Quantificazione dello spessore degli ossidi su leghe a base rame mediante spettroscopia di impedenza elettrochimica

Abstract

In molti casi in cui è necessario valutare lo spessore di una patina di corrosione, non è possibile effettuare un campionamento, sono necessari metodi di misura non invasivi. Durante il lavoro di tirocinio svolto abbiamo utilizzato la spettroscopia di impedenza elettrochimica (EIS), da cui è stato possibile ricavare un valore di capacità elettrica, e da essa lo spessore. Abbiamo ottenuto tre patine su substrati di rame elettrolitico: due di ossido di rame (Cu2O), e una di solfuro di rame (CuS). Su queste patine sono state prima effettuate misure di EIS, successivamente i prodotti di corrosione sono stati analizzati mediante microscopio elettronico a scansione (SEM) per determinarne lo spessore, osservando la sezione trasversale del campione. Dalle misure EIS si è potuto risalire alle capacità associate alle patine, che sono state poi messe in correlazione con gli spessori misurati tramite SEM, per ottenere i valori della costante dielettrica dei prodotti di corrosione. Ai valori misurati sono stati applicati fattori correttivi associati alla rugosità e alla porosità delle superfici. Abbiamo poi calcolato gli spessori teorici delle patine a partire dalle loro capacità e costanti dielettriche. Confrontando gli spessori teorici con quelli ottenuti sperimentalmente si nota che lo scostamento fra i due è costante, rendendo possibile determinare lo spessore di una patina a partire dalle misure di EIS.

When evaluating the thickness of a corrosion patina, sampling is often not viable, so non-invasive measurement methods are needed. For this reason, electrochemical impedence spectroscopy (EIS) presented itself as a viable method from which it was possible to obtain a measure of electrical capacity, allowing us to obtain the patina thickness. Three patinas were obtained on copper samples, two of which were copper oxide (Cu2O) and one, copper sulphide (CuS). EIS measurements were taken from the patinas first; Then, the corrosion products were analyzed with a scanning electron microscope (SEM) to determine the patina thickness from the cross section of the sample. From the EIS measurements, we obtained the capacity of the patinas and correlated them with the sample thickness to obtain the dielectric constant of the corrosion products. We applied correcting factors derived from the porosity and roughness of the surfaces to the measurements. The theoretical patina thickness was then calculated from the electric capacity and dielectric constants. Comparing the theoretical thickness with the experimental values allowed us to observe that the offset was constant, which then allowed us to take the thickness of a patina from the EIS measurements.