Электрохимические методы и компьютерные программы для оценки коррозионного состояния металла

Металлические конструкции, детали машин и технологического оборудования могут подвергаться коррозии в силу термодинамической неустойчивости некоторых металлов при контакте с внешней средой. Это относится, в первую очередь, к «черным металлам» и проявляется как при их нахождении в естественных условиях, так и в технологических средах. Поэтому в процессе их эксплуатации требуется выполнять контроль их коррозионного поведения и при необходимости использовать защитные меры. Среди методов мониторинга коррозии выделяются методы, основанные на принципах электрохимии, поскольку сам механизм коррозии металлов при контакте с электролитами подчиняется законам электрохимической кинетики. При этом измеряются электрические параметры (потенциал, ток, сопротивление, импеданс), что позволяет легко осуществить это с использованием современной микропроцессорной техники и создавать программно-аппаратные комплексы для исследования и контроля коррозионного состояния металлов. Среди множества методов и принципов интерпретации результатов электрохимических измерений для оценки коррозионного состояния металлов, известных на сегодняшний день, не всегда легко выбрать оптимальный метод для решения конкретной задачи. Особенно это относится к специалистам, связанным с контролем коррозионного состояния объектов, но не имеющих фундаментальной электрохимической подготовки. Данный обзор обобщает основные методы исследования коррозии, основанные на электрохимических измерениях, и показывает их возможности и взаимосвязь используемых параметров. Кроме того, приводится описание программного обеспечения, созданного для реализации описанных методов с использованием потенциостатического комплекса IPC-FRA.

1. O.O Joseph, S. Banjo, S.A. Afolalu and K.O. Babaremu, Global and economic effects of corrosion - An overview, AIP Conf. Proc., 2022, 2437, no. 2, 1-5. doi: 10.1063/5.0092286

2. Л.И. Антропов, Теоретическая электрохимия (учебник), Москва, Высшая школа, 1984, 509 с.

3. Н.Д. Томашов и Г.П. Чернова, Теория коррозии и коррозионностойкие конструкционные сплавы, Москва, Металлургия, 1986, 358 с.

4. Ф. Выдра, К. Штулик и Э. Юлакова, Инверсионная вольтамперометрия, Москва, Мир, 1980, 278 с.

5. К.В. Сурмелева, П.М. Зайцев, В.Э. Касаткин и Д.В. Красный, Приборы серии «Экотест» и их применение в производствах гальванотехники, Мир гальваники, 2010, № 3, 45-51.

6. А.Е. Кузмак, Кулонометрическая регистрация продуктов коррозии на стеклоуглеродном электроде, Конденсированные среды и межфазные границы, 2006, 8, № 4, 305-311.

7. U.R. Evans, The corrosion and oxidation of metals: scientific principles and practical applications, London, Arnold, 1960, 1118 pp.

8. Б.Б. Дамаскин, О.А, Петрий и Г.А. Цирлина, Электрохимия, Москва, Химия, КолосС, 2006, с. 672.

9. K.F. Bonhoeffer and W. Jena, Über das elektromotorische Verhalten von Eisen, Z. Elektrochem. Angew. Phys. Chem., 1951, 55, no. 2. 151–153 (in German). doi: 10.1002/bbpc.19510550215

10. R.V. Skold and T.E. Larson, Measurement of the instantaneous corrosion rate by means of polarization data, Corrosion, 1957, 13, no. 2, 69-72. doi: 10.5006/0010-9312-13.2.69

11. M. Stern and A.L. Geary, Electrochemical Polarization: I. A Theoretical Analysis of the Shape of Polarization Curves, J. Electrochem. Soc., 1957, 104, no. 1, 56-63. doi: 10.1149/1.2428496

12. M. Stern, A Method For Determining Corrosion Rates From Linear Polarization Data, Corrosion, 1958, 14, no. 9, 60-64. doi: 10.5006/0010-9312-14.9.60

13. Н.Г. Ануфриев, Е.Е. Комарова и Н.Е. Смирнова, Универсальный коррозиметр для научных исследований и производственного контроля коррозии металлов и покрытий, Коррозия: материалы, защита, 2004, № 1, 42-48.

14. Н.Г. Ануфриев и В.Э. Касаткин, Новое программное обеспечение для коррозионных исследований на базе потенциостатов серии IPC, Практика противокоррозионной защиты, 2020, 25, № 3, 52-62. doi: 10.31615/j.corros.prot.2020.97.3-6

15. Y. Liu and R.E. Weyers, Comparison of guarded and unguarded linear polarization CCD devices with weight loss measurements, Cem. Concr. Res., 2003, 33, no. 7. 1093-1101. doi: 10.1016/S0008-8846(03)00018-8

16. F. Mansfeld, Simultaneous Determination of Instantaneous Corrosion Rates and Tafel Slopes from Polarization Resistance Measuremens, J. Electrochem. Soc., 1973, 120, no. 4, 515-518. doi: 10.1149/1.2403489

17. F. Mansfeld, Determination of the corrosion current by the polarization resistance method, in: Advances in Corrosion Science and Corrosion Protection Technology, Eds.: M.G. Fontana and R.W. Staehle, Springer, 2012, vol. 6, 174-268.

18. F. Mansfeld, Tafel slopes and corrosion rates obtained in the pre-Tafel region of polarization curves, Corros. Sci., 2005, 47, no. 12, 3178-3186. doi: 10.1016/j.corsci.2005.04.012

19. Д.В. Шевцов, Метод поляризационного сопротивления для оценки скорости коррозии арматурной стали в бетоне в присутствии хлоридов, дис. канд. хим. наук: 2.6.9, защищена 11.04.24, Воронеж, 2023, c. 239.

20. З.Б. Стойнов, Б.М. Графов, Б. Савова-Стойнова и В.В. Елкин, Электрохимический импеданс, Москва, Наука, 1991, с. 328.

21. E. Barsoukov and J.R. Macdonald, Impedance Spectroscopy: Theory, Experiment, and Applications, 2nd ed., Edited (University of North Carolina, Chapel Hill), John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, NJ, 2005, 596 pp.

22. A. Schrijver, Theory of Linear and Integer Programming, John Wiley & Sons, Chichester New York Weinheim Brisbane Singapore Toronto, 1998, 484 pp.

23. С.С. Виноградова, И.О. Исхакова, Р.А. Кайдриков и Б.Л. Журавлев, Метод импедансной спектроскопии в коррозионных исследованиях (учебное пособие), Казань, КНИТУ, 2012, с. 96.

24. H.H. Hernández, A.M.R. Reynoso, J.C.T. González, C.O.G. Morán, J.G.M. Hernández, A.M. Ruiz, J.M. Hernández and R.O. Cruz, Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS): A Review Study of Basic Aspects of the Corrosion Mechanism Applied to Steels, Electrochem. Impedance Spectrosc., 2020, 35 pp. doi: 10.5772/intechopen.94470

25. R. Siva, R. Prabhakar and V. Muralidharan, Corrocal-A computer program for corrosion current density determinations from polarization experiments, Indian J. Chem. Technol., 2002, 9, 148-153.

26. Yu.A. Puchkov, S.G. Babich, G.S. Fomin and K.N. Romanenko, A system of computeraided methods for investigating electrochemical corrosion, Met. Sci. Heat Treat., 1996, 38, 228-231. doi: 10.1007/BF01397026

27. В.Э. Касаткин, Л.Н. Солодкова и Ю.В. Кондрашов, Потенциостаты серии IPC: практика применения в электрохимических методах исследования. Часть 1. Анализатор органических добавок «Кориан-3», Гальванотехника и обработка поверхности, 2011, 19, № 2, 27-34.