腐食研究用ポテンショスタット

腐食研究用ポテンショスタット

腐食研究用ポテンシオスタットの選び方:重要な手法、仕様、および装置

携帯型ポテンショスタットを用いて鋼橋の腐食を測定する腐食研究者

腐食研究用ポテンショスタットは、基準電極に対する金属試料の電位を制御し、金属が腐食する際に流れる電流を測定します。この電流から腐食速度を算出し、金属にピット腐食が生じる可能性の有無を確認し、保護被膜がどのように劣化していくかを追跡することができます。

電気化学試験なら、数時間以内にその答えが得られます。同じコーティングに対する塩水噴霧試験では、数ヶ月を要する場合もあります。

このページでは、腐食用ポテンショスタットの動作原理、腐食研究において重要な仕様、およびPalmSensのどの機器がどのような研究に適しているかについて解説します。

おすすめ

腐食研究用ポテンショスタット

PalmSensの3つのセットアップは、ほとんどの腐食実験室のニーズをカバーしています。日常的な腐食試験向けの「EIS腐食パッケージ」、コーティングや現場作業向けの「EIS Plus腐食パッケージ」、そして多数の試料を並行して試験できる「MultiEmStat4」です。いずれのパッケージにも、腐食セル、ケーブル、PSTraceソフトウェア、および腐食ハンドブックが含まれています。

なぜ腐食を電気化学的に測定するのか

腐食の多くは電気化学的プロセスです。金属表面では、陽極反応によって金属が溶解する一方で、酸素還元反応などの陰極反応によって放出された電子が消費されます。両方の電流は等しく逆方向であるため、腐食中の試料自体には正味の電流は生じません。

ポテンショスタットは、目に見えない電流を可視化します。試料を 腐食電位からわずかにずらし、電流の反応を測定します。その反応から、腐食電流と金属の損失速度を算出します。

この原理は、合金の比較、腐食抑制剤の試験、およびコーティングの評価にも用いられており、そのため電気化学は腐食研究における標準的な手法となっています。

腐食用ポテンショスタットの動作に必要な技術

腐食研究では、限られた数の手法が用いられます。それぞれの手法は、金属やコーティングに関する異なる疑問に答えるものであり、腐食用ポテンショスタットはそれらすべてに対応できる必要があります。

手法 この製品が提供する情報
開回路電位(OCP) 試料の腐食電位、および測定開始前にそれが安定しているかどうか
線形分極法(LPR) 試料を損傷させることなく、腐食電位付近で測定される分極抵抗
ポテンシオダイナミック分極および ターフェルプロット 腐食電流、ターフェル勾配、腐食速度
サイクリック分極 ピッチングに対する感受性および金属の再不動態化能力
電気化学インピーダンス分光法(EIS) 被膜の抵抗および静電容量、吸水率、剥離、および破損までの時間の推定
ゼロ抵抗アンペロメトリー(ZRA) 接触している2つの異なる金属間のガルバニック電流
'

腐食研究において重要な仕様

両端における電流範囲。酸中に浸漬された素鋼試験片ではミリアンペア級の電流が流れる一方、健全な被膜を通る電流はナノアンペア級以下にとどまります。腐食用ポテンショスタットは、これら両方を高い分解能で測定できなければなりません。

最大電流。試料のサイズが大きい場合、腐食性の強い電解質、および腐食電位から大きく離れた分極状態では、電流が増加します。最大200 mAの電流範囲があれば、実験室での腐食研究のほとんどに対応できます。

腐食試験においては、この装置は、素地の試験片におけるミリアンペアから、健全な被膜を通したナノアンペアに至るまで、全範囲を測定できなければなりません。

EISの周波数範囲。被膜の挙動は低周波数域、多くの場合ミリヘルツの範囲で現れるため、インピーダンスアナライザの低周波数側範囲が最も重要となります。このページに掲載されているすべての機器は、10 µHzまで測定可能です。

アースからの絶縁。ZRA測定や、設置済みの構造物などアースに接続された試料を扱う場合、同じアースを基準としないポテンショスタットが必要です。ガルバニック絶縁、あるいはPCへのケーブル接続を必要としないバッテリー駆動の測定器を使用することで、この問題を解決できます。

腐食解析用ソフトウェア。ターフェル解析、腐食速度の算出、等価回路のフィッティングは、事後のスプレッドシート作業ではなく、ソフトウェアに標準で搭載されているべき機能です。PSTraceには、このための専用の腐食解析モードが備わっています。

比較

お客様の腐食研究に最適な製品はどれですか

EIS腐食測定パッケージは、EmStat4S HRを中核として構成されています。最大200 kHzのEISやZRAを含むあらゆる一般的な腐食測定手法に対応し、±6 Vで最大±200 mAの電流を供給でき、手のひらに収まるコンパクトなサイズです。 インピーダンスを測定しない分極曲線については、EISモジュールを外した同じ装置を使用する「ベーシック腐食パッケージ」をご利用いただけます。

「EIS Plus 腐食パッケージ」には、PalmSens4が含まれています。±10 Vの電圧範囲、100 pAまでの微小電流測定範囲、最大1 MHzのEIS測定周波数により、コーティング研究に適しており、バッテリー駆動とBluetooth接続機能を備えているため、現場での測定に最適な選択肢となっています。

MultiEmStat4は、4、8、または12チャンネルを並列で動作させます。これにより、阻害剤のスクリーニング、複製サンプルの測定、および長期の被膜試験に適しています。これらの用途では、チャンネルが1つだけでは実験が数週間も滞ってしまうことがあります。ZRA(亜鉛腐食試験)用に、チャンネルごとのガルバニック絶縁が利用可能です。

仕様 EIS腐食測定パッケージ(EmStat4S HR) EIS Plus 腐食測定パッケージ (PalmSens4) MultiEmStat4 HR
チャンネル 1 1 4、8、または12
潜在的な範囲 ±6 V ±10 V(または ±5 V) ±6 V
最大電流 ±200 mA ±30mA(代表値) チャンネルあたり±200 mA
電流レンジ 100 nA ~ 100 mA 100 pA ~ 10 mA 100 nA ~ 100 mA
EIS 10 µHz ~ 200 kHz 10 µHz ~ 1 MHz 10 µHz ~ 200 kHz
ZRA はい はい はい、ガルバニック絶縁オプション付きです
パワー USB-C USBまたは内蔵バッテリー、Bluetooth USB、AC電源対応
腐食試験セルおよびハンドブック付属 はい はい 不可

PalmSensの製品ページに掲載されている仕様。

'

REAPを用いた24時間でのコーティング評価

多くの塗料では、依然として数ヶ月間にわたり塩水噴霧試験を行うことで評価が行われています。塗料の迅速電気化学評価(REAP)により、その期間を24時間に短縮できます。

REAPは、一連の試料を用いてEISと陰極剥離試験を組み合わせ、その長期挙動から推定故障時期を算出します。この手法は複数の試料を必要とするため、MultiEmStat4のようなマルチチャンネル装置を使用することで、時間を大幅に節約できます。

PalmSens社のEmStat4 MUXを使用したリアルタイムの腐食モニタリングのために鉄筋コンクリートブロックに配置されたMONITORIZAの現場センサー。

実験室外での腐食モニタリング

橋梁、パイプライン、鉄筋コンクリートは、ビーカーの中ではなく、設置された場所で腐食します。PalmSens4は内蔵バッテリーで動作し、Bluetooth経由で接続できるため、現場で完全な腐食測定を行い、そのデータを本機に保存することができます。

数ヶ月にわたる測定や遠隔でのデータ報告が必要な常設設備向けに、PalmSensは「EmStat Go」や「EmStat Pico」などのOEMモジュールを基盤として、専用の腐食モニターを構築しています。

費用

お見積りのご依頼

腐食試験用パッケージは、ポテンショスタット、腐食セル、ケーブル、PSTraceソフトウェア、および腐食ハンドブックを含む一式としてお見積もりいたします。マルチチャンネル機器については、チャンネル数、電流範囲、EISやガルバニック絶縁などのオプションによって価格が変動するため、構成ごとにお見積もりいたします。

ご使用予定の試料や測定手法をご説明いただければ、実際にお測りになりたい内容に合わせたお見積もりをご提示いたします。

関連ページ

よくある質問

腐食試験において、ポテンショスタットは何を測定するのでしょうか?

この装置は、基準電極に対する金属試料の電位を制御し、その結果生じる電流を測定します。腐食電位付近の電流から、腐食電流および腐食速度を算出します。

腐食研究にはどのような電気化学的手法が用いられていますか?

最も一般的なものとしては、開回路電位、線形分極、タフェル解析を伴うポテンシオダイナミック分極、サイクリック分極、電気化学インピーダンス分光法、およびゼロ抵抗アンペロメトリーが挙げられます。

腐食用ポテンショスタットにはどのくらいの電流が必要ですか?

これは試料の面積や電解質によって異なります。200 mAまであれば、実験室での腐食試験のほとんどをカバーできますが、無傷のコーティングの測定には、ナノアンペア級以下の高感度な電流範囲が必要となります。

腐食研究にはEISが必要ですか?

素地金属の場合、分極測定で十分な場合が多い。一方、コーティングの場合、EISが主要な手法となる。これは、試料を損傷させることなく、コーティングの抵抗、吸水性、および剥離を明らかにできるためである。

ZRAにはなぜガルバニック絶縁が必要なのか?

ゼロ抵抗電流計は、電気的に接続された2つの金属間の電流を測定します。この測定器は、その回路に自身の接地接続を追加してはならないため、フローティングでなければなりません。

現場で腐食を測定することは可能か?

はい。PalmSens4のような、ワイヤレス制御機能を備えたバッテリー駆動のポテンショスタットは、現場での測定が可能です。長期的な遠隔モニタリングには、OEMポテンショスタットモジュールを基盤とした専用の腐食モニターが使用されます。

bg
製品比較