Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Electrochemical phase diagrams 1 Authors: Honorata Kazimierczak Piotr Bobrowski Grażyna Kulesza Jagoda Poplewska Marta Gajewska Katarzyna Stan Interdyscyplinarne.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Electrochemical phase diagrams 1 Authors: Honorata Kazimierczak Piotr Bobrowski Grażyna Kulesza Jagoda Poplewska Marta Gajewska Katarzyna Stan Interdyscyplinarne."— Zapis prezentacji:

1 Electrochemical phase diagrams 1 Authors: Honorata Kazimierczak Piotr Bobrowski Grażyna Kulesza Jagoda Poplewska Marta Gajewska Katarzyna Stan Interdyscyplinarne studia doktoranckie z zakresu inżynierii materiałowej z wykładowym językiem angielskim

2 Electrochemical phase diagrams Introduction Background Construction of electrochemical phase diagrams Pourbaix diagrams (passivation, immunity, corrosion areas) Pourbaix diagram for Zn-H 2 O Pourbaix diagram for Sn-H 2 O 2 Interdyscyplinarne studia doktoranckie z zakresu inżynierii materiałowej z wykładowym językiem angielskim

3 Invented in 1930s by Marcel Pourbaix (Belgian) Electrochemical phase diagram aka: Pourbaix diagram, E-pH diagram, potential –pH diagram, Is a graphical presentation of the thermodynamic equilibrium states of a metal – electrolyte system. Introduction 3 Interdyscyplinarne studia doktoranckie z zakresu inżynierii materiałowej z wykładowym językiem angielskim

4 Pourbaix diagrams: - predicts the spontaneous direction of reactions; - estimates the composition of corrosion products; - predicts enviromental changes that wil prevent or reduce corrosion attack Pourbaix diagrams are use in the fields of: corrosion (their original purpose), electrochemistry extractive metallurgy, enviromental engineering, geochemistry. Introduction 4 Interdyscyplinarne studia doktoranckie z zakresu inżynierii materiałowej z wykładowym językiem angielskim

5 Corrosion is nonequilibrium process! Pourbaix diagrams (E-pH diagram) Introduction Pourbaix diagram gives no information about the kinetics of the corrosion process! 5 Interdyscyplinarne studia doktoranckie z zakresu inżynierii materiałowej z wykładowym językiem angielskim

6 Background The electrode potential,E The electrode potential, E, of a metal refers to the potential difference measured (in volts) between a metal electrode and a reference electrode. The equilibrium potential E 0 describes the electrode potential when the components of the reaction are in equilibrium. The standard (normal) potential E 0 is the equilibrium potential of an electrode reaction when all components are in their standard states, measured against the standard hydrogen electrode (SHE). 6 Interdyscyplinarne studia doktoranckie z zakresu inżynierii materiałowej z wykładowym językiem angielskim

7 Standard potentials at 298 K 7

8 Background The electrode potential,E The electrode potential, E, of a metal refers to the potential difference measured (in volts) between a metal electrode and a reference electrode. The equilibrium potential E 0 describes the electrode potential when the components of the reaction are in equilibrium. The standard (normal) potential E 0 is the equilibrium potential of an electrode reaction when all components are in their standard states, measured against the standard hydrogen electrode (SHE). 8 Interdyscyplinarne studia doktoranckie z zakresu inżynierii materiałowej z wykładowym językiem angielskim

9 Background At equilibrium, the chemical driving force for an electrochemical reaction, ΔG is equal to the electrical driving force, E 0. The measured potential for an electrochemical reaction is directly proportional to its free energy change. ΔG = -nF E 0 Where: n – the number of moles of electrons involved in the reaction F - the Faraday constant ( C per mole of electrons) Under standard conditions: ΔG 0 = -zF E 0 9 Interdyscyplinarne studia doktoranckie z zakresu inżynierii materiałowej z wykładowym językiem angielskim

10 Background 10 Interdyscyplinarne studia doktoranckie z zakresu inżynierii materiałowej z wykładowym językiem angielskim

11 Background where: E 0 – standard (normal) electrode potential R – the universal gas constant (8,3145 JK -1 mol -1 ) T- the absolute temperature n – the number of moles of electrons involved in the reaction F - the Faraday constant ( C per mole of electrons) a X –the activity of oxidised species a Y –the activity of reduced species The Nernst equation: where: f – activity coefficient c – concentration The equilibrium potential (E 0 ) 11 Interdyscyplinarne studia doktoranckie z zakresu inżynierii materiałowej z wykładowym językiem angielskim

12 Background The Nernst equation: The equilibrium potential (E 0 ) When it is a pure metal in solution containing its ion (at standard conditions): 12 Interdyscyplinarne studia doktoranckie z zakresu inżynierii materiałowej z wykładowym językiem angielskim

13 Construction of a Pourbaix diagram 13 Interdyscyplinarne studia doktoranckie z zakresu inżynierii materiałowej z wykładowym językiem angielskim

14 Construction of a Pourbaix diagram Water equilibria In pure water there are two possible catodic reactions : Oxygene dissolved in water is in equilibrium with water. E 0 =1,223 – 0,0591pH Water is in equilibrium with gaseous hydrogen. E 0 = – 0,0591pH 14 Interdyscyplinarne studia doktoranckie z zakresu inżynierii materiałowej z wykładowym językiem angielskim

15 Construction of a Pourbaix diagram Water equilibria In pure water there are two possible catodic reactions : Oxygene dissolved in water is in equilibrium with water. E 0 =1,223 – 0,0591pH Water is in equilibrium with gaseous hydrogen. E 0 = – 0,0591pH 15 Interdyscyplinarne studia doktoranckie z zakresu inżynierii materiałowej z wykładowym językiem angielskim

16 Construction of a Pourbaix diagram Water equilibria In pure water there are two possible catodic reactions : Oxygene dissolved in water is in equilibrium with water. E 0 =1,223 – 0,0591pH Water is in equilibrium with gaseous hydrogen. E 0 = – 0,0591pH 16 Interdyscyplinarne studia doktoranckie z zakresu inżynierii materiałowej z wykładowym językiem angielskim

17 Construction of a Pourbaix diagram Water equilibria In pure water there are two possible catodic reactions : Oxygene dissolved in water is in equilibrium with water. E 0 =1,223 – 0,0591pH Water is in equilibrium with gaseous hydrogen. E 0 = – 0,0591pH 17 Interdyscyplinarne studia doktoranckie z zakresu inżynierii materiałowej z wykładowym językiem angielskim

18 Construction of a Pourbaix diagram Water equilibria The lines representing these reactions have the same positions on all Pourbaix diagrams. 18 Interdyscyplinarne studia doktoranckie z zakresu inżynierii materiałowej z wykładowym językiem angielskim

19 Construction of a Pourbaix diagram Metal equilibria There are four stable oxidation products of Zn: Zn 2+ Zn(OH) 2 HZnO 2 - ZnO Pourbaix diagram for Zn-H 2 O 19 Interdyscyplinarne studia doktoranckie z zakresu inżynierii materiałowej z wykładowym językiem angielskim

20 Construction of a Pourbaix diagram Metal equilibria Pourbaix diagram for Zn-H 2 O 20 Interdyscyplinarne studia doktoranckie z zakresu inżynierii materiałowej z wykładowym językiem angielskim

21 Construction of a Pourbaix diagram Metal equilibria Pourbaix diagram for Zn-H 2 O 21 Interdyscyplinarne studia doktoranckie z zakresu inżynierii materiałowej z wykładowym językiem angielskim

22 Construction of a Pourbaix diagram Metal equilibria Pourbaix diagram for Zn-H 2 O 22 Interdyscyplinarne studia doktoranckie z zakresu inżynierii materiałowej z wykładowym językiem angielskim

23 Construction of a Pourbaix diagram Metal equilibria Pourbaix diagram for Zn-H 2 O 23 Interdyscyplinarne studia doktoranckie z zakresu inżynierii materiałowej z wykładowym językiem angielskim

24 Construction of a Pourbaix diagram Metal equilibria Pourbaix diagram for Zn-H 2 O The values of concentration of species in this particular diagram is mol dm Interdyscyplinarne studia doktoranckie z zakresu inżynierii materiałowej z wykładowym językiem angielskim

25 Construction of a Pourbaix diagram Metal equilibria Pourbaix diagram for Zn-H 2 O 25 Interdyscyplinarne studia doktoranckie z zakresu inżynierii materiałowej z wykładowym językiem angielskim

26 Construction of a Pourbaix diagram Metal Stability Pourbaix diagram for Zn-H 2 O 26 Interdyscyplinarne studia doktoranckie z zakresu inżynierii materiałowej z wykładowym językiem angielskim

27 Construction of a Pourbaix diagram Oxidised Species Stability Pourbaix diagram for Zn-H 2 O 27 Interdyscyplinarne studia doktoranckie z zakresu inżynierii materiałowej z wykładowym językiem angielskim

28 Construction of a Pourbaix diagram Oxidised Species Stability Pourbaix diagram for Zn-H 2 O 28 Interdyscyplinarne studia doktoranckie z zakresu inżynierii materiałowej z wykładowym językiem angielskim

29 Construction of a Pourbaix diagram Oxidised Species Stability Pourbaix diagram for Zn-H 2 O 29 Interdyscyplinarne studia doktoranckie z zakresu inżynierii materiałowej z wykładowym językiem angielskim

30 Construction of a Pourbaix diagram Oxidised Species Stability Pourbaix diagram for Zn-H 2 O 30 Interdyscyplinarne studia doktoranckie z zakresu inżynierii materiałowej z wykładowym językiem angielskim

31 Construction of a Pourbaix diagram Oxidised Species Stability Pourbaix diagram for Zn-H 2 O 31 Interdyscyplinarne studia doktoranckie z zakresu inżynierii materiałowej z wykładowym językiem angielskim

32 Pourbaix diagrams (passivation, immunity, corrosion areas) Metal Behaviour Pourbaix diagram for Zn-H 2 O 32 Interdyscyplinarne studia doktoranckie z zakresu inżynierii materiałowej z wykładowym językiem angielskim

33 Pourbaix diagrams (passivation, immunity, corrosion areas) Pourbaix diagram for Sn-H 2 O Fig.A. Potential-pH equilibrium diagram for the system tin-water, at 25°C. (Considering the anhydrous oxides SnO and SnO 2.) Fig.B. Potential-pH equilibrium diagram for the system tin-water, at 25°C. (Considering the hydroxides Sn(OH) 2 and Sn(OH) 4 ) 33 Interdyscyplinarne studia doktoranckie z zakresu inżynierii materiałowej z wykładowym językiem angielskim

34 Pourbaix diagrams (passivation, immunity, corrosion areas) Pourbaix diagram for Sn-H 2 O These figures are valid only in the absence of substances with which tin can form soluble complexes or insoluble compounds. (Divalent tin forms the following complexes: SnCl 3 +, SnCl 5 -,SnCl 4 2- and very stable oxalic complexes; tetravalent tin forms SnCl 2 2+, SnCl 5 -,SnCl 6 2- oxalic, hydrofluoric and sulphydric complexes) 34 Interdyscyplinarne studia doktoranckie z zakresu inżynierii materiałowej z wykładowym językiem angielskim

35 Pourbaix diagrams (passivation, immunity, corrosion areas) Pourbaix diagram for Sn-H 2 O Fig.A. Potential-pH equilibrium diagram for the system tin-water, at 25°C. (Considering the anhydrous oxides SnO and SnO 2.) Fig.B. Potential-pH equilibrium diagram for the system tin-water, at 25°C. (Considering the hydroxides Sn(OH) 2 and Sn(OH) 4 ) 35 Interdyscyplinarne studia doktoranckie z zakresu inżynierii materiałowej z wykładowym językiem angielskim

36 Pourbaix diagrams (passivation, immunity, corrosion areas) Pourbaix diagram for Sn-H 2 O Fig.A. Potential-pH equilibrium diagram for the system tin-water, at 25°C. (Considering the anhydrous oxides SnO and SnO 2.) Fig.C. Theoretical conditions of corrosion, immunity and passivation of tin, at 25°C 36 Interdyscyplinarne studia doktoranckie z zakresu inżynierii materiałowej z wykładowym językiem angielskim

37 37 Some limitations of Pourbaix diagrams include: No information on corrosion kinetics is provided by these thermodynamically derived diagrams. The diagrams are derived for specific temperature and pressure conditions. The diagrams are derived for selected concentrations of ionic species (10 -6 M for the above diagram). Most diagrams consider pure substances only - for example the above diagram applies to pure water and pure tin only. Additional computations must be made if other species are involved. In areas where a Pourbaix diagram shows oxides to be thermodynamically stable, these oxides are not necessarily of a protective (passivating) nature. Interdyscyplinarne studia doktoranckie z zakresu inżynierii materiałowej z wykładowym językiem angielskim

38 References: 1.http://www.doitpoms.ac.uk/tlplib/pourbaix/index.php;http://www.doitpoms.ac.uk/tlplib/pourbaix/index.php Understanding solids: the science of materials R. J. D. Tilley, John Wiley & Sons, Revised pourbaix diagrams for zinc at °C B.Beverkog, I.Puigdomenech, Corrosion Science, Vol.39. No1 38 Interdyscyplinarne studia doktoranckie z zakresu inżynierii materiałowej z wykładowym językiem angielskim

39 39 Interdyscyplinarne studia doktoranckie z zakresu inżynierii materiałowej z wykładowym językiem angielskim Pourbaix diagram for Ni-H 2 O system

40 40 Interdyscyplinarne studia doktoranckie z zakresu inżynierii materiałowej z wykładowym językiem angielskim Reactions considered 0 +2: Ni+H 2 O NiO + 2H + + 2e /3: 3NiO + H 2 O Ni 3 O 4 + 2H + + 2e : 2NiO + H 2 O Ni 2 O 3 + 2H + + 2e /3 +3: 2Ni 3 O 4 +H 2 O 3Ni 2 O 3 + 2H + + 2e : Ni 2 O 3 +H 2 O 2NiO 2 +2H + +2e - Ni ++ + H 2 O NiO + 2H + NiO + H 2 O HNiO H + Ni Ni ++ +2e - Ni + 2H 2 O+ HNiO H + + 2e - 3Ni H 2 O Ni 3 O 4 + 8H + + 2e - 3HNiO H + Ni 3 O 4 + 2H 2 O + 2e - 2Ni H 2 O Ni 2 O 3 + 6H + + 2e - Ni H 2 O NiO 2 + 4H + + 2e -

41 41 Interdyscyplinarne studia doktoranckie z zakresu inżynierii materiałowej z wykładowym językiem angielskim Potential-pH diagram for Ni-H 2 25 O C

42 42 Interdyscyplinarne studia doktoranckie z zakresu inżynierii materiałowej z wykładowym językiem angielskim Theoretical domains of corrosion, immunity and 25 O C

43 43 Interdyscyplinarne studia doktoranckie z zakresu inżynierii materiałowej z wykładowym językiem angielskim Propable experimental conditions of corrosion, immunity and 25 O C

44 44 Interdyscyplinarne studia doktoranckie z zakresu inżynierii materiałowej z wykładowym językiem angielskim Electrochemical phase diagrams SILICON

45 45 Interdyscyplinarne studia doktoranckie z zakresu inżynierii materiałowej z wykładowym językiem angielskim Construction of a Pourbaix diagram Metal equilibria Stable oxidation products of Si: SiO 2 H 2 SiO 3 HSiO 3 - SiO 3 2- SiH 4 Pourbaix diagram for Si-H 2 O

46 46 Interdyscyplinarne studia doktoranckie z zakresu inżynierii materiałowej z wykładowym językiem angielskim Construction of a Pourbaix diagram Metal equilibria a)2H + + 2e - = H 2 E 0 = - 0,0591pH b)O 2 + 4H + + 4e - = 2H 2 O E 0 =1, ,0591pH Pourbaix diagram for Si-H 2 O

47 47 Interdyscyplinarne studia doktoranckie z zakresu inżynierii materiałowej z wykładowym językiem angielskim Construction of a Pourbaix diagram Metal equilibria 1) H 2 SiO 3 = HSiO H + 2) HSiO 3- = SiO H + 1) H 2 SiO 3 / HSiO 3 - pH= ) HSiO 3 - / SiO 3 2- pH= ) Si + 2H 2 O = SiO 2 + 4H + + 4e - E 0 = pH Pourbaix diagram for Si-H 2 O

48 48 Interdyscyplinarne studia doktoranckie z zakresu inżynierii materiałowej z wykładowym językiem angielskim Construction of a Pourbaix diagram Metal equilibria 4) SiO 2 + H 2 O = H 2 SiO 3 5) SiO 2 + H 2 O = HSiO H + 6) SiO 2 + H 2 O = SiO H + 7) Si + 3H 2 O = H 2 SiO 3 + 4H + + 4e - E 0 = pH log (H 2 SiO 3 ) 8) Si + 3H 2 O = HSiO H + + 4e - E 0 = pH log (HSiO 3 - ) 9) Si + 3H 2 O = SiO H + + 4e - E 0 = pH log (SiO ) Pourbaix diagram for Si-H 2 O

49 49 Interdyscyplinarne studia doktoranckie z zakresu inżynierii materiałowej z wykładowym językiem angielskim Construction of a Pourbaix diagram Metal equilibria 10) SiH 4 + 3H 2 0 = H 2 SiO 3 + 8H + + 8e - E 0 = pH log 11) SiH 4 + 3H 2 0 = HSiO H + + 8e - E 0 = pH log 12) SiH 4 + 3H 2 0 = SiO H + + 8e - E 0 = pH log 13) SiH 4 = Si + 4H + + 4e - E 0 = pH log p SiH 4 14) SiH 4 + 2H 2 0 = SiO 2 + 8H + + 8e - E 0 = pH log p SiH 4 Pourbaix diagram for Si-H 2 O

50 50 Interdyscyplinarne studia doktoranckie z zakresu inżynierii materiałowej z wykładowym językiem angielskim Pourbaix diagram for Si-H 2 O Pourbaix diagrams (passivation, immunity, corrosion areas)

51 51 Interdyscyplinarne studia doktoranckie z zakresu inżynierii materiałowej z wykładowym językiem angielskim Pourbaix diagrams (passivation, immunity, corrosion areas) Pourbaix diagram for Sn-H 2 O Fig.A. Potential-pH equilibrium diagram for the system tin-water, at 25°C. (Considering the anhydrous oxides SnO and SnO 2.) Fig.C. Theoretical conditions of corrosion, immunity and passivation of tin, at 25°C

52 52 Interdyscyplinarne studia doktoranckie z zakresu inżynierii materiałowej z wykładowym językiem angielskim References: 1.J. Van Muylder, J. Bsson, W. Kunz, M. Pourbaix, Silicon, Extract fron the Rapport CEFA/R.7 of the Commission des Etudes Fondamentals et Applications of CEBELCOR (October 1958)

53 53 Interdyscyplinarne studia doktoranckie z zakresu inżynierii materiałowej z wykładowym językiem angielskim Pourbaix diagram for Al-H 2 O system

54 54 Interdyscyplinarne studia doktoranckie z zakresu inżynierii materiałowej z wykładowym językiem angielskim Vertical lines – separate species that are in acid/alkali equilibrium Non-vertical lines – separate species at redox equilibrium where: horizontal lines separate redox equilibrium species not involving hydrogen or hydroxide ions diagonal lines separate redox equilibrium species involving hydrogen or hydroxide ions Dashed lines enclose the practical region of stability of the aqueous solvent to oxidation or reduction i.e. the region of interest in aqueous systems Pourbaix diagram for Aluminium

55 55 Interdyscyplinarne studia doktoranckie z zakresu inżynierii materiałowej z wykładowym językiem angielskim Possible reactions in the Al- H 2 O system Pourbaix diagram for Aluminium Four species containing the aluminum element are considered: two solid species (Al and Al 2 O 3.H 2 O) two ionic species (Al 3+ and AlO 2 - )

56 56 Interdyscyplinarne studia doktoranckie z zakresu inżynierii materiałowej z wykładowym językiem angielskim the activities of all species considered were set at value unity Pourbaix diagram for Aluminium E-pH diagram of solid species of aluminum when the soluble species are at one molar concentration (25 o C)

57 57 Interdyscyplinarne studia doktoranckie z zakresu inżynierii materiałowej z wykładowym językiem angielskim The figure illustrates the results that were computed by setting the concentrations of soluble species at decreasing values of one (10 0 ), one hundredth (10 -2 ), one in ten thousand (10 -4 ), and one in a million (10 -6 ). Pourbaix diagram for Aluminium E-pH diagram of aluminum with four concentrations of soluble species (25 o C)

58 58 Interdyscyplinarne studia doktoranckie z zakresu inżynierii materiałowej z wykładowym językiem angielskim It is customary to use the lowest boundary (10 -6 ) as a practical indication of the corrosion stability of a metal and its solid products Pourbaix diagram for Aluminium E-pH corrosion diagram of aluminum at 25 o C 3 regions: – corrosion – passivation – immunity If the potential is sufficiently low – aluminium itself is immune to corrosion

59 59 Interdyscyplinarne studia doktoranckie z zakresu inżynierii materiałowej z wykładowym językiem angielskim Potential-pH equilibrium diagram for the system aluminium-water, at 25°C Pourbaix diagram for Aluminium if pH < 4 - Al +++ stable if pH > Al 2 O 2 - stable if 4 < pH < Al 2 O 3 stable and thus protects the metal

60 60 Interdyscyplinarne studia doktoranckie z zakresu inżynierii materiałowej z wykładowym językiem angielskim Selective matrix dissolution in an Al.-Si eutectic

61 61 Interdyscyplinarne studia doktoranckie z zakresu inżynierii materiałowej z wykładowym językiem angielskim Al – Si phase diagram

62 62 Interdyscyplinarne studia doktoranckie z zakresu inżynierii materiałowej z wykładowym językiem angielskim Al – Si phase diagram Problem: Controlled homogeneous removal of the Al matrix in a directionally solidied (ds) Al–Si eutectic alloy Problem: Controlled homogeneous removal of the Al matrix in a directionally solidied (ds) Al–Si eutectic alloy

63 63 Interdyscyplinarne studia doktoranckie z zakresu inżynierii materiałowej z wykładowym językiem angielskim Combined Pourbaix diagram for Al and Si

64 64 Interdyscyplinarne studia doktoranckie z zakresu inżynierii materiałowej z wykładowym językiem angielskim Important: stability range is much narrower (if calcualating the reactions with millimolar or even micromolar concentrations) stability depends considerably on the nature of the ionic species (chloride containing electrolytes tend to pit the aluminium even at pH 6.0) Selective electrochemical dissolution

65 65 Interdyscyplinarne studia doktoranckie z zakresu inżynierii materiałowej z wykładowym językiem angielskim References: 1) S. Milenkovic, V. Dalbert, R. Marinkovic, A. W. Hassel, Corrosion Science 51 (2009) 1490 –1495

66 66 Interdyscyplinarne studia doktoranckie z zakresu inżynierii materiałowej z wykładowym językiem angielskim Effect of alkaline cleaning and activation on aluminum alloy 7075-T6

67 67 Interdyscyplinarne studia doktoranckie z zakresu inżynierii materiałowej z wykładowym językiem angielskim rich in Al 2 O 3 Aluminum alloy 7075 –T6 Oxide layer rich in MgO Aluminum alloy 7075 –T6 Mg 2.5 wt%

68 68 Interdyscyplinarne studia doktoranckie z zakresu inżynierii materiałowej z wykładowym językiem angielskim To deposit coaiting (cerium-based) for corrosion resistance. Aim Steps Cleaning alloy surface (by acidic or alkaline solution) to remove organic contaminats, native surface oxides, and/or corrosion products to ensure proper bonding of the coatings to the substrates, by using alkaline or acid solutions. Predict the effect of solutions on the stability of the oxide surface –using E-pH diagrams. Prediction evaluation by experimental mesurements (AES depth profiling analysis) s

69 69 Interdyscyplinarne studia doktoranckie z zakresu inżynierii materiałowej z wykładowym językiem angielskim 2) Activation by immersion in one of three different alkaline solutions at room temperature: (a) 20 s in a solution containing 1 wt%NaOH in deionized water (pH of the solution 12.9), (b) 20 s in a solution containing 2 wt% NaOH in deionized water (pH of the solution 13.1), (c) 30 s in an aqueous solution containing 5wt% Na 2 CO 3 ·H 2 O in deionized water (pH of the solution 11.5), 3) Coating the surface 1) Degreasing - 5 min at 55° C in alkaline solution ( pH 9.1) Steps Surface preparation

70 70 Interdyscyplinarne studia doktoranckie z zakresu inżynierii materiałowej z wykładowym językiem angielskim Aluminum is stable in the pH range 4–11.5. Below pH 4, aluminum dissolves as Al 3+ ions, while above pH of 11.5, aluminum dissolves in the form of aluminate (AlO 2 ) ions. Mg(OH) 2 is stable at pH values greater than 11.5, but dissolves as Mg 2+ at lower pH values. Based on the diagram, aluminum should form a stable, protective oxide when the pH value is between 4 and 11.5, but should dissolve or corrode at higher or lower values. In contrast, magnesium dissolves at pH values below 11.5, but is protected by Mg(OH) 2 at higher pH values. FactStage software ver. 5

71 71 Interdyscyplinarne studia doktoranckie z zakresu inżynierii materiałowej z wykładowym językiem angielskim Effect of the presence of carbonate ions (CO 3 0.6M) on stability of magnesium and aluminum species Carbonate ions do not affect the stability of aluminum species. In contrast, the presence of CO 3 ions favors the formation of MgCO 3 at pH values from 9.5 up to 12.2 at potentials above approximately 0.5 V. The stable magnesium species was Mg(OH) 2 at higher pH values and potentials above approximately 0.6 V. At the lower pH values, magnesium should dissolve as MgHCO 3+ ions at higher solution potentials. At lower potentials Mg(C 2 H 3 O 2 ) + or Mg(C 2 O 4 ) 2 2 were the stable solution species. Hence, the addition of carbonate ions increases the pH range for stability of magnesium by forming a stable carbonate phase.

72 72 Interdyscyplinarne studia doktoranckie z zakresu inżynierii materiałowej z wykładowym językiem angielskim The pH of the degreasing solution was 9.1. The stable species for aluminum and magnesium are AlOOH and Mg 2+. During degreasing, magnesium on the surface should be converted to Mg 2+, but alumina should not be affected. Therefore, immersion in the degreasing solution should dissolve a magnesium-rich oxide, but not affect an aluminum-rich oxide. The pH values of the 1NaOH and 2NaOH solutions were both above At these higher pH values, the stable species should be Mg(OH)2 and aluminate ions. During surface activation in NaOH solutions, magnesium should be converted to stable Mg(OH)2 while aluminum should be dissolve as aluminate ions. The pH of 5Na 2 CO 3 is In the presence of carbonate ions at this pH, magnesium on the surface should be converted to stable MgCO 3, while aluminum should be dissolved as aluminate ions. While more complex than the effect of the degreasing solution, exposure of degreased surfaces to the alkaline activation solutions should dissolve aluminum species, but stabilize magnesium-species as Mg(OH) 2 or MgCO 3. Basing on the obtained E-pH diagram following information can be deraviated:

73 73 Interdyscyplinarne studia doktoranckie z zakresu inżynierii materiałowej z wykładowym językiem angielskim References: 1) S. Joshi, W. G. Fahrenholtz, M. J. OKeefe, Applied Surface Science 257 (2011) 1859–1863


Pobierz ppt "Electrochemical phase diagrams 1 Authors: Honorata Kazimierczak Piotr Bobrowski Grażyna Kulesza Jagoda Poplewska Marta Gajewska Katarzyna Stan Interdyscyplinarne."

Podobne prezentacje


Reklamy Google