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無(wú)損檢測(cè)電化學(xué)檢測(cè)總則國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)I Ⅲ 1 13術(shù)語(yǔ)和定義 1 1 6 6 7 8ⅢGB/T38894—2020本標(biāo)準(zhǔn)按照GB/T1.1—2009給出的規(guī)則起草。本標(biāo)準(zhǔn)由全國(guó)無(wú)損檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(SAC/TC56)提出并歸口。究院有限公司、中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司、中海油常州涂料化工研究院有限公司、中國(guó)科學(xué)院金屬研究所、中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七二五研究所、中交公規(guī)土木大數(shù)據(jù)信息技術(shù)(北京)有限公劉志強(qiáng)、李寒林。1GB/T38894—2020無(wú)損檢測(cè)電化學(xué)檢測(cè)總則1范圍本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了對(duì)金屬材料及制品、基礎(chǔ)設(shè)施中的鋼鐵等采用選擇性電極、電化學(xué)阻抗、多重動(dòng)電位掃描等無(wú)損電化學(xué)檢測(cè)的一般原則。本標(biāo)準(zhǔn)適用于金屬設(shè)備及構(gòu)件在服役環(huán)境中的腐蝕狀態(tài)、腐蝕傾向性和腐蝕速率的無(wú)損檢測(cè)。2規(guī)范性引用文件下列文件對(duì)于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T10123金屬和合金的腐蝕基本術(shù)語(yǔ)和定義GB/T33373防腐蝕電化學(xué)保護(hù)術(shù)語(yǔ)3術(shù)語(yǔ)和定義GB/T10123和GB/T33373界定的以及下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。3.1服役環(huán)境serviceenvironment金屬設(shè)備及其構(gòu)件在使用過(guò)程中所處的環(huán)境。3.2多重動(dòng)電位掃描極化multicirclepotentialdynamicpolarization以一定的電位掃描速度,對(duì)有機(jī)涂層/金屬體系施加反復(fù)的電位極化,并測(cè)量其響應(yīng)電流,快速評(píng)測(cè)有機(jī)涂層/金屬基底的耐腐蝕性能。3.3由多支相互絕緣的微參比電極(如Ag/AgCl)按一定的陣列緊密排列組合,同時(shí)測(cè)量每支微參比電極相對(duì)于金屬的電位或微參比電極間的電流,獲得具有空間分辨的金屬電位或電流密度分布。4檢測(cè)原理4.1選擇性電極檢測(cè)通過(guò)選擇性電極或氧化還原電極對(duì)被檢測(cè)金屬設(shè)備或構(gòu)件服役環(huán)境中Cl-含量及pH值進(jìn)行檢服役環(huán)境中的氯離子含量的檢測(cè),使用Ag/AgCl電極為氯離子傳感器。Ag/AgCl電極在含氯離2GB/T38894—2020AgCl+e→Ag+Cl-當(dāng)上述反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí),Ag/AgCl電極的電位與環(huán)境中氯離子的濃度符合線性關(guān)系。通過(guò)在一系列標(biāo)準(zhǔn)氯離子濃度的溶液中測(cè)量Ag/AgCl電極的電位,得到氯離子傳感器的工作曲線。通過(guò)測(cè)量氯離子傳感器的電位,可計(jì)算得到服役環(huán)境中氯離子的濃度。4.1.3pH值的檢測(cè)服役環(huán)境的pH值的檢測(cè),采用Ti/IrO?電極作為pH值傳感器,電極結(jié)構(gòu)為金屬鈦表面覆蓋IrO?膜層,其中金屬鈦為導(dǎo)電體,IrO?膜層為氫離子敏感膜。在水溶液環(huán)境中,Ti/IrO?電極表面發(fā)生如下電化學(xué)反應(yīng):2IrO?+2H++2e→Ir?O?+H?O在平衡狀態(tài)時(shí),Ti/IrO?電極的電位與溶液中氫離子的濃度符合線性關(guān)系。通過(guò)在一系列標(biāo)準(zhǔn)pH溶液中測(cè)量,Ti/IrO?電極的電位,可得到pH傳感器的工作曲線。測(cè)量pH傳感器的電位,根據(jù)工作曲線的斜率和截距值,可換算得到服役環(huán)境的pH值。選擇性電極檢測(cè)具有下列特點(diǎn):——可進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)和自動(dòng)化檢測(cè)。選擇性電極檢測(cè)具有下列局限性:——選擇性電極對(duì)環(huán)境中物種檢測(cè)存在溫度偏差,需加以補(bǔ)償校正。4.2腐蝕電位檢測(cè)腐蝕電位是重要的腐蝕電化學(xué)參數(shù),可評(píng)判金屬的腐蝕傾向性,也是電化學(xué)保護(hù)中的一個(gè)重要參數(shù)。參比電極的選擇應(yīng)滿足如下要求:——在服役環(huán)境中具有高的穩(wěn)定性;——允許通過(guò)較小電流而不產(chǎn)生電極極化;——在服役環(huán)境中具有良好的耐久性;——對(duì)環(huán)境無(wú)污染。采用合適的參考電極和高輸入電阻的電位計(jì)直接測(cè)量腐蝕電位。電位計(jì)的輸入阻抗不低于101?Ω,電位測(cè)量誤差不高于±5mV。腐蝕電位檢測(cè)具有下列特點(diǎn):3GB/T38894—2020——可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期連續(xù)監(jiān)測(cè)。腐蝕電位檢測(cè)具有下列局限性:——腐蝕電位影響因素復(fù)雜,可能隨時(shí)間發(fā)生漂移;-—只能反映金屬材料的腐蝕傾向性,不能反映腐蝕的速度;--—測(cè)量精度受環(huán)境介質(zhì)的電阻和溫度影響。金屬在特定的介質(zhì)環(huán)境中有確定的腐蝕電位(開路電位),由此可利用腐蝕電位評(píng)判金屬腐蝕的可能性和腐蝕概率。表1為鋼筋在混凝土環(huán)境中腐蝕狀態(tài)的腐蝕電位判據(jù)。表1鋼筋在混凝土中腐蝕狀態(tài)的腐蝕電位評(píng)估依據(jù)腐蝕電位(vs.CSE)V>—0.2<10%—0.2~—0.35不確定—0.35~—0.5>90%<-0.5非常嚴(yán)重注:CSE為飽和硫酸銅參比電極。4.3電化學(xué)阻抗檢測(cè)給金屬腐蝕體系施加一個(gè)小振幅的交流電擾動(dòng)信號(hào),測(cè)量相應(yīng)的交流電響應(yīng)信號(hào),計(jì)算電壓與電流的比值(即腐蝕體系的阻抗)或相位角隨正弦波頻率的變化,進(jìn)而分析金屬腐蝕體系的動(dòng)力學(xué)過(guò)程及腐蝕速度。電化學(xué)阻抗測(cè)量應(yīng)滿足以下條件:——因果性條件:用一個(gè)正弦波電位信號(hào)對(duì)腐蝕體系進(jìn)行擾動(dòng)時(shí),腐蝕體系只對(duì)該電位信號(hào)響應(yīng);-—線性條件:腐蝕體系輸出的響應(yīng)信號(hào)與輸入的擾動(dòng)信號(hào)之間存在近似線性關(guān)系;——穩(wěn)定性條件:停止對(duì)腐蝕體系施加擾動(dòng)后,腐蝕體系能回復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)。以一定頻率范圍的小振幅正弦波電位(或電流)為擾動(dòng)信號(hào)對(duì)服役環(huán)境中金屬體系進(jìn)行激勵(lì),通過(guò)測(cè)量相應(yīng)的交流電流(或電位)響應(yīng)信號(hào),原位獲得金屬在服役環(huán)境中的電化學(xué)阻抗譜?;陔娀瘜W(xué)電極過(guò)程理論和等效電路的擬合,探明腐蝕反應(yīng)動(dòng)力學(xué)過(guò)程機(jī)理,估算腐蝕電極反應(yīng)速度及分步驟動(dòng)力學(xué)4GB/T38894—2020電化學(xué)阻抗譜通常采用等效電路分析其元件數(shù)值,由此反映金屬腐蝕過(guò)程的界面結(jié)構(gòu)及各反應(yīng)步驟的動(dòng)力學(xué)參數(shù)。最常見的金屬腐蝕體系的等效電路如圖1所示,其中R。為環(huán)境介質(zhì)的電阻;C為金屬表面的電容;Rp為極化電阻,反映金屬發(fā)生腐蝕反應(yīng)的阻力,其數(shù)值大小與金屬腐蝕速度成反比關(guān)系。RCRRp——極化電阻;4.3.4極化電阻金屬的腐蝕速度v由腐蝕電流密度計(jì)算得到?!軌颢@得多種腐蝕電化學(xué)動(dòng)力學(xué)參數(shù);——可定量檢測(cè)金屬腐蝕速度。 需要專門的電化學(xué)阻抗檢測(cè)儀器:——等效電路與金屬實(shí)際腐蝕過(guò)程可能存在偏差。利用腐蝕電流密度可評(píng)判服役環(huán)境中金屬腐蝕速度。表2為鋼鐵腐蝕速度的腐蝕電流密度判據(jù)。5GB/T38894—2020表2鋼鐵腐蝕速度的腐蝕電流密度評(píng)估依據(jù)腐蝕電流密度Icorr腐蝕速度Ie<0.1很低0.1≤Ieorr<1中等1≤Irr<10高10≤Iorr<100非常高4.4多重動(dòng)電位掃描極化檢測(cè)對(duì)金屬/有機(jī)涂層體系施加一定形式的循環(huán)極化,檢測(cè)極化電位與響應(yīng)電流的比值(極化電阻),對(duì)金屬/有機(jī)涂層體系的耐腐蝕性能進(jìn)行快速、無(wú)損檢測(cè)及評(píng)價(jià)。多重動(dòng)電位掃描極化檢測(cè)過(guò)程如圖2所示:以開路電位為起點(diǎn),對(duì)金屬/有機(jī)涂層體系施加特定掃描速度的動(dòng)電位陽(yáng)極極化至特定的陽(yáng)極極化電位,隨之以同樣掃描速度的動(dòng)電位陰極極化至對(duì)應(yīng)的陰極極化電位,進(jìn)行對(duì)稱的循環(huán)極化,通過(guò)檢測(cè)記錄達(dá)到設(shè)定的極化電流所需時(shí)間,或設(shè)定時(shí)間所達(dá)到的極化電流值,即可獲得對(duì)應(yīng)的電量或直流電阻,由此可快速評(píng)價(jià)有機(jī)涂層的耐蝕性能。主要檢測(cè)參數(shù)及評(píng)價(jià)指標(biāo)如下:——以測(cè)得同樣極化電流所需的極化時(shí)間評(píng)價(jià)涂層耐腐蝕性:相同測(cè)試條件下,達(dá)到某一極化電流流的比值為涂層直流阻抗(儀器直接顯示),阻抗越高,涂層的耐腐蝕性越強(qiáng)。Pt對(duì)電極金屬基底WE——工作電極。圖2多重動(dòng)電位掃描電解池示意圖6GB/T38894—2020多重動(dòng)電位掃描極化檢測(cè)具有下列特點(diǎn):——可移動(dòng)雙電解池電化學(xué)探頭,避免常規(guī)電化學(xué)測(cè)量需電極接線而破壞涂層;4.4.4局限性多重動(dòng)電位掃描極化檢測(cè)具有下列局限性:——不能直接提供涂層下金屬腐蝕有關(guān)機(jī)理信息;——不能檢測(cè)導(dǎo)電性有機(jī)涂層或金屬鍍層。4.4.5涂層耐蝕性的判據(jù)利用極化電流密度和涂層阻抗可評(píng)判服役環(huán)境中有機(jī)涂層的耐蝕性。表3為極化電流及涂層阻抗評(píng)價(jià)有機(jī)涂層耐蝕性能依據(jù)。表3有機(jī)涂層耐蝕性能電流和涂層阻抗判定依據(jù)極化電流密度涂層阻抗Ω涂層耐腐蝕狀態(tài)涂層保護(hù)性極優(yōu)0.001~0.110?~10?涂層良好103~10?涂層輕度破壞101~103涂層重度破壞5人員要求按本標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施檢測(cè)的人員,應(yīng)由雇主或其代理進(jìn)行崗位培訓(xùn)和操作授權(quán)。6電化學(xué)檢測(cè)設(shè)備6.1檢測(cè)設(shè)備電化學(xué)檢測(cè)設(shè)備包括檢測(cè)系統(tǒng)和一個(gè)或多個(gè)傳感器探頭,檢測(cè)系統(tǒng)主要由數(shù)字信號(hào)發(fā)生器、數(shù)據(jù)采集單元、電位電流信號(hào)濾波器、多級(jí)信號(hào)增益、IR降補(bǔ)償電路以及恒電位儀/恒電流儀電路構(gòu)成,可進(jìn)行及處理等設(shè)備。選擇性電極檢測(cè)設(shè)備應(yīng)包括選擇性離子電位檢測(cè)模塊、控制模塊和通信模塊等。電化學(xué)阻抗檢測(cè)設(shè)備應(yīng)包括恒電位模塊、信號(hào)發(fā)生器、電流信號(hào)采集模塊、控制模塊和通信模塊等。多重動(dòng)電位掃描檢測(cè)設(shè)備應(yīng)包括恒電位模塊、極化電流檢測(cè)模塊、控制模塊和通信模塊等。6.2檢測(cè)/監(jiān)測(cè)系統(tǒng)根據(jù)檢測(cè)目的,選擇合適的檢測(cè)方法和系統(tǒng),各種技術(shù)參數(shù)應(yīng)在應(yīng)用文件中表述,并符合適用的標(biāo)7GB/T38894—2020準(zhǔn)要求。在選擇檢測(cè)系統(tǒng)時(shí),還需要考慮的因素包括:——服役環(huán)境中化學(xué)、電學(xué)或機(jī)械干擾條件;6.3電化學(xué)傳感器探頭根據(jù)檢測(cè)目的選擇電化學(xué)傳感器探頭,電化學(xué)傳感器探頭的選擇及安裝應(yīng)依據(jù)檢測(cè)體系及環(huán)境而合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)要求。6.4信號(hào)傳輸和處理系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)所選用的無(wú)損檢測(cè)技術(shù),按照對(duì)應(yīng)的無(wú)損檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)制定工藝規(guī)程??紤]如下因素:——無(wú)線數(shù)字網(wǎng)絡(luò)傳輸;6.5設(shè)備校驗(yàn)應(yīng)依據(jù)適用標(biāo)準(zhǔn)或設(shè)備說(shuō)明書對(duì)檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)和實(shí)驗(yàn)室中的檢測(cè)系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行定期校驗(yàn)。通常檢測(cè)設(shè)備的校驗(yàn)周期為1年。應(yīng)記錄檢測(cè)設(shè)備出現(xiàn)的偏差和修正措施。設(shè)備應(yīng)定期進(jìn)行功能校驗(yàn),至少應(yīng)在檢測(cè)過(guò)程開始前和結(jié)束后、檢測(cè)人員變動(dòng)或者檢測(cè)設(shè)備部件更換時(shí)進(jìn)行功能校驗(yàn)。檢測(cè)條件一經(jīng)建立,整個(gè)檢測(cè)過(guò)程應(yīng)保持穩(wěn)定的工作狀態(tài)。應(yīng)根據(jù)適用標(biāo)準(zhǔn)或者說(shuō)明書的檢測(cè)程序,判斷檢測(cè)設(shè)備漂移的偏差是否可以接受。應(yīng)記錄設(shè)備校驗(yàn)不合格的情況。7檢測(cè)7.1檢測(cè)程序電化學(xué)檢測(cè)單位或人員應(yīng)按照本標(biāo)準(zhǔn)要求指定檢測(cè)工藝規(guī)程,其內(nèi)容宜包括但不限于以下要素:a)檢測(cè)目的;b)檢測(cè)適用范圍;c)被檢件的描述;d)檢測(cè)引用的標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)或技術(shù)文件;e)檢測(cè)人員要求;8GB/T38894—2020f)檢測(cè)計(jì)劃;h)檢測(cè)系統(tǒng)的布置;i)檢測(cè)儀器和探頭的校驗(yàn)周期;j)檢測(cè)信號(hào)的評(píng)價(jià)要求;k)檢測(cè)過(guò)程和
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