腐蝕電化學(xué)—腐蝕科學(xué)研究中的明珠

    金屬材料的腐蝕失效行為，在多數(shù)情況下是電化學(xué)過程，因此腐蝕電化學(xué)的研究和發(fā)展是腐蝕與防護(hù)科學(xué)研究中的重要組成。與其他電化學(xué)不同，腐蝕電化學(xué)最大的特征是非平衡和多反應(yīng)耦合，即在沒有外電流的自然電位（ 腐蝕電位） 下，腐蝕金屬電極表面上有兩個(gè)或多個(gè)電極反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行，腐蝕電位是兩個(gè)或多個(gè)電極反應(yīng)相耦合的非平衡電位。此外，腐蝕電極參與電化學(xué)反應(yīng)，其表面狀況不斷發(fā)生變化，具有時(shí)間分辨的腐蝕行為檢測(cè)尤為重要。腐蝕電化學(xué)的目的是建立電化學(xué)基礎(chǔ)理論與金屬腐蝕理論之間的橋梁。

    早期的腐蝕電化學(xué)研究集中在穩(wěn)態(tài)下的極化曲線在腐蝕體系中的理論和應(yīng)用。極化曲線解析的核心基礎(chǔ)仍是基于1905 年提出的Tafel 方程，而循環(huán)極化技術(shù)對(duì)于局部腐蝕則提供了量化參數(shù)。

    電化學(xué)阻抗譜是一種建立在頻率掃描基礎(chǔ)上的電化學(xué)技術(shù)，等效電路的選擇和分析仍然是電化學(xué)阻抗譜解析中的重要方法。曹楚南院士從穩(wěn)定性原理出發(fā)，建立數(shù)學(xué)模型，解析獲得相應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)，克服了等效電路模型不唯一和感抗難以解釋的不足等，發(fā)展了電化學(xué)阻抗譜新的解析方法。電化學(xué)噪聲技術(shù)作為一種原位無(wú)損的監(jiān)測(cè)方法，日益受到重視，特別是時(shí)頻分析技術(shù)的發(fā)展，從早期的傅里葉變換，最大熵值法，到后來的散粒噪聲理論，分形理論和混沌理論的應(yīng)用，極大促進(jìn)了電化學(xué)噪聲技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，但如何建立電化學(xué)噪聲數(shù)據(jù)和參數(shù)與腐蝕速率和機(jī)制之間的實(shí)相關(guān)仍是電化學(xué)噪聲技術(shù)發(fā)展的最大挑戰(zhàn)。暫態(tài)腐蝕電化學(xué)技術(shù)發(fā)展較為緩慢，與腐蝕金屬電極非平衡特征有關(guān)，數(shù)據(jù)解析困難。

    現(xiàn)代腐蝕電化學(xué)發(fā)展有兩大趨勢(shì)，一是以掃描探針為基礎(chǔ)的具有空間分辨的電化學(xué)技術(shù)；二是特殊、苛刻環(huán)境下的腐蝕電化學(xué)新現(xiàn)象和新規(guī)律。掃描探針技術(shù)包括掃描開爾文探針，掃描振動(dòng)電極技術(shù)，掃描電化學(xué)顯微鏡，微區(qū)電化學(xué)阻抗以及電化學(xué)- 原子力顯微鏡等，這些技術(shù)可以在微米/ 納米尺度下原位觀察腐蝕的發(fā)生發(fā)展過程，解析相應(yīng)的動(dòng)力學(xué)參數(shù)，從而對(duì)腐蝕電極空間不均勻性進(jìn)行原位量化描述，因此近20 年發(fā)展較為迅速。特殊苛刻環(huán)境體現(xiàn)在高溫高壓、核輻射和固液氣三相界面區(qū)等，這與傳統(tǒng)的常溫常壓兩相界面發(fā)生的腐蝕電化學(xué)反應(yīng)過程和機(jī)制不盡相同，存在特殊性。這兩大趨勢(shì)總體上是越來越趨近于真實(shí)環(huán)境下的腐蝕過程原位監(jiān)測(cè)，而下一步可能的發(fā)展方向是從分子和原子水平去觀察理解腐蝕行為。

    希望我國(guó)腐蝕電化學(xué)發(fā)展越來越好，更多的年輕科學(xué)工作者投身腐蝕與防護(hù)的研究！