腐蝕電化學測試點滴

1、電化學測試技術及其在腐蝕領域的應用 1 . 腐蝕電化學測試點滴 宋 詩 哲天津大學材料學院1。腐蝕電化學測試簡介2。電化學噪聲測試3。PowerSuite測試經驗點滴 1。腐蝕電化學測試簡介發(fā)展新的穩(wěn)態(tài)與暫態(tài)電化學測試技術微計算機實時、在線測量與數據解析電化學測試與近代物理表面分析相結合腐蝕電化學研究方法化學工業(yè)出版社 1988年電化學測試 施加激勵（擾動）信號，得到響應 E (電位） 、I（電流） 如何實現？恒電位、恒電流 恒電位/恒電流儀 電解池： 研究電極 W （電極系統(tǒng)） 輔助電極A(C) 參比電極R穩(wěn)態(tài)測試 穩(wěn)態(tài)測試得到的電化學參數與時間無關暫態(tài)測試 暫態(tài)時電化學參數與時間有關，故可

2、用于研究界面結構。 穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)是為了測試技術而引入的概念，是相對時間而言的。只要根據實驗條件，在一定時間內E，I相對穩(wěn)定就是穩(wěn)態(tài)。 腐蝕電位測定 Ecor t 曲線 Ecor與Icor無簡單的對應關系，但Ecor值特別是Ecor t關系，對研究腐蝕過程有意義。 EcorrttEcorr膜破裂膜緩慢修復一般變化緩慢為均勻腐蝕，出現突變?yōu)榫植扛g。變“正”保護膜形成、修補；變“負”膜破壞、局部腐蝕。 電化學瞬態(tài)響應Et0)exp(1 )(dpPsCRtIRIRtE t=0 E = IRs t E = IRs + IRP 腐蝕體系簡化的電化學等效電路恒電流：Et曲線指數上升，= RpCd恒電位：It

3、曲線指數下降，= RCd=（Rp/Rs）Cd對于同一腐蝕體系（Rp，Cd一定），恒電位時間常數小，易達到穩(wěn)態(tài)， 故采用恒電位比恒電流測試Rp有利。 研究目的評價耐蝕性測定腐蝕速度研究腐蝕機理依據腐蝕體系、腐蝕類型極化曲線與腐蝕速度測定極化曲線上根據 E的大小，分為三個區(qū)： （1 1）微極化區(qū) - 線性極化 （2 2）弱極化區(qū) - 計算機解析 （3 3）強極化區(qū) - Tafel- Tafel外推不同區(qū)域腐蝕速度方程式可以化簡成不同形式，腐蝕速度測試方法也不同。但是各個區(qū)域的分界不是嚴格的，且不同腐蝕體系也不相同。極化阻力測定PcacacorRbbbbi1)(3 .2 Rp 是Ecor附近極化曲線

4、的斜率，具有電阻的量綱，稱極化電阻。 pcorRBicorpiR1IERdIdERpEpcorr,)(定性比較Rp，判斷金屬的耐蝕性。用極化阻力技術判斷局部腐蝕Rpa = Rpc 均勻腐蝕Rpa Eb測定，E越正，誘導期越短。 恒電流：E t曲線，當E突然變負，為誘導期。點蝕生長過程研究 恒電位下，I t曲線，斜率2。電化學噪聲Electrochemical Noise(EN)（1）電化學噪聲技術簡介（2）電化學噪聲測定（3）電化學噪聲數據分析（4）電化學噪聲測量的應用（）電化學噪聲技術簡介電化學噪聲是電解池中通過金屬電極/溶液界面的電流或電極電位的自發(fā)波動。腐蝕電極局部陰陽極反應活性的變化、

5、環(huán)境溫度的改變、腐蝕電極表面鈍化膜的破壞與修復、擴散層厚度的改變、表面膜層的剝離及電極表面氣泡的產生等不是儀器的噪聲 。以隨機過程理論為基礎，用統(tǒng)計方法研究E、I波動規(guī)律性的電化學方法。電化學噪聲是一種原位、無損的金屬腐蝕檢測技術，無須對被測電極施加擾動；無須預先建立被測體系的電極過程模型；檢測設備簡單，可以實現遠程監(jiān)測。 電化學噪聲測量意義：研究局部腐蝕的發(fā)生過程、研究表面膜動態(tài)特征等。（）電化學噪聲的測定可在開路（Ecor）或極化（恒電位或恒電流控制）狀態(tài)下測定。當在開路電位下測定EN時，檢測系統(tǒng)一般采用同種電極雙電極體系?？刹捎肸RA模式進行測量 Zero-Resistance Amme

6、ter 電化學噪聲測試的電化學噪聲測試的ZRA模式模式 ZRA模式電路原理圖電化學噪聲測試的ZRA模式（）電化學噪聲數據分析原始EN數據：時間域曲線，去除直流分量時頻轉換：FFT, MEM, 小波分析頻率域分析：SPD曲線，（噪聲功率譜），譜噪聲電阻時間域分析：噪聲電阻， Origin 7.5 LabView 7, 8.5 噪聲的頻譜特征，一般用譜功率密度(Spectral Power Density)曲線表示 Fig. 3-1. Typical SPD curve fc Frequency f/Hz W SPD/dBV2Hz-1 Slope k SPD曲線的特征參數 白噪聲水平 W、高頻線性

7、部分的斜率 k、截止頻率 fc 均勻腐蝕產生的電流噪聲的SPD值在整個頻率域接近于恒定值，近似于白噪聲；而局部腐蝕產生電流噪聲的SPD值在雙對數坐標系中表現為f-函數 。Uruchurtu和Dawson等指出：如果電位噪聲功率密度譜 SPD曲線高頻線性段的斜率等于或大于-20dB/decade時，電極發(fā)生局部腐蝕；小于-20dB/decade時，發(fā)生全面腐蝕。功率密度譜的直流極限可以作為腐蝕程度的判據，即直流極限越大，腐蝕越嚴重。 電化學噪聲標準偏差（SI ,SV）1)(21nxxSnii IVnSSR 噪聲電阻 (Rn)譜噪聲電阻 fIfVfRFFTFFTsn噪聲數據的頻率響應：譜噪聲圖與阻

8、抗圖相似 tfRlinRsnfsn00pnsnRRR0（）電化學噪聲測量的應用SCC緩蝕劑腐蝕監(jiān)控高溫氧化點蝕涂層評價3。PowerSuite測試經驗點滴（1）不同模式電極系統(tǒng)及引線連接（2）腐蝕電位測定（3）腐蝕速度測定（4）極化阻力測定（5）極化曲線測定（6）電偶腐蝕測試（7）電化學噪聲（EN)測試（8）電化學阻抗譜（EIS)測試（1）不同模式電極系統(tǒng)及引線連接（2）腐蝕電位(開路電位)測定PowerCorr OpenCircuit Ecor vs Time設定：Total Time 和 Time per Point (S)由此確定點數。也可設定當I或 某值，E某值時停止。注意應選中“Ov

9、erride Auto I Run”,確定Max I也可測定Ecor下的電位噪聲（3）腐蝕速度測定線性極化：弱極化測量，可測 Icor,Rp PowerCorr Linear Sweep Linear Polarization 通常設定：E0 = -0.02V, E1 = 0.02V (v.s Eocp) Step Height :0.1mV, Scan Rate: 0.166mV/S (10mV/min )Tafel: 強極化測量, 可測 Icor, ba, bc PowerCorr Linear Sweep Tafel 通常設定：E0 = -0.25V, E1 = 0.25V (v.s E

10、ocp) Step Height :0.5mV, 決定 number of Points Scan Rate: 0.166mV/S 或 1mV/S, 決定 Step Time （4）極化阻力Rp測定恒電流階躍 PowerCorr - Galvanic Step Galvanostatic 設定階躍電流I1和持續(xù)時間Ts，Time per Point (采樣時間），可設定當E,某值，或E某值時停止。注意應選中“Override Auto I Run”,確定Max I對于273、273A和其他不是采用零阻電路測定電流的恒電位儀，可以連接成雙電極體系，恒電位下設定直流電位DC Potential 0V（不vs Eocp)DC = 0，相當電極1與電極2短路，可測定兩電極間的短路電流即電流。（7）電化學噪聲（EN)測試PowerCorr OpenCircuit ZRA當電極1和電極2為同種材料時，相當短接，處于相同電位，即 Ecor, 這樣測出的E, I 即為Ecor, I0。故可用于EN, 電位噪聲和電流噪聲測量。設定同電偶腐蝕測試（8）EIS測試中注意的問題 實驗設計: 根據研究目的 Eocp, Epol,