ধাতব ক্ষয়
ধাতু ক্ষয়
যখন ধাতব পদার্থ আশেপাশের মাধ্যমের সংস্পর্শে আসে, তখন রাসায়নিক বা ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল ক্রিয়ার কারণে উপাদানটি ধ্বংস হয়ে যায়। ধাতু ক্ষয় একটি তাপগতিগত স্বতঃস্ফূর্ত প্রক্রিয়া, যা উচ্চ-শক্তির অবস্থার একটি ধাতুকে নিম্ন-শক্তির অবস্থার একটি ধাতব যৌগে রূপান্তরিত করে। এদের মধ্যে, পেট্রোলিয়াম এবং পেট্রোকেমিক্যাল শিল্পে ক্ষয়ের ঘটনা আরও জটিল, যার মধ্যে ব্রাইন, H2S এবং CO2-এর ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল ক্ষয় অন্তর্ভুক্ত।
বেশিরভাগ ক্ষয় প্রক্রিয়ার প্রকৃতি ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল। ধাতু/ইলেক্ট্রোলাইট দ্রবণ ইন্টারফেসের বৈদ্যুতিক বৈশিষ্ট্য (বৈদ্যুতিক ডাবল লেয়ার) ক্ষয় প্রক্রিয়া অধ্যয়ন, ক্ষয় পরিমাপ এবং শিল্প ক্ষয় পর্যবেক্ষণে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। ধাতু ক্ষয় গবেষণায় সাধারণত ব্যবহৃত ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল পদ্ধতিগুলি হল: ওপেন সার্কিট পটেনশিয়াল (ওসিপি), পোলারাইজেশন কার্ভ (টাফেল প্লট), ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল ইম্পিডেন্স স্পেকট্রোস্কোপি (ইআইএস)।
1. ক্ষয় অধ্যয়নে কৌশল
1.1 ওসিপি
একটি বিচ্ছিন্ন ধাতু ইলেক্ট্রোডে, একটি অ্যানোড বিক্রিয়া এবং একটি ক্যাথোড বিক্রিয়া একই সময়ে একই গতিতে সম্পন্ন হয়, যা ইলেক্ট্রোড বিক্রিয়ার যুগলবন্দীতা (কাপলিং) নামে পরিচিত। পারস্পরিক যুগলবন্দীতার বিক্রিয়াকে “সংযুগ বিক্রিয়া” বলা হয় এবং পুরো সিস্টেমটিকে “সংযুগ সিস্টেম” বলা হয়। যুগলবন্দী সিস্টেমে, দুটি ইলেক্ট্রোড বিক্রিয়া একে অপরের সাথে আন্তঃসংযুক্ত হয় এবং যখন ইলেক্ট্রোড বিভব সমান হয়, তখন ইলেক্ট্রোড বিভব সময়ের সাথে পরিবর্তিত হয় না। এই অবস্থাটিকে “স্থিতিশীল অবস্থা” বলা হয় এবং সংশ্লিষ্ট বিভবকে “স্থিতিশীল বিভব” বলা হয়। ক্ষয় সিস্টেমে, এই বিভবকে “(স্ব) ক্ষয় বিভব Ecorr” বা “ওপেন সার্কিট পটেনশিয়াল (ওসিপি)” বলা হয় এবং সংশ্লিষ্ট কারেন্ট ঘনত্বকে “(স্ব) ক্ষয় কারেন্ট ঘনত্ব icorr” বলা হয়। সাধারণভাবে বলতে গেলে, ওপেন সার্কিট পটেনশিয়াল যত বেশি ধনাত্মক হবে, ইলেকট্রন ত্যাগ করা এবং ক্ষয় হওয়া তত কঠিন হবে, যা ইঙ্গিত করে যে উপাদানের ক্ষয় প্রতিরোধ ক্ষমতা ভালো।
সিস্টেমে ধাতব উপাদানের রিয়েল-টাইম ইলেক্ট্রোড বিভব দীর্ঘ সময়ের জন্য নিরীক্ষণের জন্য CS পটেনশিওস্ট্যাট/গ্যালভানোস্ট্যাট ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল ওয়ার্কস্টেশন ব্যবহার করা যেতে পারে। বিভব স্থিতিশীল হওয়ার পরে, উপাদানের ওপেন সার্কিট পটেনশিয়াল পাওয়া যেতে পারে।
1.2 পোলারাইজেশন কার্ভ (টাফেল প্লট)
সাধারণভাবে, যখন কারেন্ট প্রবাহিত হয় তখন ইলেক্ট্রোড বিভব ভারসাম্য বিভব থেকে বিচ্যুত হওয়ার ঘটনাকে “পোলারাইজেশন” বলা হয়। ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল সিস্টেমে, যখন পোলারাইজেশন হয়, তখন ভারসাম্য বিভব থেকে ইলেক্ট্রোড বিভবের ঋণাত্মক স্থান পরিবর্তনকে “ক্যাথোডিক পোলারাইজেশন” বলা হয় এবং ভারসাম্য বিভব থেকে ইলেক্ট্রোড বিভবের ধনাত্মক স্থান পরিবর্তনকে “অ্যানোডিক পোলারাইজেশন” বলা হয়।
একটি ইলেক্ট্রোড প্রক্রিয়ার পোলারাইজেশন কর্মক্ষমতা সম্পূর্ণরূপে এবং স্বজ্ঞাতভাবে প্রকাশ করার জন্য, পরীক্ষামূলকভাবে কারেন্ট ঘনত্বের একটি ফাংশন হিসাবে ওভার-পটেনশিয়াল বা ইলেক্ট্রোড বিভব নির্ধারণ করা প্রয়োজন, যা “পোলারাইজেশন কার্ভ” নামে পরিচিত।
ধাতব উপাদানের icorr স্টের্ন-গিয়ারি সমীকরণের উপর ভিত্তি করে গণনা করা যেতে পারে।
B হল উপাদানের স্টের্ন-গিয়ারি সহগ, Rp হল ধাতুর পোলারাইজেশন প্রতিরোধ ক্ষমতা।
টাফেল এক্সট্রাপোলেশন পদ্ধতির মাধ্যমে icorr পাওয়ার নীতি
Corrtest CS স্টুডিও সফ্টওয়্যার স্বয়ংক্রিয়ভাবে পোলারাইজেশন কার্ভের সাথে ফিটিং করতে পারে। অ্যানোড সেগমেন্ট এবং ক্যাথোড সেগমেন্টের টাফেল ঢাল, অর্থাৎ, ba এবং bc গণনা করা যেতে পারে। icorr এছাড়াও পাওয়া যেতে পারে। ফ্যারাডে সূত্র এবং উপাদানের ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল সমতুল্যের সাথে একত্রিত করে, আমরা এটিকে ধাতু ক্ষয় হারে (মিমি/বছর) রূপান্তর করতে পারি।
1.3 ইআইএস
ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল ইম্পিডেন্স প্রযুক্তি, যা এসি ইম্পিডেন্স নামেও পরিচিত, একটি ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল সিস্টেমের কারেন্ট (বা ভোল্টেজ) নিয়ন্ত্রণ করে সময়ের সাথে সাইনোসয়েডাল পরিবর্তনের একটি ফাংশন হিসাবে ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল সিস্টেমের ভোল্টেজ (বা কারেন্ট) পরিবর্তন পরিমাপ করে। ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল সিস্টেমের ইম্পিডেন্স পরিমাপ করা হয় এবং আরও, সিস্টেমের (মাধ্যম/লেপ ফিল্ম/ধাতু) বিক্রিয়া প্রক্রিয়া অধ্যয়ন করা হয় এবং ফিটিং পরিমাপ সিস্টেমের ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল প্যারামিটার বিশ্লেষণ করা হয়।
ইম্পিডেন্স স্পেকট্রাম হল বিভিন্ন ফ্রিকোয়েন্সিতে একটি পরীক্ষার সার্কিট দ্বারা পরিমাপ করা ইম্পিডেন্স ডেটা থেকে আঁকা একটি বক্ররেখা এবং ইলেক্ট্রোড প্রক্রিয়ার ইম্পিডেন্স স্পেকট্রামকে ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল ইম্পিডেন্স স্পেকট্রাম বলা হয়। ইআইএস স্পেকট্রামের অনেক প্রকার রয়েছে, তবে সবচেয়ে বেশি ব্যবহৃত হয় নাইকুইস্ট প্লট এবং বোড প্লট।
2. পরীক্ষার উদাহরণ
CS350 ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল ওয়ার্কস্টেশন ব্যবহার করে একজন ব্যবহারকারীর প্রকাশিত একটি নিবন্ধকে উদাহরণ হিসেবে ধরে, ধাতু ক্ষয় পরিমাপ পদ্ধতির একটি কংক্রিট পরিচিতি দেওয়া হল।
ব্যবহারকারী প্রচলিত ওয়ার্কড পদ্ধতি (নমুনা #1), নির্বাচনী লেজার মেল্টিং পদ্ধতি (নমুনা #2) এবং ইলেকট্রন বিম মেল্টিং পদ্ধতি (নমুনা #3) দ্বারা প্রস্তুত Ti-6Al-4V খাদ স্টেন্টের ক্ষয় প্রতিরোধ ক্ষমতা নিয়ে গবেষণা করেছেন। স্টেন্টটি মানুষের শরীরে প্রতিস্থাপনের জন্য ব্যবহৃত হয়, তাই ক্ষয় মাধ্যমটি হল সিমুলেটেড বডি ফ্লুইড (এসবিএফ)। পরীক্ষামূলক সিস্টেমের তাপমাত্রা 37℃-এ নিয়ন্ত্রণ করতে হবে।
যন্ত্রপাতি: CS350 পটেনশিওস্ট্যাট/গ্যালভানোস্ট্যাট
পরীক্ষামূলক ডিভাইস:CS936 জ্যাকেটেড ফ্ল্যাট ক্ষয় সেল, কনস্ট্যান্ট টেম্পারেচার ড্রাইং ওভেন
পরীক্ষামূলক রাসায়নিক: অ্যাসিটোন, এসবিএফ, রুম টেম্পারেচার কিউরিং ইপোক্সি রেজিন
পরীক্ষামূলক মাধ্যম:
সিমুলেটেড বডি ফ্লুইড (এসবিএফ): NaCl-8.01,KCl-0.4,CaCl2-0.14,NaHCO3-0.35,KH2PO 4-0.06, গ্লুকোজ -0.34, একক: g/L
নমুনা(WE)
Ti-6Al-4V খাদ স্টেন্ট 20×20×2 মিমি,
প্রকাশিত কার্যকরী ক্ষেত্র 10×10 মিমি
নন-টেস্ট এলাকাটি রুম টেম্পারেচার কিউরিং ইপোক্সি রেজিন দিয়ে লেপা/সিল করা হয়েছে।
রেফারেন্স ইলেক্ট্রোড(RE): স্যাচুরেটেড ক্যালমেল ইলেক্ট্রোড
কাউন্টার ইলেক্ট্রোড(CE): CS910 Pt পরিবাহিতা ইলেক্ট্রোড
জ্যাকেটেড ফ্ল্যাট ক্ষয় সেল
2.1 পরীক্ষার ধাপ এবং প্যারামিটার সেটিং
2.1.1 ওসিপি
পরীক্ষার আগে। কার্যকরী ইলেক্ট্রোডকে মোটা থেকে মিহি (360 জাল, 600 জাল, 800 জাল, 1000 জাল, 2000 জাল) পর্যন্ত মসৃণ না হওয়া পর্যন্ত পালিশ করতে হবে। পালিশ করার পরে, এটি পাতিত জল দিয়ে ধুয়ে ফেলুন এবং তারপরে অ্যাসিটোন ব্যবহার করে ডিগ্রেজ করুন, এটিকে একটি কনস্ট্যান্ট টেম্পারেচার ড্রাইং ওভেনে রাখুন এবং ব্যবহারের জন্য 37℃-এ শুকিয়ে নিন।
ক্ষয় সেলের উপর নমুনা একত্রিত করুন, ক্ষয় সেলে সিমুলেটেড বডি ফ্লুইড প্রবেশ করান এবং ফ্ল্যাট ক্ষয় সেলে একটি লবণ সেতু সহ স্যাচুরেটেড ক্যালমেল ইলেক্ট্রোড (SCE) ঢোকান। নিশ্চিত করুন যে লুগিন কৈশিক নলের ডগা কার্যকরী ইলেক্ট্রোডের উপরিভাগের দিকে রয়েছে। তাপমাত্রা জল সঞ্চালনের মাধ্যমে 37℃-এ নিয়ন্ত্রিত হয়।
সেল ক্যাবলের মাধ্যমে ইলেক্ট্রোডগুলিকে পটেনশিওস্ট্যাটের সাথে সংযুক্ত করুন।
পরীক্ষা→স্থিতিশীল পোলারাইজেশন→ওসিপি
ওসিপি
আপনাকে ডেটার জন্য একটি ফাইলের নাম লিখতে হবে, পরীক্ষার মোট সময় সেট করতে হবে এবং পরীক্ষাটি শুরু করতে হবে। দ্রবণে ধাতব উপাদানের ওসিপি ধীরে ধীরে পরিবর্তিত হয় এবং স্থিতিশীল থাকতে তুলনামূলকভাবে দীর্ঘ সময় লাগে। তাই 3000s-এর কম সময় সেট করার পরামর্শ দেওয়া হচ্ছে।
2.1.2 পোলারাইজেশন কার্ভ
পরীক্ষা→স্থিতিশীল পোলারাইজেশন→পোটেনশিয়ালডাইনামিক
পোটেনশিয়ালডাইনামিক স্ক্যান
প্রাথমিক বিভব, চূড়ান্ত বিভব এবং স্ক্যান রেট সেট করুন, “vs. ওসিপি” হিসাবে বিভব আউটপুট মোড নির্বাচন করুন।
“ব্যবহার করুন” শীর্ষবিন্দু E#1 এবং শীর্ষবিন্দু E#2 নির্বাচন করতে চেক করা যেতে পারে। যদি এটি চেক করা না হয়, তাহলে স্ক্যান সংশ্লিষ্ট বিভব অতিক্রম করবে না।
4টি পর্যন্ত স্বাধীন পোলারাইজেশন বিভব সেট পয়েন্ট রয়েছে। স্ক্যানটি প্রাথমিক বিভব থেকে শুরু হয়, “শীর্ষবিন্দু E#1 ” এবং “শীর্ষবিন্দু E#2”-এর দিকে যায় এবং অবশেষে চূড়ান্ত বিভবে পৌঁছায়। "মধ্যবর্তী বিভব 1" এবং "মধ্যবর্তী বিভব 2" চালু বা বন্ধ করতে "সক্ষম করুন" চেক বক্সটিতে ক্লিক করুন। যদি চেক বক্সটি নির্বাচন করা না হয়, তাহলে স্ক্যান এই মানটি অতিক্রম করবে না এবং বিভব স্ক্যানটিকে পরেরটিতে সেট করবে।
এটি লক্ষণীয় যে পোলারাইজেশন কার্ভ পরিমাপ শুধুমাত্র সেই শর্তে পরিচালনা করা যেতে পারে যেখানে ওসিপি ইতিমধ্যে স্থিতিশীল। সাধারণত 10 মিনিটের নীরব সময়ের পরে, আমরা নিম্নলিখিতটিতে ক্লিক করে ওসিপি স্থিতিশীল ফাংশনটি খুলব:
→
বিভব ওঠানামা 10mV/মিনিটের কম হলে সফ্টওয়্যারটি স্বয়ংক্রিয়ভাবে পরীক্ষা শুরু করবে
এই পরীক্ষার উদাহরণে, ব্যবহারকারী বিভব -0.5~1.5V (vs. ওসিপি) সেট করেছেন
আপনি স্ক্যান বন্ধ বা বিপরীত করার শর্ত সেট করতে পারেন। এটি প্রধানত পিটিং বিভব পরিমাপ এবং প্যাসিভেশন কার্ভ পরিমাপে ব্যবহৃত হয়।
2.2 ফলাফল
2.2.1 ওসিপি
ওপেন সার্কিট পটেনশিয়াল পরীক্ষা করে আমরা মুক্ত ক্ষয় বিভব পেতে পারি Ecorr , যা থেকে আমরা ধাতব উপাদানের ক্ষয় প্রতিরোধ ক্ষমতা বিচার করতে পারি। সাধারণভাবে বলতে গেলে, Ecorr যত বেশি ধনাত্মক হবে, উপাদানটি ক্ষয় হওয়া তত কঠিন হবে।
1- প্রচলিত ওয়ার্কড পদ্ধতি দ্বারা প্রস্তুত Ti-6Al-4V খাদ স্টেন্টের ওসিপি
2- নির্বাচনী লেজার মেল্টিং পদ্ধতি দ্বারা প্রস্তুত Ti-6Al-4V খাদ স্টেন্টের ওসিপি
3- ইলেকট্রন বিম মেল্টিং পদ্ধতি দ্বারা প্রস্তুত Ti-6Al-4V খাদ স্টেন্টের ওসিপি
গ্রাফ থেকে আমরা এই সিদ্ধান্তে আসতে পারি যে নমুনা #1 এবং #2-এর ক্ষয় প্রতিরোধ ক্ষমতা #3-এর চেয়ে ভালো।
2.2.2 টাফেল প্লট বিশ্লেষণ (ক্ষয় হার পরিমাপ)
এই পরীক্ষার পোলারাইজেশন নিম্নরূপ:
যেমন দেখানো হয়েছে, গণনা করা ক্ষয় হারের মান থেকে আমরা ওসিপি পরিমাপের মাধ্যমে যা পেয়েছি তার মতোই সিদ্ধান্তে আসতে পারি। ক্ষয় হার টাফেল প্লট দ্বারা গণনা করা হয়। আমরা দেখতে পাচ্ছি যে ক্ষয় হারের মানগুলি ওসিপি পদ্ধতির মাধ্যমে প্রাপ্ত সিদ্ধান্তের সাথে সঙ্গতিপূর্ণ।
টাফেল প্লটের উপর ভিত্তি করে, আমরা আমাদের CS স্টুডিও সফ্টওয়্যারে সমন্বিত বিশ্লেষণ ফিটিং টুলের মাধ্যমে ক্ষয় কারেন্ট ঘনত্ব icorr পেতে পারি। তারপর কার্যকরী ইলেক্ট্রোডের ক্ষেত্রফল, উপাদানের ঘনত্ব, সমতুল্য ওজন-এর মতো অন্যান্য প্যারামিটার অনুসারে, ক্ষয় হার গণনা করা হয়।
ধাপগুলি হল:
ক্লিক করে ডেটা ফাইল আমদানি করুন
ডেটা ফিটিং
সেল তথ্য-তে ক্লিক করুন এবং সেই অনুযায়ী মান লিখুন।
আপনি যদি পরীক্ষার আগে সেল ও ইলেক্ট্রোড সেটিং-এ প্যারামিটার সেট করে থাকেন, তাহলে আপনাকে এখানে আবার সেল তথ্য সেট করার দরকার নেই।
টাফেল ফিটিং-এর জন্য “টাফেল”-এ ক্লিক করুন। অ্যানোড সেগমেন্ট/ক্যাথোড সেগমেন্টের ডেটার জন্য স্বয়ংক্রিয় টাফেল ফিটিং বা ম্যানুয়ালি ফিটিং নির্বাচন করুন, তারপর ক্ষয় কারেন্ট ঘনত্ব, মুক্ত ক্ষয় বিভব, ক্ষয় হার পাওয়া যেতে পারে। আপনি গ্রাফে ফিটিং ফলাফল টেনে আনতে পারেন।
3. ইআইএস পরিমাপ
পরীক্ষা ও ইম্পিডেন্স ও ইআইএস বনাম ফ্রিকোয়েন্সি
ইআইএস বনাম ফ্রিকোয়েন্সি
ইআইএস বিশ্লেষণ
3.5% NaCl দ্রবণে Q235 কার্বন স্টিলের ইআইএস নিম্নরূপ:
Q235 কার্বন স্টিল ইম্পিডেন্স প্লট- নাইকুইস্ট
উপরের নাইকুইস্ট প্লটটি ক্যাপাসিট্যান্স আর্ক (নীল ফ্রেম দ্বারা চিহ্নিত) এবং ওয়ারবার্গ ইম্পিডেন্স (লাল ফ্রেম দ্বারা চিহ্নিত) দ্বারা গঠিত। সাধারণভাবে বলতে গেলে, ক্যাপাসিট্যান্স আর্ক যত বড় হবে, উপাদানের ক্ষয় প্রতিরোধ ক্ষমতা তত ভালো হবে।
Q235 কার্বন স্টিল ইআইএস ফলাফলের জন্য সমতুল্য সার্কিট ফিটিং
ধাপগুলি নিম্নরূপ:
ক্যাপাসিট্যান্স আর্কের সমতুল্য সার্কিট আঁকুন - R1, C1, R2 পেতে “কুইক ফিট”-এর মডেলটি ব্যবহার করুন।
ওয়ারবার্গ ইম্পিডেন্স অংশের সমতুল্য সার্কিট আঁকুন - Ws-এর নির্দিষ্ট মান পেতে “কুইক ফিট”-এর মডেলটি ব্যবহার করুন।
মানগুলিকে জটিল সার্কিটে টেনে আনুন→ সমস্ত উপাদান টাইপকে “ফ্রি+”-এ পরিবর্তন করুন →ফিট-এ ক্লিক করুন
ফলাফল থেকে, আমরা দেখি যে ত্রুটি 5%-এর কম, যা নির্দেশ করে যে আমরা যে স্ব-সংজ্ঞায়িত সমতুল্য সার্কিটটি এঁকেছি তা প্রকৃত পরিমাপের ইম্পিডেন্স সার্কিটের সাথে সঙ্গতিপূর্ণ। বোড ফিটিং প্লট সাধারণত মূল প্লটের সাথে সঙ্গতিপূর্ণ।
বোড: প্রকৃত পরিমাপ ফলাফলের বিপরীতে ফিটিং প্লট