ISO 16773-2:2016
(Main)Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) on coated and uncoated metallic specimens — Part 2: Collection of data
Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) on coated and uncoated metallic specimens — Part 2: Collection of data
ISO 16773-2:2016 gives guidelines for optimizing the collection of EIS data with focus on high-impedance systems. High impedance in the context of intact coatings refers to systems with an impedance greater than 109 Ω⋅cm2. This does not preclude measurements on systems with lower impedance. For uncoated samples extra information can be found in ISO/TR 16208. ISO 16773-2:2016 deals with the following: - instrumental set-up: requirements and pit-falls; - data validation: checking the measurement range and the accuracy of the data; - performing an EIS measurement: specimen considerations and instrumental parameters; - the experimental results: different methods of presenting EIS data. These guidelines are intended to ensure the acquisition of EIS data that can be used to study the performance of the specimen. This part of ISO 16773 does not give guidelines for the interpretation of the data.
Spectroscopie d'impédance électrochimique (SIE) sur des éprouvettes métalliques revêtues et non revêtues — Partie 2: Recueil des données
ISO 16773-2:106 fournit des lignes directrices pour l'optimisation du recueil des données de SIE en se focalisant en particulier sur les systèmes de haute impédance. Dans le contexte des revêtements intacts, «haute impédance» se réfère à des systèmes ayant une impédance supérieure à 109 Ω⋅cm2. Cela n'empêche pas le mesurage de systèmes d'impédance inférieure. En ce qui concerne les éprouvettes non revêtues, l'ISO/TR 16208 peut être consulté pour obtenir des informations complémentaires. ISO 16773-2: 2016 traite: - du montage instrumental: exigences et problèmes; - de la validation des données: vérification de la plage de mesure et de la précision des données; - de l'exécution d'un mesurage de SIE: dispositions relatives à l'éprouvette et paramètres instrumentaux; - des résultats expérimentaux: les différentes méthodes de présentation des données de SIE. Ces lignes directrices visent à garantir l'acquisition de données de SIE utilisables pour étudier les performances de l'éprouvette. La présente partie de l'ISO 16773 ne donne aucune ligne directrice concernant l'interprétation des données.
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 16773-2
Second edition
2016-04-01
Electrochemical impedance
spectroscopy (EIS) on coated and
uncoated metallic specimens —
Part 2:
Collection of data
Spectroscopie d’impédance électrochimique (SIE) sur des éprouvettes
métalliques revêtues et non revêtues —
Partie 2: Recueil des données
Reference number
ISO 16773-2:2016(E)
©
ISO 2016
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ISO 16773-2:2016(E)
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ISO 16773-2:2016(E)
Contents Page
Foreword .iv
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Principle . 1
5 Electrochemical cell . 2
5.1 General . 2
5.2 Electrodes . 3
5.3 Exposed area . 3
5.4 Electrolyte . 3
6 Procedure. 4
6.1 Grounding . 4
6.2 Shielding . 4
6.3 Cell cable ground contacts . 4
6.4 Local conditions . 4
6.5 Measurement equipment characteristics . 5
6.6 Confidence test . . 5
6.6.1 General. 5
6.6.2 Use of interlaboratory test cells for confidence test . 6
6.6.3 Error estimate and accuracy . 6
6.7 Specimens . 6
6.7.1 Preconditioning of specimens . 6
6.7.2 Environmental control . 6
6.8 Evaluation of laboratory and field coating specimens . 6
6.9 Number of specimens and repeatability of results . 7
7 Instrumental parameters . 7
7.1 General . 7
7.2 Conditioning potential and conditioning time . 8
7.3 Frequency spectrum . 8
7.4 Data point spacing and points per decade . 8
7.5 D.C. potential control . 8
7.6 Amplitude of perturbation . . 9
7.7 Current range settings . 9
7.8 Data averaging settings . 9
8 Data presentation . 9
8.1 General . 9
8.2 Bode plot . 9
8.3 Nyquist plot.10
9 Exchange file format .11
10 Test report .11
Annex A (informative) Determination of maximum measurable impedance with the open-
lead test .13
Annex B (normative) Data exchange file format .15
Annex C (informative) Considerations about the precise determination of the exposed area .19
Bibliography .24
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ISO 16773-2:2016(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 meaning of ISO specific terms and expressions related to conformity
assessment, as well as information about ISO’s adherence to the WTO principles in the Technical
Barriers to Trade (TBT) see the following URL: Foreword - Supplementary information
The committee responsible for this document is ISO/TC 35, Paints and varnishes, Subcommittee SC 9,
General test methods for paints and varnishes.
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 16773-2:2007), which has been
technically revised. The main changes are the following:
a) the introductory element of the title, Paints and varnishes, has been omitted, because the scope
is broadened to include metals and alloys and 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 has been added;
c) considerations about the precise determination of the exposed area have been added as an
informative annex;
d) a test report has been added.
ISO 16773 consists of the following parts, under the general title Electrochemical impedance spectroscopy
(EIS) on coated and uncoated metallic specimens:
— Part 1: Terms and definitions
— Part 2: Collection of data
— Part 3: Processing and analysis of data from dummy cells
— Part 4: Examples of spectra of polymer-coated and uncoated specimens
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 16773-2:2016(E)
Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) on coated
and uncoated metallic specimens —
Part 2:
Collection of data
1 Scope
This part of ISO 16773 gives guidelines for optimizing the collection of EIS data with focus on high-
impedance systems. High impedance in the context of intact coatings refers to systems with an
9 2
impedance greater than 10 Ω⋅cm . This does not preclude measurements on systems with lower
impedance. For uncoated samples extra information can be found in ISO/TR 16208.
This part of ISO 16773 deals with the following:
— instrumental set-up: requirements and pit-falls;
— data validation: checking the measurement range and the accuracy of the data;
— performing an EIS measurement: specimen considerations and instrumental parameters;
— the experimental results: different methods of presenting EIS data.
These guidelines are intended to ensure the acquisition of EIS data that can be used to study the
performance of the specimen. This part of ISO 16773 does not give guidelines for the interpretation of
the data.
2 Normative references
The following documents, in whole or in part, are normatively referenced in this document and are
indispensable for its application. 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.
4 Principle
A so-called “confidence” test is described in order to check the suitability of the entire set-up
and recommendations are given as to how to perform EIS experiments. For convenience, only
potentiostatically controlled EIS measurements are described, although it is also possible to make EIS
measurements under galvanostatic control.
A potentiostat is connected either to a dummy cell or to an electrochemical cell (with working,
counter- and reference electrodes). A single-sinusoidal- or multi-sinusoidal-waveform potential,
either in conjunction with a d.c. offset or not, is applied by the potentiostat to the dummy cell or to the
electrochemical cell, and the resulting a.c. current is measured. Both potential and a.c. current data are
collected and analysed for amplitude and phase shift. This can be done in a variety of ways, depending
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ISO 16773-2:2016(E)
on the type of equipment used. All data are presented and compared graphically or computed for
equivalent circuits. In the case of the dummy cell, the values of these equivalent components are
compared to the actual cell components connected to the potentiostat and evaluated for coherence.
5 Electrochemical cell
5.1 General
NOTE 1 Various types of measurement cell exist which are suitable for use with this part of ISO 16773.
Most commonly used are two-electrode and three-electrode arrangements for measurements in an aqueous
electrolyte.
The cell shall be constructed of materials that will not corrode, otherwise deteriorate or contaminate
the solution (e.g. PMMA, PTFE or glass). A material compatibility test should be carried out.
The cell shall be leak-proof to ensure that the geometrical surface of the specimen does not change
with time. Use an electrically insulating gasket material (O-ring, etc.) for the seal, i.e. with a through-
thickness resistance much greater than that of the coating.
The cell should preferably be designed to allow the following items to be inserted into the electrolyte
chamber: the working electrode, the reference electrode, the counter-electrode, a thermometer (for
temperature control) and gas inlet/outlet tubes to modify the oxygen content of the electrolyte. When
using an inert gas, a gas scrubber should be used.
An example of an electrochemical cell is shown in Figure 1.
1
2
3
4
Key
1 reference electrode
2 counter electrode
3 electrolyte
4 O-ring
5 coating
6 working electrode
Figure 1 — Example of an electrochemical cell
NOTE 2 Other designs can be suitable.
For uncoated metallic specimens, IR drop should be considered.
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ISO 16773-2:2016(E)
The components shown in Figure 1 are described in 5.2 to 5.4.
5.2 Electrodes
To perform EIS in aqueous solution, the more conventional set-up is composed of a three-electrode
arrangement: a working electrode, a reference electrode and a counter-electrode.
Working electrode: A conductive substrate covered by the coating to be investigated. A large surface
area is preferred to better take into account any defects and to decrease the impedance of the system to
give a better signal-to-noise ratio.
Counter electrode: Inert material such as platinum with a large surface area oriented parallel to the
working electrode in order to ensure a homogeneous current distribution.
Reference electrode: A low-impedance and low-noise reference electrode is recommended, according
to supplier’s user manual [when testing organic coatings, a salt bridge (e.g. Luggin capillary) is not
required]. The potential of the reference electrode should be checked periodically to control the
accuracy of the electrode and its stability with time. At very high frequencies, the presence of the
reference electrode can induce some spurious effects.
NOTE 1 To improve the quality of the high-frequency signal, a platinum wire with a capacitor may be placed in
parallel with the reference electrode. The capacitor ensures that the d.c. potential is coming from the reference
electrode and a.c. potential from the platinum wire.
NOTE 2 For specific applications, it can be acceptable to use a pseudo-reference electrode consisting of an
inert material such as a high-nickel alloy or a chloridized silver wire. Pseudo-reference electrodes are useful for
measurements in the field, where a reference electrode can be easily broken.
5.3 Exposed area
The exposed area should be known, constant with time, and should be adequate for the investigation.
The larger the exposed area the more sensitive the measurement is to single defects (pores) and the
better the signal-to-noise ratio.
If an O-ring is used, the precise exposed area shall be determined under compression (see Annex C for a
recommended technique).
NOTE For example, when using an O-ring with a diameter of 1,2 cm and an approximate exposed area of
1,13 cm², an error of up 37 % can occur. When using an O-ring with a diameter of 4,7 cm and an approximate
exposed area of 18 cm², an error of up 8 % can occur.
It is recommended that the user selects the largest possible area without defects. A typical area is in the
order of magnitude of 10 cm².
5.4 Electrolyte
The resistance of the solution should be low in comparison to the impedance of the investigated system.
Different types of electrolyte can be used. Non-aggressive electrolytes can be employed to characterize
the properties of the system without introducing corrosion. An aggressive solution may be selected to
characterize the corrosion resistance of the system. The electrolyte should be chosen with the end use
in mind.
NOTE 1 For the desired end-use, the pH value, the concentration and the composition of the electrolyte might
be important parameters.
When the oxygen content is influencing the corrosion, the preconditioning has to be chosen in a way
that a steady state is established.
NOTE 2 Purging with oxygen or an inert gas could be necessary to obtain steady state condition.
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ISO 16773-2:2016(E)
6 Procedure
6.1 Grounding
An EIS instrument consists of a potentiostat, a computer and a module or instrument specifically
required for the impedance measurement.
Electrical grounding considerations between the instruments, the specimen and the environment are
important, both for the safety of the operator and the acquisition of as accurate and noise-free EIS data
as possible.
a) The safety of the operator is important. The chassis of the EIS instrument should be connected to
ground to avoid a potentially lethal electrical shock if the instrument malfunctions. The chassis is
normally grounded through the connection to the a.c. mains. Under no circumstances should this
connection to ground be bypassed.
b) In most cases, the coated specimen is tested in the laboratory in an electrochemical cell such as
that described in 5.1 in which the specimen is electrically isolated from ground, or “floating”. This
is the simplest case with no special consideration needed for connection of the instrument to the
specimen.
c) If, however, the coated specimen is grounded, then the grounding considerations become more
complex. This could happen if EIS is used to test coated structures in a field, such as vessels or
pipelines. If the coated specimen is grounded, then the EIS instrument should be electrically
isolated from ground to obtain accurate EIS data. This is not a trivial consideration and is generally
taken into account during the design of the EIS system. Floating the EIS system by bypassing the
protective ground connection to the mains is a safety hazard and is not acceptable.
d) When connecting up the various instruments and computers, it is possible to inadvertently ground
a floating instrument through the connection to a grounded instrument. This can give rise to noise
through “ground loops” or even result in improper operation.
6.2 Shielding
Shielding is very important for noise considerations in EIS measurements of high-impedance specimens.
Proper shielding will ensure that the cell electrodes and cables will not pick up electromagnetic
radiation from the surroundings. The electrochemical cell should be placed inside a Faraday cage and
the Faraday cage connected to an appropriate ground connection of the potentiostat. If the potentiostat
has an externally mounted electrometer, the electrometer should also be put inside the Faraday cage.
The manufacturer’s manual should be consulted to ensure proper wiring.
6.3 Cell cable ground contacts
The connections between the cell cables and the cell should be clean and the length of the cables should
be as short as possible to minimize stray capacitance.
6.4 Local conditions
The following conditions in the vicinity of the EIS experiment can affect the quality of the measurement.
a) The incoming a.c. power to the EIS instrument can be noisy or exhibit large voltage transients, both
of which can result in noise in the electrochemical data. If severe, the user may install an a.c. line
conditioner. The raw potential and current data are usually averaged by the EIS instrument and are
not as susceptible to line noise as d.c. experiments.
b) Electromagnetic noise from electrical devices (e.g. computer monitors) in the local vicinity of
the EIS experiment can also contribute to noise in the experiment. Again, data processing will
discriminate against this noise. Instruments or appliances that operate intermittently (e.g. freezers,
ovens, ultrasonic cleaners, magnetic stirrers, water baths) are particularly troublesome because
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ISO 16773-2:2016(E)
they can introduce noise in the electrical circuit when they are activated. These devices should be
operated on a different circuit, if possible. Because of the low current levels which are typically
observed in EIS experiments on coated specimens, the specimen should always be contained in a
Faraday cage that is connected to the appropriate instrument ground.
c) The relative humidity in the environment can also be of concern. If the relative humidity is high,
then micro-condensation can occur in the electronics of the EIS instrument, providing a low-
impedance leakage path. At the low current levels typically encountered in EIS experiments on
coated specimens, this can result in errors in the current measurement.
6.5 Measurement equipment characteristics
12
An electrochemical cell has impedance values that can range from 1 mΩ to more than 1 TΩ (10 Ω).
12
The measured impedance of coated specimens can range up to 10 Ω.
A specimen with high impedance will exhibit very low current flow during the EIS experiment.
Therefore, the instrument used to measure the EIS of coated specimens needs to be capable of
measuring these low currents. The test described in 6.6 is useful to make sure an EIS instrument is
capable of measuring coated specimens.
All equipment should be able to measure the dummy cell described in 6.6.1.
Sometimes, it might be desirable to perform an open-lead test in order to find the limits of the entire
set-up under the given conditions. A method of estimating the maximum measurable impedance with
the open-lead test is given in Annex A.
NOTE EIS measurements on high-impedance coatings are not limited to the above-mentioned cell designs.
6.6 Confidence test
6.6.1 General
In order to obtain confidence in the entire experimental set-up, it is recommended that a confidence test
be carried out prior to measurements of real specimens. Confidence can be obtained by carrying out
reference tests using hard-wired dummy circuits with known values for capacitance and resistance.
These values should be in the order of magnitude which can be expected for the actual coated specimen
under investigation. As high-impedance coatings easily reach values of several gigaohms, combined
with low capacitance of about 100 pF, it is recommended that the circuit in Figure 2 be used as a
reference.
Rs
R1
Key
R1 50 GΩ
C1 150 pF
Rs 50 Ω
Figure 2 — Dummy cell for confidence test
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ISO 16773-2:2016(E)
6.6.2 Use of interlaboratory test cells for confidence test
Because significant knowledge has been gathered during the performance of a related interlaboratory
test, similar circuits with similar values, as used in the interlaboratory test, could be used for the
confidence test.
NOTE Details are given in ISO 16773-3.
6.6.3 Error estimate and accuracy
Data for error estimate, accuracy, reproducibility and repeatability are not currently available. They
will be provided after the completion of an interlaboratory test.
6.7 Specimens
6.7.1 Preconditioning of specimens
Proper preparation and preconditioning of coated specimens is critical for successful and reliable
EIS data.
6.7.2 Environmental control
The coating should be applied and cured in accordance with the manufacturer’s recommendation
unless otherwise agreed upon between the participating parties.
The film thickness should be as uniform as possible. The exact film thickness should be measured and
reported (e.g. in accordance with ISO 2808).
Temperature and humidity control during the application, curing, conditioning and impedance
measurement of organic coatings is crucial for a proper determination of the coating resistance.
NOTE The standard temperature and relative humidity for application, conditioning and testing of organic
coatings is specified in ISO 3270, i.e. (23 ± 2) °C and a relative humidity of (50 ± 5) %.
The temperature of the specimens during the impedance measurements should be held constant to
within ±2 °C, preferably within ±1 °C. Relative values for comparison between specimens outside these
guidelines are acceptable if all the specimens are run under the same conditions.
When the coating capacitance is the main parameter of interest, control of relative humidity during
specimen conditioning is very important.
For reliable measurements, temperature control should be equal to or better than ±1 °C. For conditioning
prior to measurement, an accuracy of ±2 °C is sufficient for most cases. Each specimen should be kept
under controlled conditions in order to prevent post-curing, degradation or any unintended irreversible
modification of the coating.
6.8 Evaluation of laboratory and field coating specimens
Impedance measurements can be used to further characterize coating degradation during a weathering
test. Impedance is measured on separate specimens after different elapsed times during the test and on
completion of the test. Such weathering tests can be salt spray exposure in accordance with ISO 9227,
exposure in a humidity chamber in accordance with ISO 6270-1, or cyclic tests such as those described
in ISO 20340:2009, Annex A. Other test methods are also used.
When the coated panels are removed from the test chambe
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 16773-2
Deuxième édition
2016-04-01
Spectroscopie d’impédance
électrochimique (SIE) sur des
éprouvettes métalliques revêtues et
non revêtues —
Partie 2:
Recueil des données
Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) on coated and
uncoated metallic specimens —
Part 2: Collection of data
Numéro de référence
ISO 16773-2:2016(F)
©
ISO 2016
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ISO 16773-2:2016(F)
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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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ISO 16773-2:2016(F)
Sommaire Page
Avant-propos .iv
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Principe . 1
5 Cellule électrochimique . 2
5.1 Généralités . 2
5.2 Électrodes . 3
5.3 Surface exposée . 4
5.4 Électrolyte . 4
6 Mode opératoire. 4
6.1 Mise à la terre . 4
6.2 Blindage . 5
6.3 Mise à la terre des câbles de la cellule . 5
6.4 Environnement . 5
6.5 Caractéristiques de l’appareillage de mesure . 6
6.6 Test de confiance . 6
6.6.1 Généralités . 6
6.6.2 Utilisation des cellules lors de l’essai interlaboratoires pour le test de confiance . 6
6.6.3 Estimation de l’erreur et précision . 6
6.7 Éprouvettes . 7
6.7.1 Conditionnement préalable des éprouvettes . 7
6.7.2 Maîtrise de l’environnement . 7
6.8 Évaluation des éprouvettes revêtues en laboratoire et sur site. 7
6.9 Nombre d’éprouvettes et répétabilité des résultats . 8
7 Paramètres instrumentaux . 8
7.1 Généralités . 8
7.2 Potentiel de conditionnement et durée de conditionnement . 8
7.3 Spectre de fréquences . 9
7.4 Espacement des données de mesure et données de mesure par décade . 9
7.5 Contrôle du potentiel du courant continu . 9
7.6 Amplitude de perturbation .10
7.7 Réglages de la gamme de courant.10
7.8 Réglages pour le calcul de la moyenne des résultats .10
8 Présentation des données .10
8.1 Généralités .10
8.2 Diagramme de Bode .11
8.3 Diagramme de Nyquist .12
9 Format d’échange des fichiers .12
10 Rapport d’essai .12
Annexe A (informative) Détermination de l’impédance maximale mesurable lors de l’essai
à circuit ouvert .14
Annexe B (normative) Format du fichier d’échange de données .16
Annexe C (informative) Considérations sur la détermination précise de la surface exposée .20
Bibliographie .25
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ISO 16773-2:2016(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 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’OMC concernant les obstacles techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: Avant-propos —
Informations supplémentaires.
Le comité chargé de l’élaboration du présent document est l’ISO/TC 35, Peintures et vernis, sous-comité
SC 9, Méthodes générales d’essais des peintures et vernis.
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 16773-2:2007), qui a fait l’objet
d’une révision technique. Les principaux changements apportés sont les suivants:
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 et l’élément principal du titre a été modifié comme
suit: Spectroscopie d’impédance électrochimique (SIE) sur des éprouvettes métalliques revêtues et non
revêtues;
b) une référence à l’ISO/TR 16208 a été ajoutée;
c) des considérations sur la détermination précise de la surface exposée ont été ajoutées dans une
annexe informative;
d) un rapport d’essai a été ajouté.
L’ISO 16773 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Spectroscopie d’impédance
électrochimique (SIE) sur des éprouvettes métalliques revêtues et non revêtues:
— Partie 1: Termes et définitions
— Partie 2: Recueil des données
— Partie 3: Traitement et analyse des données obtenues à partir de cellules test
— Partie 4: Exemples de spectres d’éprouvettes revêtues et non revêtues de polymères
iv © ISO 2016 – Tous droits réservés
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NORME INTERNATIONALE ISO 16773-2:2016(F)
Spectroscopie d’impédance électrochimique (SIE) sur des
éprouvettes métalliques revêtues et non revêtues —
Partie 2:
Recueil des données
1 Domaine d’application
La présente partie de l’ISO 16773 fournit des lignes directrices pour l’optimisation du recueil des
données de SIE en se focalisant en particulier sur les systèmes de haute impédance. Dans le contexte
des revêtements intacts, «haute impédance» se réfère à des systèmes ayant une impédance supérieure
9 2
à 10 Ω⋅cm . Cela n’empêche pas le mesurage de systèmes d’impédance inférieure. En ce qui concerne
les éprouvettes non revêtues, l’ISO/TR 16208 peut être consulté pour obtenir des informations
complémentaires.
La présente partie de l’ISO 16773 traite:
— du montage instrumental: exigences et problèmes;
— de la validation des données: vérification de la plage de mesure et de la précision des données;
— de l’exécution d’un mesurage de SIE: dispositions relatives à l’éprouvette et paramètres
instrumentaux;
— des résultats expérimentaux: les différentes méthodes de présentation des données de SIE.
Ces lignes directrices visent à garantir l’acquisition de données de SIE utilisables pour étudier les
performances de l’éprouvette. La présente partie de l’ISO 16773 ne donne aucune ligne directrice
concernant l’interprétation des données.
2 Références normatives
Les documents suivants, en tout ou partie, sont référencés de façon normative dans le présent document
et sont indispensables pour son application. 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.
4 Principe
Un test dit «de confiance» est décrit pour contrôler l’adéquation de l’ensemble du montage, et des
recommandations sont données sur la façon de réaliser des essais de spectroscopie d’impédance
électrochimique (SIE). Pour des raisons pratiques, ne sont décrites que des mesures de SIE à tension
imposée mais il est également possible d’effectuer des mesures de SIE à courant imposé.
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ISO 16773-2:2016(F)
Le potentiostat est raccordé soit à une cellule test, soit à une cellule électrochimique (avec des électrodes
de travail et de référence, et une contre-électrode). Une tension sinusoïdale simple ou multiple,
associée ou non à une tension continue, est appliquée par le potentiostat à la cellule test ou à la cellule
électrochimique, et le courant alternatif résultant est mesuré. Les valeurs de la tension et du courant
alternatif sont recueillies simultanément et leur amplitude ainsi que leur déphasage sont analysés.
Cela peut se faire de différentes manières, en fonction du type d’équipement utilisé. Toutes les données
sont représentées et comparées graphiquement ou elles peuvent être ramenées numériquement par
ordinateur à des circuits équivalents. Dans le cas de la cellule test, les valeurs de ces composants
équivalents sont comparées à celles des composants de la cellule réelle raccordés au potentiostat et leur
cohérence est évaluée.
5 Cellule électrochimique
5.1 Généralités
NOTE 1 Il existe différents types de cellules de mesure pouvant convenir à l’utilisation de la présente partie
de l’ISO 16773. Les plus courants sont les configurations à deux ou à trois électrodes pour effectuer des mesures
dans un électrolyte aqueux.
La cellule doit être construite en matériaux insensibles à la corrosion, qui ne détériorent pas et ne
contaminent pas la solution (par exemple PMMA, PTFE ou verre). Il convient de procéder au contrôle de
la compatibilité des matériaux.
La cellule doit être étanche pour garantir que la surface géométrique de l’éprouvette ne varie pas dans
le temps. Pour le colmatage, utiliser un matériau de joint isolant électriquement (joint torique, etc.),
c’est-à-dire ayant une résistance à travers l’épaisseur largement supérieure à celle du revêtement.
Il convient que la conception de la cellule permette d’introduire les éléments suivants dans la
chambre contenant l’électrolyte: l’électrode de travail, l’électrode de référence, la contre-électrode,
un thermomètre (pour le contrôle de la température) et des tuyaux d’entrée et de sortie des gaz pour
modifier la teneur en oxygène de l’électrolyte. Si l’on utilise un gaz inerte, il est recommandé d’utiliser
un épurateur pour gaz.
Un exemple de cellule électrochimique est représenté à la Figure 1.
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ISO 16773-2:2016(F)
1
2
3
4
Légende
1 électrode de référence
2 contre-électrode
3 électrolyte
4 joint torique
5 revêtement
6 électrode de travail
Figure 1 — Exemple de cellule électrochimique
NOTE 2 D’autres conceptions peuvent convenir.
Pour les éprouvettes métalliques non revêtues, il convient de prendre en considération la chute
ohmique.
Les composants de la Figure 1 sont décrits de 5.2 à 5.4.
5.2 Électrodes
Le dispositif le plus classique pour réaliser la SIE en solution aqueuse se compose d’un montage à trois
électrodes: une électrode de travail, une électrode de référence et une contre-électrode.
Électrode de travail: Un subjectile conducteur recouvert du revêtement à étudier. Une grande
superficie est préférable pour mieux tenir compte des défauts et réduire l’impédance du système et
avoir un meilleur rapport signal-bruit.
Contre-électrode: Matériau inerte, tel que le platine, de grande superficie, orienté parallèlement à
l’électrode de travail pour permettre une distribution homogène du courant.
Électrode de référence: Il est recommandé d’utiliser une électrode de référence de faible impédance
et de faible bruit, conformément au manuel d’utilisation du fournisseur [pour l’essai des revêtements
organiques, un pont salin (par exemple siphon capillaire) n’est pas nécessaire]. Il convient que le
potentiel de l’électrode de référence soit vérifié périodiquement pour contrôler la précision de
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ISO 16773-2:2016(F)
l’électrode et sa stabilité dans le temps. À très haute fréquence, la présence de l’électrode de référence
peut induire de faux effets.
NOTE 1 Pour améliorer la qualité du signal à haute fréquence, un fil de platine avec un condensateur peut
être placé en parallèle de l’électrode de référence. Le condensateur garantit que le potentiel du courant continu
provient de l’électrode de référence et que le potentiel du courant alternatif provient du fil de platine.
NOTE 2 Pour des applications spécifiques, il peut être acceptable d’utiliser une pseudo-électrode de référence
constituée d’un matériau inerte, tel qu’un alliage à forte teneur en nickel ou un fil d’argent chloruré. Les pseudo-
électrodes de référence sont utiles pour les mesurages sur site, là où une électrode de référence peut facilement
se briser.
5.3 Surface exposée
Il convient que la surface exposée soit connue et constante dans le temps; il convient également qu’elle
soit appropriée à l’examen. Plus la surface exposée est étendue, plus le mesurage est sensible aux défauts
isolés (pores) et meilleur est le rapport signal-bruit.
Si un joint torique est utilisé, la surface exposée précise doit être déterminée sous compression (voir
l’Annexe C pour une technique recommandée).
NOTE Par exemple, en cas d’utilisation d’un joint torique avec un diamètre de 1,2 cm et une surface exposée
d’environ 1,13 cm², une erreur allant jusqu’à 37 % peut se produire. En cas d’utilisation d’un joint torique avec un
diamètre de 4,7 cm et une surface exposée d’environ 18 cm², une erreur allant jusqu’à 8 % peut se produire.
Il est recommandé à l’utilisateur de choisir la plus grande surface possible qui ne présente aucun défaut.
Une surface type est d’un ordre de grandeur de 10 cm².
5.4 Électrolyte
Il est recommandé que la résistance de la solution soit faible comparée à l’impédance du système
étudié. Différents types d’électrolytes peuvent être utilisés. Des électrolytes non agressifs peuvent
être employés pour caractériser les propriétés du système sans introduire de corrosion. Une solution
agressive peut être choisie pour caractériser la résistance à la corrosion du système. Il convient de
choisir l’électrolyte en gardant à l’esprit l’usage final.
NOTE 1 Pour l’usage final souhaité, le pH, la concentration et la composition de l’électrolyte peuvent être des
paramètres importants.
Lorsque la teneur en oxygène influe sur la corrosion, le conditionnement préalable doit être choisi de
manière à permettre d’établir un état d’équilibre.
NOTE 2 Une purge avec de l’oxygène ou un gaz inerte pourrait être nécessaire pour obtenir l’état d’équilibre.
6 Mode opératoire
6.1 Mise à la terre
Un appareil de SIE se compose d’un potentiostat, d’un ordinateur et d’un module ou d’un instrument
supplémentaire spécifiquement requis pour le mesurage de l’impédance.
Les dispositions électriques de mise à la terre entre les instruments, l’éprouvette et l’environnement
sont importantes à la fois pour la sécurité de l’opérateur et pour l’acquisition de données de SIE aussi
précises et exemptes de bruit que possible.
a) La sécurité de l’opérateur est primordiale. Il convient de relier le châssis de l’appareil de SIE à la
terre pour prévenir tout choc électrique potentiellement mortel en cas de dysfonctionnement de
l’appareillage. Le châssis est normalement mis à la terre par le raccordement à l’alimentation en
courant alternatif. En aucun cas, il n’y a lieu de contourner ce raccordement à la terre.
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ISO 16773-2:2016(F)
b) Dans la plupart des cas, l’éprouvette revêtue est soumise à l’essai au laboratoire dans une cellule
électrochimique telle que celle décrite en 5.1, dans laquelle l’éprouvette est électriquement isolée
de la terre, ou montée suivant une configuration «flottante». Ceci est le cas le plus simple qui ne
nécessite pas de considération particulière en ce qui concerne le raccordement de l’instrument à
l’éprouvette.
c) Si, toutefois, l’éprouvette revêtue est mise à la terre, les considérations de mise à la terre deviennent
plus complexes. Cela peut être le cas si l’on applique la SIE à l’essai de structures revêtues sur site,
telles que réservoirs ou pipelines. Si l’éprouvette revêtue est mise à la terre, il est recommandé que
l’appareil de SIE soit électriquement isolé de cette dernière de façon à obtenir des données précises
de SIE. Ce point n’a rien d’évident et en général il est pris en considération lors de la conception du
système de SIE. Un montage flottant du système de SIE en omettant le raccordement protecteur à la
terre constitue un risque pour la sécurité et n’est pas acceptable.
d) Lors du raccordement de plusieurs appareils et ordinateurs, il peut arriver de raccorder, par
inadvertance, à la terre un appareil «flottant» par le branchement à un appareil relié à la terre.
Cela peut engendrer du bruit à travers des «mises à la terre en boucle» ou même entraîner des
dysfonctionnements.
6.2 Blindage
Le blindage est très important pour le bruit lors des mesurages de SIE sur des éprouvettes de haute
impédance. Une enceinte de blindage adéquate protège les câbles et les électrodes de la cellule contre
l’action du rayonnement électromagnétique provenant de l’environnement extérieur. Il convient de
placer la cellule électrochimique à l’intérieur d’une cage de Faraday et de relier la cage de Faraday à la
masse du potentiostat. Si le potentiostat est équipé d’un électromètre externe, il convient également de
placer ce dernier à l’intérieur de la cage de Faraday. Il convient de se reporter à la notice du fabricant
pour assurer un câblage adéquat.
6.3 Mise à la terre des câbles de la cellule
Il convient que les raccordements entre les câbles de la cellule et la cellule soient propres et que la
longueur des câbles soit aussi restreinte que possible afin de réduire le plus possible la capacité parasite.
6.4 Environnement
Les conditions suivantes au voisinage de l’expérience de SIE peuvent jouer sur la qualité des mesures.
a) L’alimentation en courant alternatif de l’appareil de SIE peut être génératrice de bruit ou
présenter d’importantes fluctuations de tension, ce qui peut provoquer du bruit dans les données
électrochimiques. Si le bruit est important, l’utilisateur peut installer un régulateur de ligne à
courant alternatif. Les données brutes relatives au potentiel et au courant sont généralement
moyennées par l’appareil de SIE et ne sont pas aussi sensibles au bruit de circuit que lors des essais
en courant continu.
b) Le bruit électromagnétique émanant des dispositifs électriques (par exemple, moniteurs
d’ordinateurs) situés au voisinage de l’installation d’essai SIE peut également contribuer au bruit lors
de l’essai. Là encore, le traitement des données préserve de ce bruit. Les appareils ou équipements
à fonctionnement intermittent (tels que congélateurs, étuves, nettoyeurs à ultrasons, agitateurs
magnétiques, bains-marie etc.) sont particulièrement perturbateurs car ils peuvent introduire du
bruit dans le circuit électrique quand ils sont activés. Il convient, si possible, de faire fonctionner
ces appareils sur un autre circuit. Étant donné les faibles intensités généralement observées lors
des essais de SIE sur éprouvettes revêtues, il convient de toujours enfermer l’éprouvette dans une
cage de Faraday reliée à la masse de l’appareil approprié.
c) L’humidité relative dans l’environnement peut aussi être une source de problèmes. Si elle est élevée,
une micro-condensation provoquant une ligne de fuite de faible impédance peut apparaître dans
l’électronique de l’appareil de SIE. Aux faibles intensités généralement observées lors des essais de
SIE sur éprouvettes revêtues, cela peut induire des erreurs de mesurage du courant.
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ISO 16773-2:2016(F)
6.5 Caractéristiques de l’appareillage de mesure
Une cellule électrochimique a des valeurs d’impédance qui peuvent s’échelonner de 1 mΩ à plus
12 12
de 1 TΩ (10 Ω). L’impédance mesurée sur les éprouvettes revêtues peut atteindre jusqu’à 10 Ω.
Une éprouvette de haute impédance présente un courant de très faible intensité lors de l’essai de SIE.
C’est pourquoi il faut que l’appareil utilisé pour mesurer la SIE des éprouvettes revêtues soit capable
de mesurer ces faibles intensités. L’essai décrit en 6.6 est utile pour s’assurer qu’un appareil de SIE a la
capacité de mesurer des éprouvettes revêtues.
Il convient que la totalité des appareils permette de mesurer les cellules test décrites en 6.6.1.
Parfois, il peut être recommandé d’effectuer un essai à circuit ouvert de façon à déterminer les limites
du montage complet dans les conditions données. L’Annexe A indique une méthode qui permet d’évaluer
l’impédance maximale mesurable lors de l’essai à circuit ouvert.
NOTE Les mesurages de SIE sur revêtements de haute impédance ne sont pas limités aux modèles de cellules
susmentionnés.
6.6 Test de confiance
6.6.1 Généralités
Pour avoir confiance dans l’ensemble de la configuration expérimentale, il est recommandé d’effectuer
un test de confiance avant les mesurages sur des éprouvettes réelles. La confiance peut être obtenue en
réalisant des essais de référence au moyen de circuits test câblés ayant des valeurs connues de capacité
et de résistance. Il convient que ces valeurs soient d’un ordre de grandeur pouvant être attendu de
l’éprouvette revêtue réelle étudiée. Étant donné que les revêtements de haute impédance atteignent
facilement des valeurs de plusieurs gigaohms, en association avec une faible capacité d’environ 100 pF,
il est recommandé d’utiliser comme référence le circuit illustré par la Figure 2.
Rs
R1
Légende
R1 50 GΩ
C1 150 pF
Rs 50 Ω
Figure 2 — Cellule test pour le test de confiance
6.6.2 Utilisation des cellules lors de l’essai interlaboratoires pour le test de confiance
Étant donné la somme d’informations qui a pu être recueillie lors d’un essai croisé entre laboratoires, des
circuits similaires ayant donné des valeurs similaires à celles utilisées lors de l’essai interlaboratoires
ont pu être utilisées pour le test de confi
...
PROJET
NORME ISO/FDIS
FINAL
INTERNATIONALE 16773-2
ISO/TC 35/SC 9
Spectroscopie d’impédance
Secrétariat: BSI
électrochimique (SIE) sur des
Début de vote:
2015-12-10 éprouvettes métalliques revêtues et
non revêtues —
Vote clos le:
2016-02-10
Partie 2:
Recueil des données
Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) on coated and
uncoated metallic specimens —
Part 2: Collection of data
LES DESTINATAIRES DU PRÉSENT PROJET SONT
INVITÉS À PRÉSENTER, AVEC LEURS OBSER-
Veuillez consulter les notes administratives en page iii
VATIONS, NOTIFICATION DES DROITS DE PRO-
PRIÉTÉ DONT ILS AURAIENT ÉVENTUELLEMENT
CONNAISSANCE ET À FOURNIR UNE DOCUMEN-
TATION EXPLICATIVE.
OUTRE LE FAIT D’ÊTRE EXAMINÉS POUR
ÉTABLIR S’ILS SONT ACCEPTABLES À DES FINS
INDUSTRIELLES, TECHNOLOGIQUES ET COM-
Numéro de référence
MERCIALES, AINSI QUE DU POINT DE VUE
ISO/FDIS 16773-2:2015(F)
DES UTILISATEURS, LES PROJETS DE NORMES
INTERNATIONALES DOIVENT PARFOIS ÊTRE
CONSIDÉRÉS DU POINT DE VUE DE LEUR POSSI-
BILITÉ DE DEVENIR DES NORMES POUVANT
SERVIR DE RÉFÉRENCE DANS LA RÉGLEMENTA-
©
TION NATIONALE. ISO 2015
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ISO/FDIS 16773-2:2015(F)
TRAITEMENT PARALLÈLE ISO/CEN
Le présent projet final a été élaboré dans le cadre de l’Organisation internationale de normalisation (ISO) et
soumis selon le mode de collaboration sous la direction de l’ISO, tel que défini dans l’Accord de Vienne. Le
projet final a été établi sur la base des observations reçues lors de l’enquête parallèle sur le projet.
Le projet final est par conséquent soumis aux comités membres de l’ISO et aux comités membres du CEN en
parallèle à un vote d’approbation de deux mois au sein de l’ISO et à un vote formel au sein du CEN.
Les votes positifs ne doivent pas être accompagnés d’observations.
Les votes négatifs doivent être accompagnés des arguments techniques pertinents.
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ii © ISO 2015 – Tous droits réservés
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ISO/FDIS 16773-2:2015(F)
Sommaire Page
Avant-propos .iv
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Principe . 1
5 Cellule électrochimique . 2
5.1 Généralités . 2
5.2 Électrodes . 3
5.3 Surface exposée . 4
5.4 Électrolyte . 4
6 Mode opératoire. 4
6.1 Mise à la terre . 4
6.2 Blindage . 5
6.3 Mise à la terre des câbles de la cellule . 5
6.4 Environnement . 5
6.5 Caractéristiques de l’appareillage de mesure . 5
6.6 Test de confiance . 6
6.6.1 Généralités . 6
6.6.2 Utilisation des cellules lors de l’essai interlaboratoires pour le test de confiance . 6
6.6.3 Estimation de l’erreur et précision . 6
6.7 Éprouvettes . 6
6.7.1 Conditionnement préalable des éprouvettes . 6
6.7.2 Maîtrise de l’environnement . 7
6.8 Évaluation des éprouvettes revêtues en laboratoire et sur site. 7
6.9 Nombre d’éprouvettes et répétabilité des résultats . 8
7 Paramètres instrumentaux . 8
7.1 Généralités . 8
7.2 Potentiel de conditionnement et durée de conditionnement . 8
7.3 Spectre de fréquences . 8
7.4 Espacement des données de mesure et données de mesure par décade . 9
7.5 Contrôle du potentiel du courant continu . 9
7.6 Amplitude de perturbation . 9
7.7 Réglages de la gamme de courant.10
7.8 Réglages pour le calcul de la moyenne des résultats .10
8 Présentation des données .10
8.1 Généralités .10
8.2 Diagramme de Bode .10
8.3 Diagramme de Nyquist .11
9 Format d’échange des fichiers .12
10 Rapport d’essai .12
Annexe A (informative) Détermination de l’impédance maximale mesurable lors de l’essai
à circuit ouvert .14
Annexe B (normative) Format du fichier d’échange de données .16
Annexe C (informative) Considérations sur la détermination précise de la surface exposée .21
Bibliographie .25
© ISO 2015 – Tous droits réservés iii
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ISO/FDIS 16773-2:2015(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 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’OMC concernant les obstacles techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: Avant-propos —
Informations supplémentaires.
Le comité chargé de l’élaboration du présent document est l’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 16773-2:2007), qui a fait l’objet
d’une révision technique. Les principaux changements apportés sont les suivants:
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 comme suit: Spectroscopie
d’impédance électrochimique (SIE) sur des éprouvettes métalliques revêtues et non revêtues;
b) une référence à l’ISO/TR 16208 a été ajoutée;
c) des considérations sur la détermination précise de la surface exposée ont été ajoutées dans une
Annexe informative;
d) un rapport d’essai a été ajouté.
L’ISO 16773 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Spectroscopie d’impédance
électrochimique (SIE) sur des éprouvettes métalliques revêtues et non revêtues:
— Partie 1: Termes et définitions
— Partie 2: Recueil des données
— Partie 3: Traitement et analyse des données obtenues à partir de cellules test
— Partie 4: Exemples de spectres d’éprouvettes revêtues et non revêtues de polymères
iv © ISO 2015 – Tous droits réservés
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PROJET FINAL DE NORME INTERNATIONALE ISO/FDIS 16773-2:2015(F)
Spectroscopie d’impédance électrochimique (SIE) sur des
éprouvettes métalliques revêtues et non revêtues —
Partie 2:
Recueil des données
1 Domaine d’application
La présente partie de l’ISO 16773 fournit des lignes directrices pour l’optimisation du recueil des
données de SIE en se focalisant en particulier sur les systèmes de haute impédance. Dans le contexte
des revêtements intacts, «haute impédance» se réfère à des systèmes ayant une impédance supérieure
9 2
à 10 Ω⋅cm . Cela n’empêche pas le mesurage de systèmes d’impédance inférieure. En ce qui concerne
les éprouvettes non revêtues, l’ISO/TR 16208 peut être consulté pour obtenir des informations
complémentaires.
La présente partie de l’ISO 16773 traite:
— du montage instrumental: exigences et problèmes;
— de la validation des données: vérification de la plage de mesure et de la précision des données;
— de l’exécution d’un mesurage de SIE: dispositions relatives à l’éprouvette et paramètres
instrumentaux;
— des résultats expérimentaux: les différentes méthodes de présentation des données de SIE.
Ces lignes directrices visent à garantir l’acquisition de données de SIE utilisables pour étudier les
performances de l’éprouvette. La présente partie de l’ISO 16773 ne donne aucune ligne directrice
concernant l’interprétation des données.
2 Références normatives
Les documents suivants, en tout ou partie, sont référencés de façon normative dans le présent document
et sont indispensables pour son application. 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).
1)
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.
4 Principe
Un test dit «de confiance» est décrit pour contrôler l’adéquation de l’ensemble du montage, et des
recommandations sont données sur la façon de réaliser des essais de spectroscopie d’impédance
électrochimique (SIE). Pour des raisons pratiques, ne sont décrites que des mesures de SIE à tension
imposée mais il est également possible d’effectuer des mesures de SIE à courant imposé.
1) À paraître.
© ISO 2015 – Tous droits réservés 1
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ISO/FDIS 16773-2:2015(F)
Le potentiostat est raccordé soit à une cellule test, soit à une cellule électrochimique (avec des électrodes
de travail et de référence, et une contre-électrode). Une tension sinusoïdale simple ou multiple,
associée ou non à une tension continue, est appliquée par le potentiostat à la cellule test ou à la cellule
électrochimique, et le courant alternatif résultant est mesuré. Les valeurs de la tension et du courant
alternatif sont recueillies simultanément et leur amplitude ainsi que leur déphasage sont analysés.
Cela peut se faire de différentes manières, en fonction du type d’équipement utilisé. Toutes les données
sont représentées et comparées graphiquement ou elles peuvent être ramenées numériquement par
ordinateur à des circuits équivalents. Dans le cas de la cellule test, les valeurs de ces composants
équivalents sont comparées à celles des composants de la cellule réelle raccordés au potentiostat et leur
cohérence est évaluée.
5 Cellule électrochimique
5.1 Généralités
NOTE 1 Il existe différents types de cellules de mesure pouvant convenir à l’utilisation de la présente partie
de l’ISO 16773. Les plus courants sont les configurations à deux ou à trois électrodes pour effectuer des mesures
dans un électrolyte aqueux.
La cellule doit être construite en matériaux insensibles à la corrosion, qui ne détériorent pas et ne
contaminent pas la solution (par exemple PMMA, PTFE ou verre). Il convient de procéder au contrôle de
la compatibilité des matériaux.
La cellule doit être étanche pour garantir que la surface géométrique de l’éprouvette ne varie pas dans
le temps. Pour le colmatage, utiliser un matériau de joint isolant électriquement (joint torique, etc.),
c’est-à-dire ayant une résistance à travers l’épaisseur largement supérieure à celle du revêtement.
Il convient que la conception de la cellule permette d’introduire les éléments suivants dans la
chambre contenant l’électrolyte: l’électrode de travail, l’électrode de référence, la contre-électrode,
un thermomètre (pour le contrôle de la température) et des tuyaux d’entrée et de sortie des gaz pour
modifier la teneur en oxygène de l’électrolyte. Si l’on utilise un gaz inerte, il est recommandé d’utiliser
un épurateur pour gaz.
Un exemple de cellule électrochimique est représenté à la Figure 1.
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1
2
3
4
Légende
1 électrode de référence
2 contre-électrode
3 électrolyte
4 joint torique
5 revêtement
6 électrode de travail
Figure 1 — Exemple de cellule électrochimique
NOTE D’autres conceptions peuvent convenir.
Pour les éprouvettes métalliques non revêtues, il convient de prendre en considération la chute ohmique.
Les composants de la Figure 1 sont décrits de 5.2 à 5.4.
5.2 Électrodes
Le dispositif le plus classique pour réaliser la SIE en solution aqueuse se compose d’un montage à trois
électrodes: une électrode de travail, une électrode de référence et une contre-électrode.
Électrode de travail: Un subjectile conducteur recouvert du revêtement à étudier. Une grande
superficie est préférable pour mieux tenir compte des défauts et réduire l’impédance du système et
avoir un meilleur rapport signal-bruit.
Contre-électrode: Matériau inerte, tel que le platine, de grande superficie, orienté parallèlement à
l’électrode de travail pour permettre une distribution homogène du courant.
Électrode de référence: Il est recommandé d’utiliser une électrode de référence de faible impédance
et de faible bruit, conformément au manuel d’utilisation du fournisseur [pour l’essai des revêtements
organiques, un pont salin (par exemple siphon capillaire) n’est pas nécessaire]. Il convient que le
potentiel de l’électrode de référence soit vérifié périodiquement pour contrôler la précision de
l’électrode et sa stabilité dans le temps. À très haute fréquence, la présence de l’électrode de référence
peut induire de faux effets.
NOTE 1 Pour améliorer la qualité du signal à haute fréquence, un fil de platine avec un condensateur peut
être placé en parallèle de l’électrode de référence. Le condensateur garantit que le potentiel du courant continu
provient de l’électrode de référence et que le potentiel du courant alternatif provient du fil de platine.
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NOTE 2 Pour des applications spécifiques, il peut être acceptable d’utiliser une pseudo-électrode de
référence constituée d’un matériau inerte, tel qu’un alliage à forte teneur en nickel ou un fil d’argent chloruré.
Les pseudo-électrodes de référence sont utiles pour les mesurages sur site, là où une électrode de référence
peut facilement se briser.
5.3 Surface exposée
Il convient que la surface exposée soit connue et constante dans le temps; il convient également qu’elle
soit appropriée à l’examen. Plus la surface exposée est étendue, plus le mesurage est sensible aux défauts
isolés (pores) et meilleur est le rapport signal-bruit.
Si un joint torique est utilisé, la surface exposée précise doit être déterminée sous compression (voir
l’Annexe C pour une technique recommandée).
NOTE Par exemple, en cas d’utilisation d’un joint torique avec un diamètre de 1,2 cm et une surface exposée
d’environ 1,13 cm², une erreur allant jusqu’à 37 % peut se produire. En cas d’utilisation d’un joint torique avec un
diamètre de 4,7 cm et une surface exposée d’environ 18 cm², une erreur allant jusqu’à 8 % peut se produire.
Il est recommandé à l’utilisateur de choisir la plus grande surface possible qui ne présente aucun défaut.
Une surface type est d’un ordre de grandeur de 10 cm².
5.4 Électrolyte
Il est recommandé que la résistance de la solution soit faible comparée à l’impédance du système
étudié. Différents types d’électrolytes peuvent être utilisés. Des électrolytes non agressifs peuvent
être employés pour caractériser les propriétés du système sans introduire de corrosion. Une solution
agressive peut être choisie pour caractériser la résistance à la corrosion du système. Il convient de
choisir l’électrolyte en gardant à l’esprit l’usage final.
NOTE 1 Pour l’usage final souhaité, le pH, la concentration et la composition de l’électrolyte peuvent être des
paramètres importants.
Lorsque la teneur en oxygène influe sur la corrosion, le conditionnement préalable doit être choisi de
manière à permettre d’établir un état d’équilibre.
NOTE 2 Une purge avec de l’oxygène ou un gaz inerte pourrait être nécessaire pour obtenir l’état d’équilibre.
6 Mode opératoire
6.1 Mise à la terre
Un appareil de SIE se compose d’un potentiostat, d’un ordinateur et d’un module ou d’un instrument
supplémentaire spécifiquement requis pour le mesurage de l’impédance.
Les dispositions électriques de mise à la terre entre les instruments, l’éprouvette et l’environnement
sont importantes à la fois pour la sécurité de l’opérateur et pour l’acquisition de données de SIE aussi
précises et exemptes de bruit que possible.
a) La sécurité de l’opérateur est primordiale. Il convient de relier le châssis de l’appareil de SIE à la
terre pour prévenir tout choc électrique potentiellement mortel en cas de dysfonctionnement de
l’appareillage. Le châssis est normalement mis à la terre par le raccordement à l’alimentation en
courant alternatif. En aucun cas, il n’y a lieu de contourner ce raccordement à la terre.
b) Dans la plupart des cas, l’éprouvette revêtue est soumise à l’essai au laboratoire dans une cellule
électrochimique telle que celle décrite en 5.1, dans laquelle l’éprouvette est électriquement isolée
de la terre, ou montée suivant une configuration «flottante». Ceci est le cas le plus simple qui ne
nécessite pas de considération particulière en ce qui concerne le raccordement de l’instrument à
l’éprouvette.
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c) Si, toutefois, l’éprouvette revêtue est mise à la terre, les considérations de mise à la terre deviennent
plus complexes. Cela peut être le cas si l’on applique la SIE à l’essai de structures revêtues sur site,
telles que réservoirs ou pipelines. Si l’éprouvette revêtue est mise à la terre, il est recommandé que
l’appareil de SIE soit électriquement isolé de cette dernière de façon à obtenir des données précises
de SIE. Ce point n’a rien d’évident et en général il est pris en considération lors de la conception du
système de SIE. Un montage flottant du système de SIE en omettant le raccordement protecteur à la
terre constitue un risque pour la sécurité et n’est pas acceptable.
d) Lors du raccordement de plusieurs appareils et ordinateurs, il peut arriver de raccorder, par
inadvertance, à la terre un appareil «flottant» par le branchement à un appareil relié à la terre.
Cela peut engendrer du bruit à travers des «mises à la terre en boucle» ou même entraîner des
dysfonctionnements.
6.2 Blindage
Le blindage est très important pour le bruit lors des mesurages de SIE sur des éprouvettes de haute
impédance. Une enceinte de blindage adéquate protège les câbles et les électrodes de la cellule contre
l’action du rayonnement électromagnétique provenant de l’environnement extérieur. Il convient de
placer la cellule électrochimique à l’intérieur d’une cage de Faraday et de relier la cage de Faraday à la
masse du potentiostat. Si le potentiostat est équipé d’un électromètre externe, il convient également de
placer ce dernier à l’intérieur de la cage de Faraday. Il convient de se reporter à la notice du fabricant
pour assurer un câblage adéquat.
6.3 Mise à la terre des câbles de la cellule
Il convient que les raccordements entre les câbles de la cellule et la cellule soient propres et que la
longueur des câbles soit aussi restreinte que possible afin de réduire le plus possible la capacité parasite.
6.4 Environnement
Les conditions suivantes au voisinage de l’expérience de SIE peuvent jouer sur la qualité des mesures.
a) L’alimentation en courant alternatif de l’appareil de SIE peut être génératrice de bruit ou
présenter d’importantes fluctuations de tension, ce qui peut provoquer du bruit dans les données
électrochimiques. Si le bruit est important, l’utilisateur peut installer un régulateur de ligne à
courant alternatif. Les données brutes relatives au potentiel et au courant sont généralement
moyennées par l’appareil de SIE et ne sont pas aussi sensibles au bruit de circuit que lors des essais
en courant continu.
b) Le bruit électromagnétique émanant des dispositifs électriques (par exemple, moniteurs
d’ordinateurs) situés au voisinage de l’installation d’essai SIE peut également contribuer au bruit lors
de l’essai. Là encore, le traitement des données préserve de ce bruit. Les appareils ou équipements
à fonctionnement intermittent (tels que congélateurs, étuves, nettoyeurs à ultrasons, agitateurs
magnétiques, bains-marie etc.) sont particulièrement perturbateurs car ils peuvent introduire du
bruit dans le circuit électrique quand ils sont activés. Il convient, si possible, de faire fonctionner
ces appareils sur un autre circuit. Étant donné les faibles intensités généralement observées lors
des essais de SIE sur éprouvettes revêtues, il convient de toujours enfermer l’éprouvette dans une
cage de Faraday reliée à la masse de l’appareil approprié.
c) L’humidité relative dans l’environnement peut aussi être une source de problèmes. Si elle est élevée,
une micro-condensation provoquant une ligne de fuite de faible impédance peut apparaître dans
l’électronique de l’appareil de SIE. Aux faibles intensités généralement observées lors des essais de
SIE sur éprouvettes revêtues, cela peut induire des erreurs de mesurage du courant.
6.5 Caractéristiques de l’appareillage de mesure
Une cellule électrochimique a des valeurs d’impédance qui peuvent s’échelonner de 1 mΩ à plus
12 12
de 1 TΩ (10 Ω). L’impédance mesurée sur les éprouvettes revêtues peut atteindre jusqu’à 10 Ω.
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Une éprouvette de haute impédance présente un courant de très faible intensité lors de l’essai de SIE.
C’est pourquoi il faut que l’appareil utilisé pour mesurer la SIE des éprouvettes revêtues soit capable
de mesurer ces faibles intensités. L’essai décrit en 6.6 est utile pour s’assurer qu’un appareil de SIE a la
capacité de mesurer des éprouvettes revêtues.
Il convient que la totalité des appareils permette de mesurer les cellule
...
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