腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

腐蝕給國(guó)民經(jīng)濟(jì)帶來(lái)的巨大經(jīng)濟(jì)損失已經(jīng)引起人們的重視，腐蝕防護(hù)成為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)研究的重要領(lǐng)域之一。金屬腐蝕速率和機(jī)理是研究腐蝕防護(hù)的主要內(nèi)容，腐蝕監(jiān)檢測(cè)技術(shù)又是研究金屬腐蝕速率和機(jī)理的重要手段。所以腐蝕檢測(cè)技術(shù)的重要性突出地顯現(xiàn)出來(lái)。

1 較成熟的腐蝕檢測(cè)方法

1 電阻法

電阻法測(cè)定金屬腐蝕速度，是根據(jù)金屬試樣由于腐蝕作用使橫截面積減小，從而導(dǎo)致電阻增大的原理。利用該原理已經(jīng)研制出較多的電阻探針用于監(jiān)測(cè)設(shè)備的腐蝕情況，是研究設(shè)備腐蝕的一種有效工具。

圖1 電阻法測(cè)量

2 線性極化法

線性極化法對(duì)腐蝕情況變化響應(yīng)快，能獲得瞬間腐蝕速率，比較靈敏，可以及時(shí)地反映設(shè)備操作條件的變化，是一種非常適用于監(jiān)測(cè)的方法。

圖2 線性極化曲線

3 電位法

作為一種腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)，電位監(jiān)測(cè)有其明顯優(yōu)點(diǎn)：可以在不改變金屬表面狀態(tài)、不擾亂生產(chǎn)體系的條件下從生產(chǎn)裝置本身得到快速響應(yīng)，但它也能用來(lái)測(cè)量插入生產(chǎn)裝置的試樣。

圖3 電位法檢測(cè)

4 超聲波測(cè)厚法

超聲波測(cè)厚法是利用壓電換能器產(chǎn)生的高頻聲波穿過(guò)材料，測(cè)量回聲返回探頭的時(shí)間或記錄產(chǎn)生共鳴時(shí)聲波的振幅作為訊號(hào)，來(lái)檢測(cè)缺陷或測(cè)量壁厚。一般采用示波器或曲線記錄儀顯示接受到的訊號(hào)，比較先進(jìn)的儀器則可以直接顯示缺陷，或給出厚度的數(shù)值。

圖4 超聲波側(cè)厚

2 迅速成長(zhǎng)的腐蝕監(jiān)測(cè)方法

1 電化學(xué)阻抗譜

電化學(xué)阻抗譜（EIS）優(yōu)于其它暫態(tài)技術(shù)的一個(gè)特點(diǎn)是，只需對(duì)處于穩(wěn)態(tài)的體系施加一個(gè)無(wú)限小的正弦波擾動(dòng)，這對(duì)于研究電極上的薄膜，如修飾電極和電化學(xué)沉積膜的現(xiàn)場(chǎng)研究十分重要，因?yàn)檫@種測(cè)量不會(huì)導(dǎo)致膜結(jié)構(gòu)發(fā)生大的變化。

a）最簡(jiǎn)單的電化學(xué)界面（b）具有持續(xù)擴(kuò)散和一個(gè)時(shí)間常數(shù)（c）具有兩個(gè)時(shí)間常數(shù)（d）孔蝕過(guò)程的阻抗

圖5 解釋腐蝕系統(tǒng)EIS結(jié)果而提出的等效電路模型

2 電化學(xué)噪聲技術(shù)

電化學(xué)噪聲（Electrochemical noise，簡(jiǎn)稱EN）是指電化學(xué)動(dòng)力系統(tǒng)中， 其電化學(xué)狀態(tài)參量（如：電極電位、外測(cè)電流密度等）的隨機(jī)非平衡波動(dòng)現(xiàn)象。這種噪聲產(chǎn)生于電化學(xué)系統(tǒng)的本身，而不是來(lái)源于控制儀器的噪音或是其它的外來(lái)干擾。

圖6 某企業(yè)電化學(xué)檢測(cè)界面及圖像

3 薄層活化技術(shù)

當(dāng)難以接觸到被測(cè)表面或被測(cè)表面被重疊結(jié)構(gòu)遮蓋時(shí)，帶電粒子活化或中子活化等核反應(yīng)方法就成為監(jiān)測(cè)磨損腐蝕的強(qiáng)有力的工具。薄層活化方法（TLA）是一種先進(jìn)的磨損測(cè)量技術(shù)，在現(xiàn)代工業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)越廣。同常規(guī)的磨損測(cè)量方法相比，薄層活化法是非接觸式無(wú)損遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)磨損、腐蝕和沖蝕等材料表面的剝蝕，不需拆卸零件，可在線進(jìn)行磨損測(cè)量；可以同時(shí)測(cè)量一個(gè)機(jī)器中幾個(gè)零部件表面的磨損量；該方法靈敏度高，用濃度測(cè)量法可達(dá)10-6g，薄層示差法可達(dá)±015ìm；活化面積小，活化深度一般不超過(guò)200ìm，放射性活度很低，在使用時(shí)低于國(guó)家規(guī)定的安全值；此外該方法比常規(guī)方法所耗的費(fèi)用更低，試驗(yàn)時(shí)間明顯縮短，費(fèi)效比更合理。

4 場(chǎng)圖像技術(shù)

場(chǎng)圖像技術(shù)（FSM）也有譯成“電指紋法”。通過(guò)在給定范圍進(jìn)行相應(yīng)次數(shù)的電位測(cè)量，可對(duì)局部現(xiàn)象進(jìn)行監(jiān)測(cè)和定位。FSM的獨(dú)特之處在于將所有測(cè)量的電位同監(jiān)測(cè)的初始值相比較，這些初始值代表了部件最初的幾何形狀，可以將它看成部件的“指紋”，電指紋法名稱即得名于此。

圖7 FSM電場(chǎng)示意圖

5 恒電量技術(shù)

據(jù)前人研究工作，恒電量技術(shù)作為一種研究和評(píng)價(jià)鋼筋腐蝕的方法，在某些方面比傳統(tǒng)的方法具有優(yōu)勢(shì)，它有著快速、擾動(dòng)小、無(wú)損檢測(cè)和結(jié)果定量等優(yōu)點(diǎn)，而且通過(guò)拉普拉斯或富立葉變換等時(shí)-頻變換技術(shù)從恒電量激勵(lì)下衰減信號(hào)的暫態(tài)響應(yīng)曲線得到電極系統(tǒng)的阻抗頻譜，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線測(cè)量，因此是一種極具應(yīng)用潛力的腐蝕監(jiān)測(cè)方法。

圖8 恒電量腐蝕檢測(cè)工作原理圖

3 基礎(chǔ)研究中的腐蝕檢測(cè)技術(shù)

1 光電化學(xué)方法技術(shù)

光電化學(xué)方法是一種原位研究方法，對(duì)于表征鈍化膜的光學(xué)和電子性質(zhì)、分析金屬相合金表面層的組成和結(jié)構(gòu)以及研究金屬腐蝕過(guò)程均有很好的效果。作為一種在微米及納米尺度范圍內(nèi)研究光電活性材料及光誘導(dǎo)局部光電化學(xué)的新技術(shù)，激光掃描光電化學(xué)顯微技術(shù)的研究不僅豐富了人們從較微觀的角度對(duì)金屬氧化膜電極、半導(dǎo)體電極表面修飾及腐蝕過(guò)程等的認(rèn)識(shí)，而且也促進(jìn)了光電化學(xué)理論的發(fā)展與完善，預(yù)期今后該技術(shù)將在金屬鈍化膜的孔蝕及其破壞過(guò)程研究中有廣闊的應(yīng)用前景。

2 拉曼光譜

激光拉曼光譜在過(guò)去的近二十年中越來(lái)越廣泛地在金屬腐蝕研究領(lǐng)域被運(yùn)用，主要包括用電化學(xué)調(diào)制的原位表面增強(qiáng)拉曼散射（SERS）對(duì)一些重要的緩蝕劑體系的研究和用電化學(xué)調(diào)制的SERS、普通拉曼光譜以及其它的原位或準(zhǔn)原位拉曼光譜應(yīng)用形式對(duì)一些氧化或鈍化膜進(jìn)行表征和研究。

圖9 拉曼光譜原理圖

4 結(jié)論與展望

腐蝕監(jiān)測(cè)發(fā)展的方向是各種腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，共同推進(jìn)腐蝕防護(hù)研究快速發(fā)展。腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的結(jié)合是目前研究腐蝕監(jiān)測(cè)儀器的主要方向，腐蝕監(jiān)測(cè)儀器的智能化是腐蝕防護(hù)發(fā)展的主流趨勢(shì)。