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不锈钢耐蚀性研究方法概述
发布者:不锈钢管厂(www.zjhstg.com) 发布时间:2020/4/2 阅读:741

  不锈钢和碳钢腐蚀测量评定方法很多,根据不同的腐蚀试验目的有不同的测量方法,目前常用的方法有:失重法、表面分析法、电化学分析法。由于绝大多数腐蚀属于电化学腐蚀,而电化学腐蚀的本质是电化学反应,故电化学测量技术成为重要的测量技术,受到广泛的研究与应用。

一、失重法

   失重法是一种简单而直接的方法,腐蚀试验结束后,将腐蚀产物从金属表面去除,然后称重,和腐蚀之前试样的重量进行比较,得出腐蚀速率。虽然目前各种电化学分析方法和表面分析方法不断应用于腐蚀的研究,但是失重法仍然是最基本的定量评定耐蚀性的方法,并得到现场和实验研究中的广泛使用。


二、常规电化学测量技术

  由于电化学腐蚀过程的本质是电化学反应,所以无论在工业监测、现场研究还是实验室研究都是建立在金属介质界面双电层的电化学基础上的,因此电化学测量技术必然成为重要的腐蚀研究方法,常规的电化学测量技术又分为稳态测量和暂态测量。

  1. 动电位极化是最常用的稳态测量技术,应用范围很广,可以测定阴、阳极极化曲线、阴极电沉积析出电位、点蚀特征电位等。为了测得稳态的E-I曲线,电位扫速不宜过快或过慢。研究了316不锈钢在NaCl溶液中的动电位极化行为。结果表明,扫速对点蚀电位(Eb)有较大影响,扫速越大,测得的点蚀电位越正。这是由于不锈钢发生点蚀需要一定的诱导期,当电位越正时,点蚀所需的诱导期就越短。但是如果当电位扫描速度过快,测得的点蚀电位实际上已超出了真实的Eb。

  2. 循环伏安法本质上是伏安法的一种,通过对电位的多次正反向扫描可得到很多电极反应的信息,例如电极过程的可逆性、电极双电层电容及反应电阻、电极表面的吸附等。例如M.A. Deyab[42]等人利用循环伏安法研究了不锈钢的点蚀电位Eb与Cl-浓度的关系,随着Cl-浓度的增加,点蚀电位下降。反向扫描与正向扫描曲线交点为保护电位Ep,当电位E<Eb时,点蚀不会发生,当Ep<E<Eb,不会有新的点蚀,原有的点蚀继续发展,当E<Ep,既不会有新的点蚀,原来的点蚀也会再钝化。

  3. 电化学阻抗谱(electrochemical impedance spectroscopy,缩写为EIS)是指控制通过电化学系统的电流(或系统电位)在小幅度的条件下随时间按正弦规律变换,同时测量相应的系统电位(或系统电流)随时间的变换,或者直接测量交流阻抗(导纳),进而分析电化学系统的反应机理、计算系统的相关参数。由于以小振幅的电信号对研究体系进行扰动,所以可以避免对研究体系产生大的影响,测量结果的数学处理变得简单,通过对数据的解析可以得到更多的电极界面结构的信息和动力学信息。所以,EIS成为研究金属电化学腐蚀的强有力工具。

  4. 电化学噪声测量(electrochemical noise,缩写为EN)是指由于电化学电极系统的改变(例如钝化膜破裂、裂纹扩展、电极表面形成气泡并破裂、金属溶解、涂层脱落等)而产生电化学噪声并对其进行测量的一种原位无损的监测技术。由于没有外界的扰动,对电化学噪声数据的解析可以真实地探究腐蚀过程和机理,但其最主要的缺点是测量过程容易受到环境的影响以及电化学噪声谱的解析非常困难。例如胡骞和郭兴蓬[43]等人利用EN研究了13Cr不锈钢在NaCl溶液中缝隙腐蚀行为,通过电化学噪声进行时域谱解析可以得到不同的腐蚀阶段的电化学噪声特点,在初期钝化状态的噪声显示为高频波动,而中期亚稳态点蚀峰的噪声特点为电流快速上升和电位快速下降,腐蚀的稳定发展阶段噪声峰的特征为频率增加,单个峰的周期变长,电流电位变化达到同步。

 

三、微区电化学测量技术

   近年来,应用常规电化学测量技术对不锈钢局部腐蚀的研究取得了很大进展,但是仍然有一些局限性,不能反映不锈钢的局部腐蚀与材料和环境的作用过程与机理。因此,近年来研究者们越来越多的应用微区电化学测量技术来研究不锈钢腐蚀的微观机理,并实现原子水平原位检测腐蚀过程。目前在腐蚀研究中常用的微区电化学测量技术有:

 1. 扫描振动电极技术(SVET)

  它是在扫描参比电极的基础上发展的,通过扫描振动探针(SVP)测量样品表面的电位梯度和离子电流,从而探究局部腐蚀性能。该技术最大的优点在于不需要接触测试样品表面,可以弥补常规电化学测量对电极表面的扰动和破坏。

 2. 微区电化学阻抗技术

   常规的电化学阻抗谱难以表达微小区域内的腐蚀情况,只能反映表面整体的平均信息。而LEIS利用微电极可以实现对局部电化学阻抗的测量,这一点使得该技术非常适合用来研究金属的点蚀。

 3. 扫描电化学显微镜技术(SECM)

   它是在电化学超微电极(UME)和扫描隧道显微镜(STM)的基础上发展而来的,它的分辨率介于光学显微镜和扫描隧道显微镜之间,能够实现原位研究腐蚀电极的动态过程、腐蚀形貌、钝化膜的局部破坏和点蚀早期的萌生和发展过程等。

  4. 其他的一些测量技术,如扫描开尔文探针测量技术(SKP)、电化学扫描探针显微镜技术(ECSPM)也能从微观层面提供研究腐蚀过程和机理的重要信息。
 

 
 

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