腐蝕監(jiān)測(cè)被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代工業(yè)文明生產(chǎn)的重要手段。腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)是由實(shí)驗(yàn)室腐蝕試驗(yàn)方法和設(shè)備的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)發(fā)展而來(lái)的， 其目的在于揭示腐蝕過(guò)程以及了解腐蝕控制的應(yīng)用情況和控制效果。

    傳統(tǒng)的腐蝕監(jiān)測(cè)主要是在停車(chē)檢修期間安裝和取出掛片進(jìn)行檢測(cè)達(dá)到監(jiān)測(cè)目的， 檢測(cè)方法如失重法。失重試驗(yàn)是最古老的腐蝕試驗(yàn)方法。它通過(guò)稱(chēng)取試驗(yàn)片暴露在測(cè)試環(huán)境前后重量的變化來(lái)計(jì)算金屬表面的平均失重量。它的優(yōu)點(diǎn)是可以提供如：腐蝕率、腐蝕類(lèi)型、腐蝕產(chǎn)物的情況以及焊接腐蝕和應(yīng)力腐蝕等較多的信息， 但缺點(diǎn)是需破壞材料的結(jié)構(gòu)，試驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)， 而且得到的結(jié)果往往是整個(gè)試驗(yàn)周期中產(chǎn)生腐蝕的總和， 不適于現(xiàn)場(chǎng)使用。因此長(zhǎng)期以來(lái)失重法只用于實(shí)驗(yàn)室或者暴露場(chǎng)的暴露試驗(yàn)。

    現(xiàn)代的腐蝕監(jiān)測(cè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)大部分來(lái)自化學(xué)、石油化學(xué)、煉油、動(dòng)力等工業(yè)， 在這些工業(yè)中， 腐蝕行為可以通過(guò)各種方法監(jiān)測(cè)如超聲波法、聲發(fā)射法、電位法、電阻法、線性極化法、電偶法、電位監(jiān)測(cè)法、射線技術(shù)及各種探針技術(shù)。近年來(lái)出現(xiàn)的新的監(jiān)測(cè)技術(shù)有交流阻抗技術(shù)、恒電量技術(shù)、電化學(xué)噪聲技術(shù)和超聲波測(cè)量技術(shù)等。

    電化學(xué)測(cè)試方法是一種比較好的無(wú)損檢測(cè)方法。當(dāng)0.1μA/cm2 的自然腐蝕電流流經(jīng)1 h而生成的銹蝕產(chǎn)物約為1.04 ×104 mg/cm2 [ 1] .如果用失重法， 即使不考慮除銹技術(shù)上的困難， 測(cè)量出這樣小的重量變化也很困難。而用電化學(xué)方法卻很容易， 它的主要優(yōu)點(diǎn)是， 能夠快速響應(yīng)， 所得信息常常能與實(shí)驗(yàn)室中的背景研究直接聯(lián)系， 更有可能利用探測(cè)器來(lái)判斷生產(chǎn)裝置的腐蝕行為， 增加了診斷的可靠性， 有助于選擇補(bǔ)救措施或控制系統(tǒng)。

    本文重點(diǎn)討論了電化學(xué)方法， 主要有：電阻法（ER）， 電化學(xué)噪聲技術(shù)（ECN）， 交流阻抗技術(shù)（EIS）， 線形極化法（LPR）和恒電量技術(shù)。

    1 電化學(xué)方法的腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)

    1.1 電阻法（ER）

    顧名思義， 電阻法是利用金屬在腐蝕過(guò)程中截面減小，電阻增加， 通過(guò)電阻變化來(lái)測(cè)定腐蝕率的。因此測(cè)出腐蝕過(guò)程中的電阻變化即可求出腐蝕速度。它不受腐蝕介質(zhì)限制，在氣相、液相、導(dǎo)電或不導(dǎo)電的介質(zhì)中均可應(yīng)用。測(cè)量時(shí)不必把試樣取出， 也不必清除腐蝕產(chǎn)物， 因此可在生產(chǎn)過(guò)程中直接、連續(xù)的監(jiān)測(cè)， 具有靈敏、快速的優(yōu)點(diǎn)。

    電阻法的缺點(diǎn)是試樣加工要求嚴(yán)格， 因?yàn)殪`敏度和試樣的橫截面有關(guān)。試樣越細(xì)越薄則靈敏度越高， 如果腐蝕產(chǎn)物是導(dǎo)電體（如硫化物）則會(huì)造成測(cè)試結(jié)果誤差較大。如果介質(zhì)的電阻率過(guò)低也會(huì)帶來(lái)一定的誤差， 對(duì)于低腐蝕速度體系的測(cè)量所需時(shí)間較長(zhǎng)。而且不能測(cè)定局部腐蝕特征， 若用于非均勻腐蝕場(chǎng)合， 也有較大誤差， 所測(cè)腐蝕速度隨不均勻程度的加重而偏離 .文獻(xiàn)[給出了基本的電橋法原理圖，其要點(diǎn)在于當(dāng)電橋平衡時(shí)， 由于溫度補(bǔ)償試樣R補(bǔ)與被測(cè)試樣RX材料相同， 因此溫度對(duì)兩者的影響是同步的， 這樣，RX/R補(bǔ)的變化純粹是因腐蝕引起的電阻值的變化。

    國(guó)內(nèi)已有的電阻法腐蝕速度測(cè)試儀是蘭州煉油廠儀表分廠生產(chǎn)的DFJ-2型腐蝕測(cè)定記錄儀， 可以測(cè)出水處理不同階段（如預(yù)膜、換水、運(yùn)轉(zhuǎn)等階段）的腐蝕。還可以測(cè)定水處理中特定條件下（如帶銹預(yù)膜）的腐蝕.陳素晶 針對(duì)鋁合金腐蝕平均速率與瞬時(shí)速率的差異， 利用電阻法測(cè)量了7075鋁合金電阻隨時(shí)間的變化， 獲得了對(duì)應(yīng)的腐蝕速率與時(shí)間的關(guān)系；何建平利用該方法考察了鋁合金構(gòu)件的剝離腐蝕問(wèn)題， 認(rèn)為剝離腐蝕主要影響鋁合金構(gòu)件的尺寸， 如果將這種影響用電阻值的變化來(lái)表示， 則由電阻值的變化可以轉(zhuǎn)化為鋁合金腐蝕速率的實(shí)時(shí)變化， 提出了一種新的評(píng)估航空鋁合金剝蝕性能的電阻法 .

    吳建華等利用該原理監(jiān)測(cè)混凝土的腐蝕。方法是：在混凝土中埋入與鋼筋同材質(zhì)的電阻探針， 利用探針的電阻與其截面積呈反比的關(guān)系， 通過(guò)平衡電橋測(cè)量探針的電阻， 電阻的變化可以變換成腐蝕的深度。文獻(xiàn)中繪出了其測(cè)量原理圖。電阻法已經(jīng)成為在線腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要監(jiān)測(cè)手段， 但其固有的缺點(diǎn)即只能測(cè)定一段時(shí)間內(nèi)的累計(jì)腐蝕量， 而不能測(cè)定瞬時(shí)腐蝕速度和局部腐蝕制約了其進(jìn)一步的發(fā)展 .

    1.2電化學(xué)噪聲（ECN）

    電化學(xué)噪聲技術(shù)是指腐蝕著的電極表面所出現(xiàn)的一種電位或電流隨機(jī)自發(fā)波動(dòng)的現(xiàn)象, 這種波動(dòng)稱(chēng)為電化學(xué)噪音。分析這些噪音譜不僅能給出腐蝕的過(guò)程， 而且還可給出腐蝕的特點(diǎn)， 如點(diǎn)蝕特征。它包括電化學(xué)電位噪聲（EPN）以及電化學(xué)電流噪聲（ECN）， 反映了由于腐蝕發(fā)生引起腐蝕電位或電偶電流的微幅波動(dòng)。由于ECN測(cè)量方法簡(jiǎn)單， 對(duì)儀器要求不高， 近10年來(lái)已逐漸成為腐蝕研究的重要手段之一，并開(kāi)始應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)腐蝕監(jiān)測(cè)， 如不銹鋼、碳鋼、鋁合金、黃銅等的孔蝕、縫隙腐蝕、微生物腐蝕、涂層下腐蝕以及SCC過(guò)程中的ECN特征等。

    ECN測(cè)試裝置一般由兩個(gè)同材質(zhì)工作電極（WE1,WE2）及一個(gè)參比電極（RE）構(gòu)成， 其中WE2接地， WE1 連接運(yùn)放（OP）反相端， 組成零阻電流計(jì)（ZRA）。電流與電位信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后由計(jì)算機(jī)采集， 裝置原理圖見(jiàn)參考文獻(xiàn).ChenJF用一根細(xì)鉑絲取代常規(guī)ECN測(cè)量系統(tǒng)中的WE1, 建立了電化學(xué)發(fā)射譜（EES）， 由于Pt不會(huì)腐蝕， 因此所有ECN均來(lái)自同一工作電極， 可以避免因兩個(gè)工作電極同時(shí)產(chǎn)生ECN時(shí)的相互干擾， 簡(jiǎn)化了噪聲譜的辨識(shí).

    ECN測(cè)試的優(yōu)點(diǎn)是具有測(cè)量裝置簡(jiǎn)單、不需要外來(lái)擾動(dòng)， 對(duì)被測(cè)體系沒(méi)有干擾， 可以采用數(shù)學(xué)方法進(jìn)行分析， 反映材料腐蝕真實(shí)狀況。但由于金屬腐蝕過(guò)程中其本身的電學(xué)狀態(tài)隨機(jī)波動(dòng)， 其化學(xué)信號(hào)和腐蝕金屬電極之間的關(guān)系迄今為止仍未建立完整的測(cè)試體系， 因此不利于對(duì)金屬腐蝕的監(jiān)護(hù)和研究 .浙江大學(xué)的曹發(fā)和、張昭等人鑒于此， 利用面向?qū)ο蟮腣isionC++語(yǔ)言， 采用蝶形傅立葉算法開(kāi)發(fā)了電化學(xué)噪聲分析軟件ENAN.軟件， ENAN可以分析實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有電化學(xué)工作站（CHI660A, IM6E, powerlab）所采集的電化學(xué)噪聲， 得到功率密度譜（SPD）， 線性最小二乘法， 計(jì)算出相應(yīng)的特征參數(shù)及由此計(jì)算出孔蝕判據(jù)SE和SG.實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 .

    1.3 交流阻抗技術(shù)（EIS）

    最初測(cè)量電化學(xué)電阻采用交流電橋和李沙育方法等， 這些方法既費(fèi)時(shí)間又較繁瑣， 干擾影響也大。隨著電子技術(shù)的發(fā)展， 鎖相技術(shù)和相關(guān)技術(shù)的儀器（如頻率響應(yīng)分析儀、鎖相放大器等）被用于交流阻抗測(cè)試， 它們的靈敏度高， 測(cè)試方便， 而且容易應(yīng)用掃頻信號(hào)實(shí)現(xiàn)頻域阻抗圖的自動(dòng)測(cè)量。后來(lái)可以利用時(shí)頻變換技術(shù)從暫態(tài)響應(yīng)曲線得到電極系統(tǒng)的阻抗頻譜， 從而實(shí)現(xiàn)了在線測(cè)量， 追蹤電極表面狀態(tài)的變化 .1972 年， E.pelboin首次提出了應(yīng)用交流阻抗技術(shù)測(cè)量金屬腐蝕的方法Yin和Kelsall等人通過(guò)對(duì)惰性電極的阻抗-時(shí)間圖的分析， 得到了惰性電極表面的腐蝕行為和腐蝕機(jī)理， 并以此為依據(jù)建立了惰性電極腐蝕的數(shù)學(xué)模型 .

    Passiniemi和Vakipaeta利用交流阻抗法測(cè)試了聚苯胺的性質(zhì)， 研究了它的緩蝕機(jī)理和緩蝕效果 .交流阻抗方法是一種暫態(tài)電化學(xué)技術(shù)， 屬于交流信號(hào)測(cè)量的范疇， 具有測(cè)量速度快， 對(duì)研究對(duì)象表面狀態(tài)干擾小的特點(diǎn)， 它用小幅度交流信號(hào)擾動(dòng)電解池， 并觀察體系在穩(wěn)態(tài)時(shí)對(duì)擾動(dòng)的跟隨的情況， 同時(shí)測(cè)量電極的交流阻抗（交流阻抗譜）， 進(jìn)而計(jì)算電極的電化學(xué)參數(shù)， 特別適用于高阻抗土壤環(huán)境和對(duì)金屬腐蝕體系的測(cè)量。

    在金屬腐蝕行為的研究工作中， 交流阻抗實(shí)驗(yàn)方法應(yīng)用比較多。主要用來(lái)研究金屬材料在各種環(huán)境中的耐蝕性能和腐蝕機(jī)理。如芮玉蘭通過(guò)交流阻抗譜法研究了中性自來(lái)水介質(zhì)中鉬酸鈉、苯并三氮唑可能的緩蝕機(jī)理以及其最佳濃度組合, 范國(guó)義等探討了交流阻抗法研究凝汽器黃銅管在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的腐蝕問(wèn)題， 結(jié)果表明， 交流阻抗法可以有效地評(píng)定黃銅管的耐腐蝕性能， 為現(xiàn)場(chǎng)腐蝕監(jiān)測(cè)， 進(jìn)而指導(dǎo)生產(chǎn)提供了有益信息;R.P.VeraCruz等應(yīng)用交流阻抗法對(duì)不銹鋼在干濕交替環(huán)境下的腐蝕進(jìn)行了研究， 發(fā)現(xiàn)交流阻抗法監(jiān)測(cè)金屬腐蝕過(guò)程可以不受電極表面電流分布不均勻的影響， 而且交流阻抗譜可以清楚地反映出鈍化、孔蝕和再鈍化過(guò)程， 甚至可以探測(cè)到孔蝕的產(chǎn)生和成長(zhǎng).

    1.4 線性極化法（LPR）

    極化阻抗或稱(chēng)線性極化技術(shù)， 是工廠監(jiān)測(cè)中測(cè)量腐蝕速度時(shí)廣泛使用的技術(shù)之一。此種技術(shù)的測(cè)量簡(jiǎn)單迅速， 可以對(duì)腐蝕速度進(jìn)行有效的瞬時(shí)測(cè)量 .Stern和他的同事在1957年提出了線性極化的重要概念， 雖然線性極化技術(shù)有著一定的局限性， 但在實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)快速測(cè)定腐蝕速度時(shí)還是一種簡(jiǎn)單可行的方法。腐蝕工作者在隨后的十余年中又做了許多工作， 完善和發(fā)展了極化電阻技術(shù)。

    當(dāng)電流通過(guò)電極時(shí)引起電極電位移動(dòng)的現(xiàn)象稱(chēng)為電極的極化。陽(yáng)極的電極電位從原來(lái)的正電位向升高方向變化，陰極的電極電位從原來(lái)的負(fù)電位向減小方向變化。變化結(jié)果使腐蝕原電池兩極之間的電位差（電動(dòng)勢(shì)）減小， 腐蝕電流亦相應(yīng)減小。電極極化作用對(duì)氧化反應(yīng)與還原反應(yīng)或?qū)Ωg電流的阻礙力與電阻具有相同量綱， 稱(chēng)之為極化阻抗， 其值越大， 腐蝕電流越小。根據(jù)給腐蝕系統(tǒng)輸入的電流脈沖ΔI是否穩(wěn)定， 極化法又可分為直流極化和交流極化法。

    在研究混凝土中鋼筋腐蝕速率的電化學(xué)方法中， 線性極化法是最簡(jiǎn)單的一種。此法主要基于SternGeary公式， 對(duì)被測(cè)鋼筋外加一恒定電位， 保證擾動(dòng)信號(hào)足夠小使電壓與電流之間滿足線性關(guān)系.線性極化法在快速測(cè)定金屬瞬時(shí)腐蝕速度方面獨(dú)具優(yōu)點(diǎn)， 現(xiàn)已成功的用于工業(yè)腐蝕監(jiān)控如氨廠脫碳系統(tǒng)的腐蝕監(jiān)控、酸洗槽中緩蝕劑的自動(dòng)監(jiān)測(cè)與調(diào)整等。但它不適于在導(dǎo)電性差的介質(zhì)中應(yīng)用， 當(dāng)設(shè)備表面有一層致密的氧化膜或鈍化膜， 甚至堆積有腐蝕產(chǎn)物時(shí)， 將產(chǎn)生假電容， 而引起很大的誤差， 甚至無(wú)法測(cè)量。

    1.5恒電量技術(shù)

    早在1961年就有Barher的論文介紹恒電量測(cè)量技術(shù)， 但直到1978年才由Kanno、Suguki、Sato等人將恒電量瞬態(tài)技術(shù)真正引入到腐蝕科學(xué)領(lǐng)域 .恒電量測(cè)量方法是一種暫態(tài)測(cè)量技術(shù)， 是將已知的小量電荷施加到金屬電極上， 根據(jù)金屬體系在恒電量激勵(lì)下的張弛過(guò)程， 建立恒電量微擾下的物理模型并加以分析， 解析獲得多個(gè)電化學(xué)參數(shù)。

    它既可測(cè)定瞬時(shí)腐蝕率， 又可把瞬時(shí)腐蝕率連續(xù)記錄下來(lái)，進(jìn)行圖解積分得到平均腐蝕率。由于這種電化學(xué)暫態(tài)檢測(cè)技術(shù)施加的電訊號(hào)不僅微小，而且是瞬時(shí)的， 測(cè)量的又是電位衰減變化， 而電位衰減對(duì)工作電極面積大小不那么敏感， 因此就等量的擾動(dòng)而言， 它要比直流穩(wěn)態(tài)線性極化電阻技術(shù)可以更快、更準(zhǔn)確地測(cè)量瞬間腐蝕速度.

    湖南大學(xué)趙常就等人發(fā)展了恒電量技術(shù)， 成功研制了HJC-1型恒電量智能腐蝕監(jiān)測(cè)儀， 其工作原理見(jiàn)文獻(xiàn),該系統(tǒng)包括由阻抗變換器、放大器、自然腐蝕電位補(bǔ)償裝置等組成的恒電量擾動(dòng)儀主機(jī)， 主要完成恒電量擾動(dòng)信號(hào)的產(chǎn)生和極化電位隨時(shí)間衰減信號(hào)的輸出；微型計(jì)算機(jī)、A/D和D/A轉(zhuǎn)換器等， 主要完成對(duì)恒電量擾動(dòng)儀主機(jī)的控制和極化電位數(shù)據(jù)的采集與處理.趙永韜等人將恒電量技術(shù)搭載現(xiàn)代移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)， 組成一個(gè)分布式數(shù)據(jù)采集與信息處理系統(tǒng)， 實(shí)現(xiàn)了基于GPRS遠(yuǎn)程通訊的腐蝕監(jiān)測(cè)， 使該技術(shù)在應(yīng)用范圍方面有了新突破。

    2金屬腐蝕監(jiān)測(cè)儀器的發(fā)展及其趨勢(shì)

    隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)特別是單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用的日益廣泛和深入， 腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)逐漸向智能化方向發(fā)展。以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的智能化腐蝕監(jiān)測(cè)儀成為腐蝕監(jiān)測(cè)的重要發(fā)展方向.智能化腐蝕監(jiān)測(cè)儀一般是以微處理器為核心， 配置一定的硬件組成不同的模塊， 通過(guò)數(shù)據(jù)總線、控制總線、地址總線， 采用傳感器將檢測(cè)得到的腐蝕信息轉(zhuǎn)化為電信號(hào)， 通過(guò)A/D和D/A轉(zhuǎn)換接口， 微處理器進(jìn)行試驗(yàn)控制、采集數(shù)據(jù)、計(jì)算出腐蝕量數(shù)據(jù)并打印結(jié)果 。

    計(jì)算機(jī)技術(shù)與電化學(xué)技術(shù)融合， 可以通過(guò)反饋?zhàn)饔糜趯?shí)驗(yàn)， 改變與調(diào)整實(shí)驗(yàn)參數(shù)， 使腐蝕監(jiān)測(cè)研究達(dá)到新的高度。因此出現(xiàn)了精度更高、適用面更廣泛的、更容易操作的智能化便攜式的腐蝕監(jiān)測(cè)儀。如恒電量腐蝕測(cè)試儀和微型計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)在線測(cè)量， 能對(duì)腐蝕的影響因素連續(xù)跟蹤， 還可通過(guò)測(cè)量的電阻、電容的變化， 判斷縫隙腐蝕和小孔腐蝕是否發(fā)生。交流阻抗技術(shù)與計(jì)算機(jī)結(jié)合， 其應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步拓寬， 為其他諸如生物、環(huán)境、電子、材料、土建等領(lǐng)域的研究工作提供新的機(jī)遇。最新的電化學(xué)測(cè)試組合儀器， 加上輔助設(shè)備的體積也只有一個(gè)手提箱大， 但功能卻相當(dāng)于十年前一整套的電化學(xué)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試系統(tǒng)（如Solartron公司的1280Z）。

    國(guó)內(nèi)近年來(lái)涌現(xiàn)出的智能化便攜式的腐蝕監(jiān)測(cè)儀主要有CMB-1510B（弱極化法） 、CCMW-9810（恒電量法）和能夠用電阻探針、線性極化探針和氫探針等多種方法監(jiān)測(cè)的CMA-1000腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng) .國(guó)外在原有系列產(chǎn)品基礎(chǔ)上除繼續(xù)出新型號(hào)儀器外， 沿著實(shí)時(shí)（realtime）和在線（online）方向研制出了更新的監(jiān)測(cè)儀器 .例如美國(guó)Cortest公司的MK-9300, 它利用電感阻抗法的原理制作而成， 測(cè)量的是置于金屬/合金敏感元件周?chē)木€圈由于敏感元件的腐蝕而引起的感抗變化的信號(hào)。美國(guó)的EG＆G公司、Gamry公司、英國(guó)的Solartron公司、德國(guó)的ZANHER公司、荷蘭EcoChemie等公司則致力于微機(jī)化的實(shí)驗(yàn)裝置（如恒電位儀、頻響分析儀等）。

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責(zé)任編輯：王元

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