G01.11 du sous-comité sur les mesures électrochimiques de la corrosion et plus de détails peuvent être trouvés dans cette norme. REAP a été suggéré à l'origine par Kending et al, J. Coatings Tech, 1996, 68, p. 39 - 47, qui est disponible sur Research Gate.
Au cours de cette procédure, le potentiel de corrosion, l'absorption d'eau par le revêtement et le taux de décollement sont déterminés. Ces trois paramètres permettent d'estimer le temps de rupture (TTF).
Échantillon
Avant le REAP, les deux échantillons doivent être recouverts d'un revêtement durci et séché. Pour la mesure elle-même, une solution de NaCl 0,5 M sera nécessaire. Il faudra également deux installations pour maintenir les deux échantillons immergés pendant 24 heures.
REAP a besoin de paires d'échantillons ou d'un nombre pair d'échantillons. En général, un minimum de trois mesures est recommandé. La moitié des échantillons reste intacte et l'autre moitié est rayée. Les échantillons rayés doivent présenter une croix à angle droit, les deux lignes mesurant 2 cm de long. Si vous voulez vous assurer que vous respectez les normes ASTM, vous pouvez consulter la norme ASTM B117 sur le traçage d'un échantillon.
Vous devrez également exposer une zone définie de l'échantillon à la solution de mesure et la connecter à votre potentiostat.
Ensuite, les étapes du REAP sont abordées.
Potentiel de corrosion
Le premier paramètre à déterminer est le potentiel de corrosionEcorr de l'échantillon vierge, car il est nécessaire pour les mesures suivantes. L'Ecorr doit être mesuré peu de temps après l'immersion des échantillons, c'est pourquoi nous recommandons de régler les paramètres de mesure avant de verser la solution de mesure (NaCl 0,5 M) dans la cellule.
Un potentiel de corrosion (également connu sous le nom de potentiométrie en circuit ouvert) est effectué avec 200 s et une valeur toutes les 0,5 s. Si vous ne savez pas comment effectuer cette mesure avec PSTrace, elle sera expliquée dans le paragraphe suivant.
Vous n'êtes pas obligé d'effectuer cette mesure en mode Corrosion de PSTrace, bien que cette explication suppose que vous êtes en mode Corrosion. Vous pouvez changer de mode dans le coin supérieur gauche de votre fenêtre PSTrace.
Choisissez dans la liste des techniques le potentiel de corrosion. Remarque : si vous ne savez pas ce que fait une technique spécifique, choisissez-la dans le menu déroulant et appuyez sur le bouton ?-. Vous pouvez activer tous les intervalles courants pour cette technique, de sorte que tous les intervalles courants doivent être marqués en bleu. Entrez dans le champ t interval 0.5 s et dans t run 200 s.
Placez l'échantillon dans la solution de mesure ou placez d'abord l'échantillon puis versez la solution. Assurez-vous qu'il n'y a pas de bulles d'air à la surface de l'échantillon. Connectez vos potentiostats aux électrodes de compteur, de référence et de travail. Appuyez sur le bouton Run.
Après avoir enregistré l'Ecorr, vous pouvez le sauvegarder. Le menu déroulant situé à côté du bouton Run (Exécuter) peut être réglé sur Overlay (superposition) si vous souhaitez enregistrer toutes les mesures effectuées au cours de votre REAP dans un seul fichier de session.
Il est possible que votre revêtement soit vraiment bon et qu'il se comporte de manière assez proche d'un condensateur parfait. Par conséquent, vous n'obtiendrez peut-être pas unEcorr stable, qui ne montre pas non plus de tendance à atteindre un potentiel constant. Bien que cela soit gênant pour nos mesures, cela signifie que vous avez produit un revêtement adéquat. Les étapes suivantes du REAP utilisent l'Ecorr mesuré, ce qui n'est pas possible si vous ne pouvez pas le mesurer. Il est suggéré de supposer unEcorr de -600 mV.
Déterminer la capacité des revêtements sans gonflement
L'objectif de cette étape est de déterminer la capacité du revêtement de l'échantillon vierge. Plus tard, la capacité des revêtements après immersion dans l'eau pendant 24 heures sera déterminée. Le changement de capacité est dû à la pénétration de l'eau dans le revêtement. Les deux capacités permettent de calculer l'absorption d'eau.
L'électrode de référence et la contre-électrode ainsi que l'échantillon doivent toujours être connectés depuis l'étape 1. Dans la liste déroulante, changer la technique en Spectroscopie d'impédance. Fixer un temps d 'équilibrage de 600 s. Le menu déroulant doit afficher FixedPotential. Si votre mesure précédente a produit un OCP stable au cours de l'étape 1, vous pouvez régler E dc sur 0 V et cocher les cases Measure vs OCP et E dc versus OCP ci-dessous. De cette façon, E dc indique la différence de potentiel par rapport à l'OCP.
Une courte mesure OCP est effectuée avant la mesure SIE pour déterminer l'OCP. Cette mesure durera jusqu'à ce que le temps t Max. OCP est écoulé ou jusqu'à ce que le critère de stabilité soit satisfait. Si vous n'avez pas obtenu un OCP stable, décochez les cases Measure vs OCP et E dc versus OCP. Essayez un E dc de -600 mV vs SCE, qui est maintenant versus l'électrode de référence. Si vous ne savez pas combien cela représente par rapport à votre électrode de référence, visitez ce site Web.
Réglez un E ac de 10 mV. La fréquence maximale de 100 kHz devrait suffire. La fréquence minimale est fixée à 0,01 Hz. Commencez votre mesure (voir figure 7.3). Lorsque la mesure est terminée, l'échantillon reste dans la solution.
L'analyse est effectuée par un ajustement du circuit équivalent, mais cela sera discuté à l'étape 4, lorsque le deuxième spectre d'impédance a été acquis.
Taux de décollement
Lors du décollement, le revêtement se détache du substrat. L'objectif de cette étape est de déterminer la vitesse de décollement du revêtement. Cette vitesse sera mesurée en distance par rapport à la rayure initiale en fonction du temps dx/dt, c'est-à-dire la vitesse à laquelle la zone décollée s'étend.
Un revêtement adéquat ne permet pas le décollement, nous devons donc utiliser l'échantillon marqué. L'échantillon vierge reste dans la solution de NaCl pendant 24 heures, pour réaliser l'étape 4 ultérieure, vous aurez donc besoin d'un deuxième dispositif ou au moins d'un support et d'un récipient pour maintenir l'échantillon immergé dans la solution de NaCl.
Le décollement de l'échantillon marqué étant encore assez lent, ce processus est accéléré en appliquant un potentiel aux échantillons marqués pendant 24 heures, alors que l'échantillon est immergé dans une solution de NaCl. Ce potentiel est très cathodique, de sorte que de l'hydrogène se forme pendant la période sous ce potentiel. Cela devrait augmenter le taux de décollement, de sorte que le taux de décollement peut être évalué dans les 24 heures.
Préparez une cellule avec une solution de NaCl, une électrode de référence et une contre-électrode ainsi que l'échantillon dessiné. Changez la technique en Chronoampérométrie. Réglez t equilibration à 600 ms et E dc à -1,05 V vs SCE. L'intervalle t peut être réglé à 30 s et t run à 86400 s. Lancez la mesure.
Bien que le courant enregistré ne soit pas nécessaire pour déterminer dx/dt, nous vous recommandons de conserver les données pour référence ultérieure. Il existe également une corrélation entre le courant et le taux de décollement, de sorte qu'une mesure avec un courant élevé devrait avoir un taux de décollement élevé.
Après 24 heures, retirer l'échantillon de la solution et le rincer avec de l'eau déminéralisée pour éviter toute réaction supplémentaire. Sécher l'échantillon avec un chiffon ou une serviette en papier. Utiliser un morceau de ruban adhésif pour enlever le revêtement lâche autour de la rayure. Utilisez un objet pointu pour vérifier si tous les matériaux détachés ont été enlevés. Utilisez une règle pour mesurer la largeur w de la zone autour de la mesure, comme le montre la figure 7.4. Le bord de la zone décollée n'étant pas toujours très net, la largeur doit être mesurée plusieurs fois et faire l'objet d'une moyenne. Le taux de décollement, c'est-à-dire la vitesse à laquelle la frontière entre le revêtement décollé et le revêtement correct progresse, peut être calculé en prenant la moitié de la largeur, qui est la distance entre la rayure d'origine et le bord de la zone non revêtue x, et en la divisant par le temps t. Ce résultat est exprimé dans l'équation 7.1.
La vitesse de décollement dx/dt est généralement exprimée en mm/h, alors qu'elle est plutôt de l'ordre du µm/h. Ces faibles taux nécessitent une règle très précise pour mesurer la largeur w.
Déterminer la capacité de gonflement des revêtements
Le revêtement de l'échantillon vierge aura absorbé un peu d'eau après les 24 heures d'immersion dans la solution de NaCl. Pour déterminer cette absorption d'eau, il faut déterminer la capacité du revêtement. Ceci est possible parce que l'eau a une constante diélectrique très différente de celle des composés organiques du revêtement.
La mesure est effectuée de manière similaire à la mesure de l'étape 2. Tout d'abord, la cellule contenant l'échantillon vierge est connectée (électrode de référence, contre-électrode et électrode de travail). Ensuite, la mesure SIE de l'étape 2 est répétée. Si vous avez utilisé l'OCP comme E dc auparavant, vous devez l'utiliser à nouveau. Sinon, entrez le même potentiel que lors de la première mesure. Si vous le souhaitez, vous pouvez sauvegarder le fichier Method de la mesure de l'étape 2 et le réutiliser, afin de préparer votre expérience de manière simple. Il suffit d'utiliser dans le menu supérieur, sous Méthode , l'option Sauvegarder la méthode et plus tard Charger la méthode pour charger les paramètres.
Avec PSTrace, il devrait être assez facile de déterminer la capacité de revêtement avant et après l'immersion de 24 heures à partir des deux spectres.
L'utilisation des circuits équivalents a fait l'objet d'une discussion approfondie dans le chapitre sur l 'adaptation des circuits équivalents aux mesures de la corrosion. Pour le REAP, un modèle similaire à celui de la figure 6.11 s'est avéré utile. Seul le condensateur de l'interface substrat-solution a été remplacé par des éléments à phase constante (CPE) pour prendre en compte le caractère non idéal du condensateur du revêtement. Ce modèle est illustré à la figure 7.5.
Les conseils du chapitre Comment ajuster facilement doivent être pris en compte lors de l'ajustement des données.
Lorsqu'un ajustement satisfaisant des deux courbes a été obtenu, l'absorption d'eau du revêtement en pourcentage volumique %V peut être calculée en utilisant la capacité avant et après l'immersion. Il se peut que leCC doive être remplacé par un CPE également pour obtenir un ajustement correct. La capacité du CPE a l'unité T, mais peut, pour cette expérience, être utilisée de manière analogique comme une capacité en F. L'équation 7.2 donne le %V.
Déterminer Rcorr
À partir de l'ajustement de l'étape 4, la résistance à la corrosion Rcorr, appelée Rct, peut également être extrapolée. Il suffit de lire la valeur de l'ajustement de le SIE après les 24 heures d'immersion.
Estimation du temps de défaillance (TTF)
La TTF peut être calculée si la résistance à la corrosion Rcorr, l'absorption d'eau en %V et le taux de décollement dx/dt sont connus. L'équation 7.3 est proposée dans la littérature :
L'équation 7.3 montre qu'une augmentation de Rcorr augmente le TTF, tandis qu'une augmentation de dx/dt ou de l'absorption d'eau %V diminue le TTF. Cette équation contient un certain nombre de constantes empiriques basées sur des mesures effectuées avec de l'acier doux dans les mêmes conditions. D'autres métaux pourraient avoir des constantes différentes et il n'est pas tout à fait clair quelles autres influences pourraient avoir un impact sur ces mesures. En utilisant d'autres méthodes pour l'estimation de la TTF et une série de mesures REAP, les constantes pour d'autres systèmes pourraient être obtenues. Il s'agirait d'un investissement en temps considérable. Cependant, les valeurs obtenues à partir de l'équation ci-dessus permettent de comparer deux revêtements mesurés dans les mêmes conditions.
Une discussion approfondie de tous les aspects du REAP dépasserait le cadre de ce manuel. Si une compréhension plus approfondie est nécessaire, nous recommandons de consulter les publications déjà mentionnées :
ASTM G01.11