趙大剛

（寧夏產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗所 寧夏 銀川 750001）

0 引言

腐蝕科學作為一門應用科學，與其它基礎學科有著千絲萬縷的聯(lián)系，基礎學科的發(fā)展必然會對腐蝕學科的發(fā)展起著巨大的推動作用。計算機技術的迅速發(fā)展與提高，促進腐蝕與防護領域的研究方法與控制手段不斷更新?lián)Q代，顯示出強大的應用發(fā)展?jié)摿?。近年來，應用?shù)學取得了許多重要的成就，神經(jīng)網(wǎng)絡、小波分析和分形理論及技術引人注目，科學家將它們引入研究領域，取得了很多有意義的成果，如腐蝕預測、電化學噪聲數(shù)據(jù)分析等?，F(xiàn)代數(shù)學理論和方法的發(fā)展為腐蝕學科的定量化和模型化提供了強大的理論基礎和方法上的支持。應用其它相關學科的成熟理論并吸收一些新興學科的最新研究成果，提高本學科的定量化和模型化研究水平，是每一門交叉學科的必然趨勢，也是腐蝕科學發(fā)展的必然趨勢。

1 鋁合金大氣腐蝕監(jiān)測

1.1 鋁合金大氣環(huán)境暴露試驗

在鋁合金大氣腐蝕研究中，比較常用的方法是通過大氣環(huán)境暴露試驗或室內(nèi)加速腐蝕試驗，測定鋁合金重量的變化，配合以表面腐蝕形貌觀察和腐蝕產(chǎn)物分析。在分析技術上主要借助于一些物理手段，如X-射線衍射分析（XRD）、掃描電鏡（SEM）、電子探針法（EPMA）、X-射線光電子能譜法（XPS）等。

1.2 鋁合金大氣腐蝕電化學監(jiān)檢測技術

除在干燥的大氣環(huán)境中發(fā)生表面氧化、硫化造成失去光澤和變色等是屬于化學腐蝕外，在大多數(shù)情況下大氣腐蝕屬于薄液膜下的電化學腐蝕。當達到一定的臨界濕度后，暴露于大氣中的金屬表面便會形成“看不見的”電解質(zhì)薄液膜。就完全未受污染的大氣來說，在恒溫條件下，一個完全干凈的金屬表面在相對濕度低于100%時應該不會受到腐蝕破壞。然而實際上因表面存在吸水性物質(zhì)、大氣中含有雜質(zhì)以及在大氣和金屬表面之間存在小的溫度梯度，在較低的相對濕度下往往會形成細微的表面電解質(zhì)溶液。由于大氣腐蝕涉及三相，液膜多變不確定，因此很難設計完善的研究體系，電化學測試相當困難。相關的監(jiān)檢測裝置直至20世紀90年代才開始應用，其中具有代表性的是開爾文（Kelvin）探針技術和大氣腐蝕監(jiān)測儀（ACM）。

（1）大氣腐蝕監(jiān)測電池ACM

大氣腐蝕監(jiān)測電池 （Atmospheric Corrosion Monitor(ACM)）的概念是Mansfeld于1976年首次提出的，其原理是根據(jù)薄液膜下異種金屬之間形成的電偶電流來反映大氣環(huán)境腐蝕性強弱，測定金屬表面在大氣環(huán)境中的潤濕時間。Shinohara Tadashi用ACM型腐蝕傳感器評估了大氣環(huán)境中的腐蝕，用Fe和Ag兩種金屬制成ACM進行了長期的監(jiān)測，并配合失重法，積累了大量的數(shù)據(jù)。大氣腐蝕速度與濕度存在近似指數(shù)關系，相對濕度是決定大氣腐蝕速率的最重要的因素。金屬在超過臨界相對濕度后，腐蝕速率急劇增加，大氣濕度越大，金屬腐蝕隨濕度的變化敏感性越大。

（2）Kelvin 探針技術

Kelvin探針技術主要是利用振動電容法測量兩金屬間表面電位差，探頭的主要部分是設置在待測電極上方并可上下移動的一塊惰性金屬，如Au、Pt。金屬探頭的振動改變了它與待測電極間的距離及極間電容值，因而在回路中感生出一交變充放電電流。在該回路中串聯(lián)-可調(diào)外電源，調(diào)節(jié)電壓使交變電流值為零。此時，待測電極電位與外加電壓之間成線性關系，標定后可測得其數(shù)值。

Kelvin探針不與試樣和電解質(zhì)接觸即可進行電化學研究；對于局部腐蝕有較高的靈敏度和分辨率，若擴展到二維腐蝕分布測量，可為研究大氣中的局部腐蝕及膜下腐蝕提供有用信息；該技術是一種研究薄層液膜下電化學過程的有效方法，所得結論可按常規(guī)電化學方法解釋。

2 涂層體系腐蝕失效檢測

2.1 有機涂層體系腐蝕破壞特征

有機涂層廣泛應用于金屬的腐蝕防護工程，其防腐蝕性能的優(yōu)劣，通常取決于涂層與金屬基體之間的粘結強度和涂層對水及其它侵蝕性粒子的抗?jié)B透能力。研究表明，基體金屬的性質(zhì)、涂層的組成和結構、溫度等諸多因素對有機涂層的使用壽命均具有重要影響。

一般而言，有機涂層的防護機理主要有以下三種：

（1）涂層作為阻擋層減緩侵蝕性粒子向涂層/金屬界面的擴散。雖然對于水、氧氣來說，涂層是可滲透的；但有機涂層一般均具有很高的電解質(zhì)阻擋性，可以阻抑陰極和陽極區(qū)域之間的離子運動。

（2）涂層中的緩蝕型顏料可以在侵蝕性粒子到達涂層/金屬界面時起到抑制基體腐蝕的作用。

（3）涂層和金屬之間一般均具有很好的粘結性，可以防止腐蝕剝離的發(fā)生。有機涂層在海水中的腐蝕破壞有兩種原因：一是由于涂層/金屬界面的腐蝕而造成涂層的破損及其相應的外觀變化；二是涂層自身受到化學或物理作用而引起的結構變化。由金屬界面產(chǎn)生的腐蝕引起涂層外觀變化主要形式有起泡、生銹、脫落。由涂層自身化學的、物理的變化，引起的破壞形式有粉化、變色、起泡、龜裂等。

在海水飛濺帶，由于干濕交替作用，陽光紫外線暴曬使有機涂層產(chǎn)生粉化、變色等破壞形式，在全浸區(qū)和潮差區(qū)的水下部分，有機涂層的主要破壞形式為起泡、生銹、脫落。在海水環(huán)境中有機涂層起泡是最為普通的早期破壞現(xiàn)象。起泡通常是涂膜局部喪失防腐蝕能力的最早外觀表征。

2.2 涂層體系腐蝕失效的電化學檢測

涂層下金屬的腐蝕主要是電化學腐蝕，有機涂層在金屬的防護失效過程中，總伴隨著一系列的電化學變化，通過檢測電化學變化信號，可以實時獲得金屬腐蝕與涂層防護性能變化的動態(tài)信息，應用電化學理論對給出的信息進行分析處理，可以對涂層下金屬腐蝕的動力學規(guī)律與涂層的防護機理進行研究，實現(xiàn)涂層耐蝕性的定量與半定量評價。電化學方法很多，如直流電化學法、電化學阻抗譜、電化學噪聲法等。

EIS是對研究體系（介質(zhì)/涂膜/金屬）施加一小振幅正弦交變信號擾動，采集體系的響應信號，測量系統(tǒng)的阻抗或導納譜，然后根據(jù)數(shù)學模型或等效電路模型對阻抗譜或導納譜進行解析擬合，以獲得體系電化學信息的一種方法。EIS法施加的擾動信號很小，對被測樣品的性質(zhì)影響很小，故認為EIS可以無損研究涂層，并能快速得到試驗結果。由于EIS法具有上述優(yōu)點，現(xiàn)已成為研究有機涂層防腐蝕機理與性能最主要的方法之一。

3 結束語

在腐蝕科學領域中，表征金屬材料的腐蝕特性除了腐蝕數(shù)據(jù)外，還有許多圖和照片，如金屬材料在腐蝕介質(zhì)中的腐蝕圖、材料腐蝕形態(tài)照片、工廠設備腐蝕破壞案例照片等，這些也都是極其寶貴的資料。特別是金屬試樣的腐蝕形貌圖，它真實再現(xiàn)了金屬材料在特定介質(zhì)中的腐蝕特征。

［1］盧綺敏.石油工業(yè)中的腐蝕與防護[M].北京：化學工業(yè)出版社，2001.

［2］王光雍，王海江，李興濂，等.自然環(huán)境的腐蝕與防護[M].北京：化學工業(yè)出版社，1997.

［3］高耕宇，黃春曉，孫成.酸雨對大氣腐蝕臨界相對濕度的影響[J].中國腐蝕與防護學報，1990，10（2）：183－186.