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腐蝕監(jiān)測技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

2019-10-30 01:43:37 hualin

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


較成熟的腐蝕檢測方法


1 電阻法


電阻法測定金屬腐蝕速度,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)測設(shè)備的腐蝕情況,是研究設(shè)備腐蝕的一種有效工具。


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圖1 電阻法測量

 

2 線性極化法


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


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圖2 線性極化曲線

 



3 電位法


作為一種腐蝕監(jiān)測技術(shù),電位監(jiān)測有其明顯優(yōu)點: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),但它也能用來測量插入生產(chǎn)裝置的試樣。


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圖3 電位法檢測

 



4 超聲波測厚法


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


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圖4 超聲波側(cè)厚


迅速成長的腐蝕監(jiān)測方法


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)的一個特點是,只需對處于穩(wěn)態(tài)的體系施加一個無限小的正弦波擾動,這對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)場研究十分重要,因為這種測量不會導(dǎo)致膜結(jié)構(gòu)發(fā)生大的變化。


a)最簡單的電化學(xué)界面(b)具有持續(xù)擴散和一個時間常數(shù)(c)具有兩個時間常數(shù)(d)孔蝕過程的阻抗


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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,簡稱EN)是指電化學(xué)動力系統(tǒng)中, 其電化學(xué)狀態(tài)參量(如:電極電位、外測電流密度等)的隨機非平衡波動現(xiàn)象。這種噪聲產(chǎn)生于電化學(xué)系統(tǒng)的本身,而不是來源于控制儀器的噪音或是其它的外來干擾。


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圖6 某企業(yè)電化學(xué)檢測界面及圖像


3 薄層活化技術(shù)


當難以接觸到被測表面或被測表面被重疊結(jié)構(gòu)遮蓋時,帶電粒子活化或中子活化等核反應(yīng)方法就成為監(jiān)測磨損腐蝕的強有力的工具。薄層活化方法(TLA)是一種先進的磨損測量技術(shù),在現(xiàn)代工業(yè)中的應(yīng)用越來越廣。同常規(guī)的磨損測量方法相比,薄層活化法是非接觸式無損遠程監(jiān)測磨損、腐蝕和沖蝕等材料表面的剝蝕,不需拆卸零件,可在線進行磨損測量;可以同時測量一個機器中幾個零部件表面的磨損量;該方法靈敏度高,用濃度測量法可達10-6g,薄層示差法可達±015ìm;活化面積小,活化深度一般不超過200ìm,放射性活度很低,在使用時低于國家規(guī)定的安全值;此外該方法比常規(guī)方法所耗的費用更低,試驗時間明顯縮短,費效比更合理。

 



4 場圖像技術(shù)


場圖像技術(shù)(FSM)也有譯成“電指紋法”。通過在給定范圍進行相應(yīng)次數(shù)的電位測量,可對局部現(xiàn)象進行監(jiān)測和定位。FSM的獨特之處在于將所有測量的電位同監(jiān)測的初始值相比較,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。


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圖7 FSM電場示意圖


5 恒電量技術(shù)


據(jù)前人研究工作,恒電量技術(shù)作為一種研究和評價鋼筋腐蝕的方法,在某些方面比傳統(tǒng)的方法具有優(yōu)勢,它有著快速、擾動小、無損檢測和結(jié)果定量等優(yōu)點,而且通過拉普拉斯或富立葉變換等時-頻變換技術(shù)從恒電量激勵下衰減信號的暫態(tài)響應(yīng)曲線得到電極系統(tǒng)的阻抗頻譜,可以實現(xiàn)實時在線測量,因此是一種極具應(yīng)用潛力的腐蝕監(jiān)測方法。


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圖8 恒電量腐蝕檢測工作原理圖

 

3 基礎(chǔ)研究中的腐蝕檢測技術(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金屬氧化膜電極、半導(dǎo)體電極表面修飾及腐蝕過程等的認識,而且也促進了光電化學(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


激光拉曼光譜在過去的近二十年中越來越廣泛地在金屬腐蝕研究領(lǐng)域被運用,主要包括用電化學(xué)調(diào)制的原位表面增強拉曼散射(SERS)對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原位拉曼光譜應(yīng)用形式對一些氧化或鈍化膜進行表征和研究。


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圖9 拉曼光譜原理圖


結(jié)論與展望


腐蝕監(jiān)測發(fā)展的方向是各種腐蝕監(jiān)測技術(shù)優(yōu)勢互補,共同推進腐蝕防護研究快速發(fā)展。腐蝕監(jiān)測技術(shù)和計算機技術(shù)的結(jié)合是目前研究腐蝕監(jiān)測儀器的主要方向,腐蝕監(jiān)測儀器的智能化是腐蝕防護發(fā)展的主流趨勢。