腐蚀监测技术现状及发展趋势

2019-10-30 01:43:37 hualin 19

腐蚀给国民经济带来的巨大经济损失已经引起人们的重视,腐蚀防护成为现代科学技术研究的重要领域之一。金属腐蚀速率和机理是研究腐蚀防护的主要内容,腐蚀监检测技术又是研究金属腐蚀速率和机理的重要手段。所以腐蚀检测技术的重要性突出地显现出来。


较成熟的腐蚀检测方法


1 电阻法


电阻法测定金属腐蚀速度,是根据金属试样由于腐蚀作用使横截面积减小,从而导致电阻增大的原理。利用该原理已经研制出较多的电阻探针用于监测设备的腐蚀情况,是研究设备腐蚀的一种有效工具。


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图1 电阻法测量

 

2 线性极化法


线性极化法对腐蚀情况变化响应快,能获得瞬间腐蚀速率,比较灵敏,可以及时地反映设备操作条件的变化,是一种非常适用于监测的方法。


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图2 线性极化曲线

 



3 电位法


作为一种腐蚀监测技术,电位监测有其明显优点:可以在不改变金属表面状态、不扰乱生产体系的条件下从生产装置本身得到快速响应,但它也能用来测量插入生产装置的试样。


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图3 电位法检测

 



4 超声波测厚法


超声波测厚法是利用压电换能器产生的高频声波穿过材料,测量回声返回探头的时间或记录产生共鸣时声波的振幅作为讯号,来检测缺陷或测量壁厚。一般采用示波器或曲线记录仪显示接受到的讯号,比较先进的仪器则可以直接显示缺陷,或给出厚度的数值。


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图4 超声波侧厚


迅速成长的腐蚀监测方法


1 电化学阻抗谱


电化学阻抗谱(EIS)优于其它暂态技术的一个特点是,只需对处于稳态的体系施加一个无限小的正弦波扰动,这对于研究电极上的薄膜,如修饰电极和电化学沉积膜的现场研究十分重要,因为这种测量不会导致膜结构发生大的变化。


a)最简单的电化学界面(b)具有持续扩散和一个时间常数(c)具有两个时间常数(d)孔蚀过程的阻抗


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图5 解释腐蚀系统EIS结果而提出的等效电路模型


2 电化学噪声技术


电化学噪声(Electrochemical noise,简称EN)是指电化学动力系统中, 其电化学状态参量(如:电极电位、外测电流密度等)的随机非平衡波动现象。这种噪声产生于电化学系统的本身,而不是来源于控制仪器的噪音或是其它的外来干扰。


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图6 某企业电化学检测界面及图像


3 薄层活化技术


当难以接触到被测表面或被测表面被重叠结构遮盖时,带电粒子活化或中子活化等核反应方法就成为监测磨损腐蚀的强有力的工具。薄层活化方法(TLA)是一种先进的磨损测量技术,在现代工业中的应用越来越广。同常规的磨损测量方法相比,薄层活化法是非接触式无损远程监测磨损、腐蚀和冲蚀等材料表面的剥蚀,不需拆卸零件,可在线进行磨损测量;可以同时测量一个机器中几个零部件表面的磨损量;该方法灵敏度高,用浓度测量法可达10-6g,薄层示差法可达±015ìm;活化面积小,活化深度一般不超过200ìm,放射性活度很低,在使用时低于国家规定的安全值;此外该方法比常规方法所耗的费用更低,试验时间明显缩短,费效比更合理。

 



4 场图像技术


场图像技术(FSM)也有译成“电指纹法”。通过在给定范围进行相应次数的电位测量,可对局部现象进行监测和定位。FSM的独特之处在于将所有测量的电位同监测的初始值相比较,这些初始值代表了部件最初的几何形状,可以将它看成部件的“指纹”,电指纹法名称即得名于此。


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图7 FSM电场示意图


5 恒电量技术


据前人研究工作,恒电量技术作为一种研究和评价钢筋腐蚀的方法,在某些方面比传统的方法具有优势,它有着快速、扰动小、无损检测和结果定量等优点,而且通过拉普拉斯或富立叶变换等时-频变换技术从恒电量激励下衰减信号的暂态响应曲线得到电极系统的阻抗频谱,可以实现实时在线测量,因此是一种极具应用潜力的腐蚀监测方法。


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图8 恒电量腐蚀检测工作原理图

 

3 基础研究中的腐蚀检测技术


1 光电化学方法技术


光电化学方法是一种原位研究方法,对于表征钝化膜的光学和电子性质、分析金属相合金表面层的组成和结构以及研究金属腐蚀过程均有很好的效果。作为一种在微米及纳米尺度范围内研究光电活性材料及光诱导局部光电化学的新技术,激光扫描光电化学显微技术的研究不仅丰富了人们从较微观的角度对金属氧化膜电极、半导体电极表面修饰及腐蚀过程等的认识,而且也促进了光电化学理论的发展与完善,预期今后该技术将在金属钝化膜的孔蚀及其破坏过程研究中有广阔的应用前景。


2 拉曼光谱


激光拉曼光谱在过去的近二十年中越来越广泛地在金属腐蚀研究领域被运用,主要包括用电化学调制的原位表面增强拉曼散射(SERS)对一些重要的缓蚀剂体系的研究和用电化学调制的SERS、普通拉曼光谱以及其它的原位或准原位拉曼光谱应用形式对一些氧化或钝化膜进行表征和研究。


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图9 拉曼光谱原理图


结论与展望


腐蚀监测发展的方向是各种腐蚀监测技术优势互补,共同推进腐蚀防护研究快速发展。腐蚀监测技术和计算机技术的结合是目前研究腐蚀监测仪器的主要方向,腐蚀监测仪器的智能化是腐蚀防护发展的主流趋势。