Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) on coated and uncoated metallic specimens

ISO 16773-4:2017 gives some typical examples of impedance spectra of polymer-coated and uncoated specimens (see Annex A). Some guidance on interpretation of such spectra is also given. Further examples of spectra of low-impedance systems (range from, e.g. 10 Ω to 1 000 Ω) are given in ISO/TR 16208 and in ASTM G106. ISO 16773‑2 gives guidelines for optimizing the collection of EIS data with focus on high-impedance systems.

Spectroscopie d'impédance électrochimique (SIE) sur des éprouvettes métalliques revêtues et non revêtues

ISO 16773-4:2017 fournit des exemples type de spectres d'impédance d'éprouvettes revętues de polymčres et non revętues (voir Annexe A). Des recommandations pour l'interprétation de ces spectres sont également fournies. Des exemples supplémentaires de spectres de systčmes ŕ faible impédance (dans la plage allant de 10 Ω ŕ 1 000 Ω) sont donnés dans l'ISO/TR 16208 et dans l'ASTM G106. L'ISO 16773‑2 fournit des lignes directrices pour l'optimisation du recueil des données de SIE en se focalisant en particulier sur les systčmes de haute impédance.

General Information

Status
Published
Publication Date
19-Mar-2017
Current Stage
6060 - International Standard published
Start Date
30-Dec-2016
Completion Date
20-Mar-2017
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ISO 16773-4:2017 - Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) on coated and uncoated metallic specimens
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ISO 16773-4:2017 - Spectroscopie d'impédance électrochimique (SIE) sur des éprouvettes métalliques revetues et non revetues
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Standards Content (sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 16773-4
Second edition
2017-03
Electrochemical impedance
spectroscopy (EIS) on coated and
uncoated metallic specimens —
Part 4:
Examples of spectra of polymer-coated
and uncoated specimens
Spectroscopie d’impédance électrochimique (SIE) sur des éprouvettes
métalliques revêtues et non revêtues —
Partie 4: Exemples de spectres d’éprouvettes revêtues de polymères et
non revêtues
Reference number
ISO 16773-4:2017(E)
ISO 2017
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ISO 16773-4:2017(E)
COPYRIGHT PROTECTED DOCUMENT
© ISO 2017, Published in Switzerland

All rights reserved. Unless otherwise specified, no part of this publication may be reproduced or utilized otherwise in any form

or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, or posting on the internet or an intranet, without prior

written permission. Permission can be requested from either ISO at the address below or ISO’s member body in the country of

the requester.
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ii © ISO 2017 – All rights reserved
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ISO 16773-4:2017(E)
Contents Page

Foreword ........................................................................................................................................................................................................................................iv

1 Scope ................................................................................................................................................................................................................................. 1

2 Normative references ...................................................................................................................................................................................... 1

3 Terms and definitions ..................................................................................................................................................................................... 1

4 Theoretical background ............................................................................................................................................................................... 1

4.1 Basic considerations .......................................................................................................................................................................... 1

4.2 Examples of models ............................................................................................................................................................................ 2

4.2.1 Purely capacitive coating .......................................................................................................................................... 2

4.2.2 Randles equivalent circuit ....................................................................................................................................... 3

4.2.3 Extended Randles equivalent circuit .............................................................................................................. 3

Annex A (informative) Examples .............................................................................................................................................................................. 5

Annex B (informative) Composition of concentrated artificial rain water ................................................................35

Bibliography .............................................................................................................................................................................................................................36

© ISO 2017 – All rights reserved iii
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ISO 16773-4:2017(E)
Foreword

ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards

bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out

through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical

committee has been established has the right to be represented on that committee. International

organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.

ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of

electrotechnical standardization.

The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are

described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular the different approval criteria needed for the

different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the

editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/ directives).

Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of

patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of

any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or

on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/ patents).

Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not

constitute an endorsement.

For an explanation on the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and

expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO’s adherence to the

World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT) see the following

URL: w w w . i s o .org/ iso/ foreword .html.

This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 35, Paints and varnishes, Subcommittee

SC 9, General test methods for paints and varnishes in collaboration with ISO/TC 156, Corrosion of metals

and alloys.

This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 16773-4:2009), which has been

technically revised with the following changes.

a) The introductory element of the title, Paints and varnishes, has been omitted, because the scope has

been broadened to include metals and alloys. The main element of the title has been changed to

Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) on coated and uncoated metallic specimens.

b) A reference to ISO/TR 16208 and ASTM G106 for examples of spectra for low-impedance systems

(range from, e.g. 10 Ω to 1 000 Ω) has been added.
c) Examples for uncoated specimens have been added.
A list of all parts in the ISO 16773 series can be found on the ISO website.
iv © ISO 2017 – All rights reserved
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 16773-4:2017(E)
Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) on coated
and uncoated metallic specimens —
Part 4:
Examples of spectra of polymer-coated and uncoated
specimens
1 Scope

This document gives some typical examples of impedance spectra of polymer-coated and uncoated

specimens (see Annex A). Some guidance on interpretation of such spectra is also given. Further

examples of spectra of low-impedance systems (range from, e.g. 10 Ω to 1 000 Ω) are given in

ISO/TR 16208 and in ASTM G106. ISO 16773-2 gives guidelines for optimizing the collection of EIS data

with focus on high-impedance systems.
2 Normative references

The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content

constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For

undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.

ISO 16773-1, Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) on coated and uncoated metallic specimens —

Part 1: Terms and definitions
3 Terms and definitions

For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 16773-1 apply.

ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:

— IEC Electropedia: available at http:// www .electropedia .org/
— ISO Online browsing platform: available at http:// www .iso .org/ obp/
4 Theoretical background
4.1 Basic considerations

A basic introduction to electrochemical impedance spectroscopy, especially in connection with

corrosion, is given in ASTM G106.

It is not intended to limit the interpretation of EIS measurements to the models given below. Other

interpretations may be valid. The choice of the proper model requires other experimental and

theoretical considerations to be taken into account.
© ISO 2017 – All rights reserved 1
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ISO 16773-4:2017(E)
4.2 Examples of models
4.2.1 Purely capacitive coating

A metal covered with an undamaged coating generally has a very high impedance. The equivalent

circuit for such a situation is shown in Figure 1.
Figure 1 — Equivalent circuit for a purely capacitive coating

The model includes a resistor representing the resistance R , of the solution and, connected in series

with it, a capacitor representing the capacitance C , of the coating.

In practice, the resistance of a perfect coating can often not be seen in the given frequency range. Any

deviation from the graph given in the Bode plot in Figure 2 indicates either a modified model or the

input limits of the impedance device (see ISO 16773-2:2016, Annex A).
Key
X1 frequency, f, in Hz X2 frequency, f, in Hz
Y1 impedance, Z, in Ω Y2 phase angle, φ, in degrees
Figure 2 — Bode plot for a perfect coating
2 © ISO 2017 – All rights reserved
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ISO 16773-4:2017(E)
4.2.2 Randles equivalent circuit

The Randles equivalent circuit includes the resistance of the solution R , the capacitance of the coating

C and the ohmic resistance of the coating R , as shown in Figure 3.
c c
Figure 3 — Randles equivalent circuit
The Bode plot for a Randles equivalent circuit is shown in Figure 4.
Key
X logf (f in Hz)
Y1 log|Z| (Z in Ω)
Y2 |φ| (degrees)
1 impedance, Z
2 phase angle, φ
Figure 4 — Bode plot for a Randles equivalent circuit
4.2.3 Extended Randles equivalent circuit

Quite often, fitting experimental data to the model shown in Figure 3 results in systematic errors. In such

cases, the literature shows that it is possible to use the model shown in Figure 5 to obtain a better fit.

© ISO 2017 – All rights reserved 3
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ISO 16773-4:2017(E)
Figure 5 — Extended Randles equivalent circuit

NOTE This model is not necessarily the most appropriate and other models are not excluded.

In most cases of high-impedance coatings, R and C are the charge-transfer resistance R and double-

B B ct

layer capacitance C , respectively, in the extended Randles circuit corresponding to properties of the

coating rather than to corrosion processes in the underlying metal.

The Bode plot shown in Figure 6 clearly shows the additional contribution of these two added elements.

Again, the Bode plot does not go high enough in frequency to measure the solution resistance. In

practice, this is not a problem because the solution resistance is a property of the test solution and the

test cell geometry and not a property of the coating.
Key
X logf (f in Hz)
Y1 log|Z| (Z in Ω)
Y2 |φ| (degrees)
1 impedance, Z
2 phase angle, φ
Figure 6 — Bode plot for an extended Randles equivalent circuit
4 © ISO 2017 – All rights reserved
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ISO 16773-4:2017(E)
Annex A
(informative)
Examples
A.1 General

This annex contains a collection of spectra obtained from materials described briefly in the relevant

clause. The examples were obtained from various laboratories using a range of different equipment and

materials.

This collection of spectra is not intended to imply that all the materials mentioned necessarily give

spectra similar to those shown or that the spectra given here are free of experimental errors. The

collection does not represent the complete range of coating materials.
A.2 Example 1

This example shows how a smaller than usual thickness of a high-build coating material can be used to

investigate the influence of immersion time on EIS measurements (see Figure A.1).

Details: Two-component epoxy coating, typically used for (maritime) steel constructions, above

and below the water level. Airless spray application. Dry film thickness (DFT) recommended by the

manufacturer: 1 000 µm to 3 000 µm.

Measurements were performed on one coat on steel, DFT 200 µm, on an area of 10 cm at 21 °C using

concentrated artificial rainwater (see Annex B). A vertical three-electrode setup, with a saturated

Ag/AgCl reference electrode, was used. Spectra were recorded after defined periods of immersion.

© ISO 2017 – All rights reserved 5
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ISO 16773-4:2017(E)
Key
X frequency, f, in Hz
Y1 modulus of the impedance, |Z|, in Ω⋅cm
Y2 modulus of the phase angle, |φ|, in degrees
t = 0 h
t = 2 h
t = 24 h
t = 168 h
t = 504 h

Figure A.1 — Bode plot for a high-build coating material under immersion conditions

A.3 Example 2

This example concerns a surface-tolerant coating material which does not require the same amount of

surface pretreatment as that in Example 1 (see Figure A.2). Usually, de-rusting with mechanical tools is

used rather than grit blasting.

Details: Surface-tolerant two-component epoxy coating for (maritime) steel constructions, above and

below the water level, can be applied on corroded steel, grit-blasted steel and old (undamaged) paint

coatings. Application by airless spray, conventional spray, brushing or rolling. DFT recommended by the

manufacturer: 100 µm to 200 µm.

Measurements were performed on one coat on steel, DFT 250 µm, on an area of 10 cm at 21 °C using

concentrated artificial rainwater (see Annex B). A vertical three-electrode setup, with a saturated

Ag/AgCl reference electrode, was used. Spectra were recorded after defined periods of immersion.

6 © ISO 2017 – All rights reserved
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ISO 16773-4:2017(E)
Key
X frequency, f, in Hz
Y1 modulus of the impedance, |Z|, in Ω⋅cm
Y2 modulus of the phase angle, |φ|, in degrees
t = 0 h
t = 2 h
t = 24 h
t = 168 h
t = 504 h

Figure A.2 — Bode plot for a surface-tolerant coating material under immersion conditions

A.4 Example 3

This example represents a high-build, solvent-free coating material with high abrasion resistance,

applied as a single coat (see Figure A.3).

Details: Solvent-free two-component epoxy coating for grit-blasted metals, concrete and fibreglass in

aggressive environments. High abrasion resistance and corrosion protection. Application by airless

spray or brush. DFT recommended by the manufacturer: 500 µm to 1 000 µm as one coat.

Measurements were performed on one coat on steel, DFT 230 µm, on an area of 10 cm at 21 °C using

concentrated artificial rainwater (see Annex B). A vertical three-electrode setup, with a saturated

Ag/AgCl reference electrode, was used. Spectra were recorded after defined periods of immersion.

© ISO 2017 – All rights reserved 7
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ISO 16773-4:2017(E)
Key
X frequency, f, in Hz
Y1 modulus of the impedance, |Z|, in Ω⋅cm
Y2 modulus of the phase angle, |φ|, in degrees
t = 0 h
t = 2 h
t = 24 h
t = 168 h
t = 504 h

Figure A.3 — Bode plot for a solvent-free coating material under immersion conditions

A.5 Example 4

This example concerns a representative powder coating applied by spray on aluminium (see Figure A.4).

The quite large measurement area of 16,5 cm allowed a three-electrode setup to be used, but the

open-circuit potential was not delivered with the spectra. The discontinuities in the phase-angle plot

are due to potentiostat current range changes combined with the low capacitance of the system being

examined, indicating incorrect setting of the measurement device.

Details: Polyester powder coating material sprayed on chromatized aluminium frames as a single coat

with a DFT of (93 ± 3) µm. No ageing.

Measurements were performed at 25 °C in 3 g/l Na SO solution on an area of 16,5 cm . A three-

2 4

electrode setup, with an Ag/AgCl reference electrode, in a vertical plastic tube was used.

8 © ISO 2017 – All rights reserved
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ISO 16773-4:2017(E)
Key
X frequency, f, in Hz
Y1 modulus of the impedance, |Z|, in Ω⋅cm
Y2 modulus of the phase angle, |φ|, in degrees
Figure A.4 — Bode plot for a powder coating before ageing

The spectra shown in Figure A.5 were obtained after ageing through eight thermal cycles, the coating

remaining continuously in contact with the electrolyte.

One cycle consists of heating from 25 °C to 75 °C in 1 h, holding at 75 °C for 4 h and then cooling to room

temperature. The time between each cycle was about 24 h. The temperature during the measurements

was 25 °C.
© ISO 2017 – All rights reserved 9
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ISO 16773-4:2017(E)
Key
X frequency, f, in Hz
Y1 modulus of the impedance, |Z|, in Ω⋅cm
Y2 modulus of the phase angle, |φ|, in degrees
Figure A.5 — Bode plot for a powder coating after ageing
A.6 Example 5

Packaging materials are frequently coated with thin, unpigmented “clear coats”. The spectra of a

coating of this type were measured after chemical attack by citric acid and sorbic acid (see Figure A.6).

Such thin coatings do not give high impedance values, but they give relatively high capacitance values.

The phase angle plot indicates measurement anomalies in the high-frequency range. These anomalies

can be attributed to non-steady state conditions, insufficient shielding (Faraday cage and/or cables) or

shielding by the reference electrode.

Details: Epoxy-phenolic lacquer coating typical of that used for packaging. Two coats applied on tin-

plated steel by roller and stoved at 220 °C for 20 min. Total DFT: 7 µm to 8 µm.

Before measurement, the sample was immersed for 2 d at 25 °C in an electrolyte containing 5 g of citric

acid per litre and 200 mg of sorbic acid per litre. Measurements were performed on an area of 105 cm .

A vertical three-electrode setup, with a calomel reference electrode, was used.
10 © ISO 2017 – All rights reserved
---------------------- Page: 14 ----------------------
ISO 16773-4:2017(E)
Key
X frequency, f, in Hz
Y1 modulus of the impedance, |Z|, in Ω⋅cm
Y2 modulus of the phase angle, |φ|, in degrees

Figure A.6 — Bode plot for a thin lacquer coating, as used in the packaging industry, after

chemical ageing
A.7 Example 6
Temperature has an
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 16773-4
Deuxième édition
2017-03
Spectroscopie d’impédance
électrochimique (SIE) sur des
éprouvettes métalliques revêtues et
non revêtues —
Partie 4:
Exemples de spectres d’éprouvettes
revêtues de polymères et non revêtues
Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) on coated and
uncoated metallic specimens —
Part 4: Examples of spectra of polymer-coated and uncoated
specimens
Numéro de référence
ISO 16773-4:2017(F)
ISO 2017
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ISO 16773-4:2017(F)
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
© ISO 2017, Publié en Suisse

Droits de reproduction réservés. Sauf indication contraire, aucune partie de cette publication ne peut être reproduite ni utilisée

sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie, l’affichage sur

l’internet ou sur un Intranet, sans autorisation écrite préalable. Les demandes d’autorisation peuvent être adressées à l’ISO à

l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
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ii © ISO 2017 – Tous droits réservés
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ISO 16773-4:2017(F)
Sommaire Page

Avant-propos ..............................................................................................................................................................................................................................iv

1 Domaine d’application ................................................................................................................................................................................... 1

2 Références normatives ................................................................................................................................................................................... 1

3 Termes et définitions ....................................................................................................................................................................................... 1

4 Bases théoriques .................................................................................................................................................................................................. 1

4.1 Considérations fondamentales ................................................................................................................................................. 1

4.2 Exemples de modèles ........................................................................................................................................................................ 2

4.2.1 Revêtement capacitif pur .......................................................................................................................................... 2

4.2.2 Circuit équivalent de Randles ............................................................................................................................... 3

4.2.3 Circuit équivalent de Randles étendu ............................................................................................................ 3

Annexe A (informative) Exemples ........................................................................................................................................................................... 5

Annexe B (informative) Composition de l’eau de pluie synthétique concentrée ................................................37

Bibliographie ...........................................................................................................................................................................................................................38

© ISO 2017 – Tous droits réservés iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 16773-4:2017(F)
Avant-propos

L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes

nationaux de normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est

en général confiée aux comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude

a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,

gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l’ISO participent également aux travaux.

L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui

concerne la normalisation électrotechnique.

Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont

décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents

critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été

rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www

.iso .org/ directives).

L’attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de

droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable

de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant

les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de

l’élaboration du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations de

brevets reçues par l’ISO (voir www .iso .org/ brevets).

Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données

pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un

engagement.

Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions

spécifiques de l’ISO liés à l’évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l’adhésion

de l’ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles

techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: w w w . i s o .org/ iso/ fr/ avant -propos .html

Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 35, Peintures et vernis, sous-comité

SC 9, Méthodes générales d’essais des peintures et vernis, en collaboration avec le comité technique

ISO/TC 156, Corrosion des métaux et alliages.

Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 16773-4:2009), qui a fait l’objet

d’une révision technique, avec les modifications suivantes.

a) L’élément introductif du titre, Peintures et vernis, a été omis car le domaine d’application a été élargi

pour inclure les métaux et les alliages. L’élément principal du titre a été modifié en Spectroscopie

d’impédance électrochimique (SIE) sur des éprouvettes métalliques revêtues et non revêtues.

b) Une référence à l’ISO/TR 16208 et à l’ASTM G106 a été ajoutée pour des exemples de spectres de

systèmes à faible impédance (dans la plage allant de 10 Ω à 1 000 Ω).
c) Des exemples ont été ajoutés pour les éprouvettes non revêtues.

Une liste de toutes les parties de la série ISO 16773 est disponible sur le site web de l’ISO.

iv © ISO 2017 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 4 ----------------------
NORME INTERNATIONALE ISO 16773-4:2017(F)
Spectroscopie d’impédance électrochimique (SIE) sur des
éprouvettes métalliques revêtues et non revêtues —
Partie 4:
Exemples de spectres d’éprouvettes revêtues de polymères
et non revêtues
1 Domaine d’application

Le présent document fournit des exemples type de spectres d’impédance d’éprouvettes revêtues de

polymères et non revêtues (voir Annexe A). Des recommandations pour l’interprétation de ces spectres

sont également fournies. Des exemples supplémentaires de spectres de systèmes à faible impédance

(dans la plage allant de 10 Ω à 1 000 Ω) sont donnés dans l’ISO/TR 16208 et dans l’ASTM G106.

L’ISO 16773-2 fournit des lignes directrices pour l’optimisation du recueil des données de SIE en se

focalisant en particulier sur les systèmes de haute impédance.
2 Références normatives

Les documents suivants cités dans le texte constituent, pour tout ou partie de leur contenu, des

exigences du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique. Pour les

références non datées, la dernière édition du document de référence s’applique (y compris les éventuels

amendements).

ISO 16773-1, Spectroscopie d’impédance électrochimique (SIE) sur des éprouvettes métalliques revêtues et

non revêtues — Partie 1: Termes et définitions
3 Termes et définitions

Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l’ISO 16773-1 s’appliquent.

L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en

normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse http:// www .electropedia .org/

— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse http:// www .iso .org/ obp/

4 Bases théoriques
4.1 Considérations fondamentales

Une introduction fondamentale à la spectroscopie d’impédance électrochimique (SIE), notamment

concernant la corrosion, est fournie dans l’ASTM G106.

L’intention n’est pas de limiter l’interprétation des mesurages de SIE aux modèles indiqués ci-après.

D’autres interprétations peuvent être justifiées. Le choix du modèle approprié nécessite d’autres

considérations expérimentales et théoriques.
© ISO 2017 – Tous droits réservés 1
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ISO 16773-4:2017(F)
4.2 Exemples de modèles
4.2.1 Revêtement capacitif pur

En règle générale, un métal recouvert d’un revêtement intact a une impédance très élevée. Le circuit

équivalent correspondant est représenté à la Figure 1.
Figure 1 — Circuit équivalent d’un revêtement capacitif pur

Ce modèle est composé d’une résistance représentant la résistance R de la solution et d’un condensateur

représentant la capacité C du revêtement, le tout monté en série.

En pratique, il arrive souvent que la résistance d’un revêtement parfait ne soit pas visible dans la plage

de fréquences indiquée. Tout écart par rapport au graphique donné dans le diagramme de Bode à la

Figure 2 provient soit d’un modèle modifié, soit des limites d’entrée du dispositif d’impédance (voir

l’ISO 16773-2:2016, Annexe A).
Légende
X1 fréquence f, en Hz X2 fréquence f, en Hz
Y1 impédance Z, en Ω Y2 angle de phase φ, en degrés
Figure 2 — Diagramme de Bode d’un revêtement parfait
2 © ISO 2017 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 6 ----------------------
ISO 16773-4:2017(F)
4.2.2 Circuit équivalent de Randles

Le circuit équivalent de Randles comprend la résistance R de la solution, la capacité du revêtement C

s r
et la résistance ohmique du revêtement R , comme illustré à la Figure 3.
Figure 3 — Circuit équivalent de Randles

Le diagramme de Bode d’un circuit équivalent de Randles est représenté à la Figure 4.

Légende
X logf (f en Hz)
Y1 log|Z| (Z en Ω)
Y2 |φ| (en degrés)
1 impédance Z
2 angle de phase φ
Figure 4 — Diagramme de Bode d’un circuit équivalent de Randles
4.2.3 Circuit équivalent de Randles étendu

Il est assez fréquent que les données expérimentales présentent des écarts systématiques par rapport

au modèle de la Figure 3. Dans ce cas, la littérature montre qu’il est possible d’utiliser le modèle illustré

à la Figure 5 pour obtenir une meilleure correspondance.
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Figure 5 — Circuit équivalent de Randles étendu

NOTE Ce modèle n’est pas nécessairement le plus adapté et d’autres modèles sont envisageables.

Pour les revêtements de haute impédance, dans la plupart des cas R et C sont respectivement la

B B

résistance au transfert de charge R et la capacité de la double couche C du circuit de Randles étendu

tc dc

et elles correspondent aux propriétés du revêtement plutôt qu’au processus de corrosion du métal

sous-jacent.

Le diagramme de Bode de la Figure 6 montre clairement la contribution apportée par ces deux éléments

supplémentaires. Cette fois encore, le diagramme de Bode ne va pas assez haut dans les fréquences pour

mesurer la résistance de la solution. Cela ne constitue pas un problème en pratique car la résistance

de la solution est une propriété de la solution d’essai et la géométrie des cellules d’essai et pas une

propriété du revêtement.
Légende
X logf (f en Hz)
Y1 log|Z| (Z en Ω)
Y2 |φ| (en degrés)
1 impédance Z
2 angle de phase φ
Figure 6 — Diagramme de Bode d’un circuit équivalent de Randles étendu
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Annexe A
(informative)
Exemples
A.1 Généralités

La présente annexe contient un ensemble de spectres obtenus à partir de matériaux décrits brièvement

dans l’article correspondant. Les exemples proviennent de plusieurs laboratoires utilisant une gamme

d’équipements et de matériaux différents.

Cet ensemble de spectres n’implique pas que tous les matériaux mentionnés présentent nécessairement

des spectres similaires ou que les spectres indiqués ici sont exempts d’erreurs expérimentales. Il n’est

pas représentatif d’un éventail complet de peintures.
A.2 Exemple 1

Cet exemple montre comment une épaisseur d’une peinture à haut extrait sec plus faible que celle

habituellement appliquée peut être utilisée pour étudier l’influence de la durée d’immersion sur les

mesurages de SIE (voir Figure A.1).

Détails: Peinture époxy à deux composants, habituellement utilisée dans les constructions (navales) en

acier, au-dessous et au-dessus du niveau de la mer. Application par pulvérisation sans air. Épaisseur de

feuil sec (EFS) selon les recommandations du fabricant: de 1 000 µm à 3 000 µm.

Les mesurages ont été effectués avec une couche de 200 µm EFS sur de l’acier, sur une surface de 10 cm ,

à une température de 21 °C, avec de l’eau de pluie synthétique concentrée (voir Annexe B). Un montage

à trois électrodes en position verticale, avec une électrode de référence Ag/AgCl saturée, a été utilisé.

Les spectres ont été enregistrés après des durées d’immersion définies.
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Légende
X fréquence f, en Hz
Y1 module d’impédance |Z|, en Ω⋅cm
Y2 module de l’angle de phase |φ|, en degrés
t = 0 h
t = 2 h
t = 24 h
t = 168 h
t = 504 h
Figure A.1 — Diagramme de Bode d’une peinture à haut extrait sec en immersion
A.3 Exemple 2

Cet exemple concerne une peinture «surface tolérante» qui ne nécessite pas le même niveau de

traitement de surface que dans l’exemple 1 (voir Figure A.2). L’élimination des oxydes de fer à l’aide

d’outils mécaniques est généralement utilisée de préférence au grenaillage.

Détails: Peinture époxy à deux composants «surface tolérante» utilisée dans les constructions (navales)

en acier, au-dessous et au-dessus du niveau de la mer. Peut être appliquée sur de l’acier corrodé, de

l’acier grenaillé et d’anciennes couches de peinture (en bon état). L’application se fait par pulvérisation

sans air ou classique, à la brosse ou au rouleau. EFS selon les recommandations du fabricant: de 100 µm

à 200 µm.

Les mesurages ont été effectués avec une couche de 250 µm EFS sur de l’acier, sur une surface de 10 cm ,

à une température de 21 °C, avec de l’eau de pluie synthétique concentrée (voir Annexe B). Un montage

à trois électrodes en position verticale, avec une électrode de référence Ag/AgCl saturée, a été utilisé.

Les spectres ont été enregistrés après des durées d’immersion définies.
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Légende
X fréquence f, en Hz
Y1 module d’impédance |Z|, en Ω⋅cm
Y2 module de l’angle de phase |φ|, en degrés
t = 0 h
t = 2 h
t = 24 h
t = 168 h
t = 504 h
Figure A.2 — Diagramme de Bode d’une peinture «surface tolérante» en immersion
A.4 Exemple 3

Il s’agit d’un exemple représentatif d’une peinture à haut extrait sec, sans solvant, de résistance élevée à

l’abrasion, appliquée en une seule couche (voir Figure A.3).

Détails: Peinture époxy sans solvant à deux composants pour métaux traités par grenaillage, béton et

matériaux composites à base de fibres de verre dans des environnements agressifs. Résistance élevée à

l’abrasion et protection anti-corrosion. L’application se fait par pulvérisation sans air et à la brosse. EFS

selon les recommandations du fabricant: de 500 µm à 1 000 µm en une couche.

Les mesurages ont été effectués avec une couche de 230 µm EFS sur de l’acier, sur une surface de 10 cm ,

à une température de 21 °C, avec de l’eau de pluie synthétique concentrée (voir Annexe B). Un montage

à trois électrodes en position verticale, avec une électrode de référence Ag/AgCl saturée, a été utilisé.

Les spectres ont été enregistrés après des durées d’immersion définies.
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Légende
X fréquence f, en Hz
Y1 module d’impédance |Z|, en Ω⋅cm
Y2 module de l’angle de phase |φ|, en degrés
t = 0 h
t = 2 h
t = 24 h
t = 168 h
t = 504 h
Figure A.3 — Diagramme de Bode d’une peinture sans solvant en immersion
A.5 Exemple 4

Cet exemple concerne un revêtement en poudre représentatif appliqué par pulvérisation sur de

l’aluminium (voir Figure A.4). Une surface de mesurage assez grande de 16,5 cm a permis d’utiliser

un montage à trois électrodes, mais le potentiel à circuit ouvert n’a pas été fourni avec les spectres.

Les discontinuités du déphasage sont dues aux changements de plages de mesurage actuelles du

potentiostat combinées à la faible capacité du dispositif de mesurage, indiquant un réglage incorrect du

dispositif de mesurage.

Détails: Revêtement réalisé par pulvérisation de poudre polyester sur des cadres d’aluminium

chromaté, en une couche d’EFS de (93 ± 3) µm, sans vieillissement.

Les mesurages ont été effectués à une température de 25 °C dans une solution de Na SO à 3 g/l, sur

2 4

une surface de 16,5 cm . Un montage à trois électrodes, avec une électrode de référence Ag/AgCl, dans

un tube vertical en plastique, a été utilisé.
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Légende
X fréquence f, en Hz
Y1 module d’impédance |Z|, en Ω⋅cm
Y2 module de l’angle de phase |φ|, en degrés
Figure A.4 — Diagramme de Bode d’un revêtement en poudre avant vieillissement

Les spectres présentés à la Figure A.5 ont été obtenus après vieillissement par huit cycles thermiques,

le revêtement restant en contact continu avec l’électrolyte.

Un cycle est constitué d’une phase de chauffage de 25 °C à 75 °C en 1 h, d’une période de 4 h à 75 °C,

puis d’un refroidissement à température ambiante. La durée entre chaque cycle est d’environ 24 h. La

température pendant les mesurages est de 25 °C.
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Légende
X fréquence f, en Hz
Y1 module d’impédance |Z|, en Ω⋅cm
Y2 module de l’angle de phase |φ|, en degrés
Figure A.5 — Diagramme de Bode d’un revêtement en poudre après vieillissement
A.6 Exemple 5

Les matériaux d’emballage sont souvent recouverts d’une couche de vernis, fine et non pigmentée. Les

spectres d’un revêtement de ce type ont été mesurés après attaque chimique par de l’acide citrique et de

l’acide sorbique (voir Figure A.6). Ce type de revêtement fin ne donne pas de hautes valeurs d’impédance

mais présente des valeurs de capacité relativement élevées. L’angle de phase indique quelques artefacts

de mesurage dans la plage de fréquences élevées. Ces anomalies peuvent être attribuées à des conditions

s’écartant de l’état d’équilibre, à un blindage insuffisant (cage de Faraday et/ou câbles) ou au blindage

par l’électrode de référence.

Détails: Vernis époxy-phénolique semblable à celui utilisé pour l’emballage. Deux couches appliquées

au rouleau sur de l’acier étamé, puis mises au four à 220 °C pendant 20 min. EFS totale de 7 µm à 8 µm.

Avant le mesurage, l’éprouvette a été immergée pendant 2 jours à 25 °C dans un électrolyte contenant

5 g/l d’acide citrique et 200 mg/l d’acide sorbique. Les mesurages ont été effectués sur une surface

de 105 cm . Un montage à trois électrodes en position verticale, avec une électrode de référence au

calomel, a été utilisé.
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Légende
X fréquence f, en Hz
Y1 module d’impédance |Z|, en Ω⋅cm
Y2 module de l’angle de phase |φ|, en degrés

Figure A.6 — Diagramme de Bode d’un vernis fin, semblable à celui utilisé dans l’industrie

de l’emballage, après vieillissement chimique
A.7 Exemple 6

La température a un effet considérable sur les spectres d’impédance. Aussi, l’influence de la température

sur un vernis est mise en évidence à la Figure A.7.

Détails: Peinture époxy-vinyle pure sans pigment. Même liant que celui utilisé pour les pr

...

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