□蔡 毅（河南省水利科學(xué)研究院）

一、非電化學(xué)檢測(cè)方法

（一）表觀檢查（ApparentCheck）

表觀檢查可分為宏觀檢查與顯微檢查兩種。

宏觀檢查就是用肉眼或低倍放大鏡對(duì)鋼結(jié)構(gòu)在腐蝕前后及去除腐蝕產(chǎn)物前后的形態(tài)進(jìn)行仔細(xì)的觀察和檢查。宏觀檢查方便簡(jiǎn)潔，雖然粗略主觀，但卻是一種有價(jià)值的定性方法。它不依靠任何精密儀器，就能初步確定金屬材料的腐蝕形態(tài)、類(lèi)型、程度和受腐蝕部位。顯微檢查就是利用金相顯微鏡或者掃描電鏡、透射電鏡、電子探針、X射線結(jié)構(gòu)分析儀等大型儀器對(duì)被腐蝕試樣的表面或斷口進(jìn)行檢查，是宏觀檢查的進(jìn)一步發(fā)展。

（二）超聲波檢測(cè)（UltrasonicTesting）

超聲波檢測(cè)是利用超聲波在金屬內(nèi)部反射的響應(yīng)關(guān)系而發(fā)展的一種檢測(cè)厚度或裂紋缺陷的方法，基本上可分為穿透法和脈沖反射法兩類(lèi)。

穿透法是在被檢工件相對(duì)兩側(cè)各放一個(gè)探頭，其中一個(gè)探頭向工件內(nèi)發(fā)射超聲波，另一個(gè)探頭接收超聲波。穿透法的優(yōu)點(diǎn)是幾乎不存在盲區(qū)，聲程衰減少。缺點(diǎn)是現(xiàn)場(chǎng)操作不方便，應(yīng)用比較少。

脈沖反射法一般只需采用一個(gè)又發(fā)又收的探頭進(jìn)行檢測(cè)。脈沖反射法的優(yōu)點(diǎn)是檢測(cè)靈敏度高，缺陷可以定位，操作靈活方便，適用范圍廣。其缺點(diǎn)是存在盲區(qū)，對(duì)近表面的檢測(cè)能力差。超聲波檢測(cè)已廣泛用于鋼管壁厚的測(cè)量，鋼構(gòu)件截面損失測(cè)量及焊縫缺陷探測(cè)。

（三）渦流檢測(cè)(EddyCurrentTesting)

渦流檢測(cè)是建立在電磁感應(yīng)基礎(chǔ)上的一種無(wú)損檢測(cè)方法，它適用于導(dǎo)電材料。當(dāng)導(dǎo)體表面或近表面出現(xiàn)缺陷時(shí)，將影響到渦流的強(qiáng)度和分布，渦流的變化又引起了檢測(cè)線圈電壓和阻抗的變化，根據(jù)這一變化，就可以間接地知道導(dǎo)體內(nèi)缺陷的存在。渦流檢測(cè)可用于測(cè)厚和檢測(cè)腐蝕損傷，探測(cè)全面腐蝕和局部腐蝕。圖1為渦流檢測(cè)示意圖。

圖1 渦流檢測(cè)示意圖

渦流檢測(cè)技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了無(wú)接觸測(cè)量，無(wú)需渦合介質(zhì)，所以檢測(cè)速度高，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢測(cè)，特別適合在線普檢。而且可以進(jìn)行高溫下的檢測(cè)；但是渦流檢測(cè)也有其不足，主要是：檢測(cè)信號(hào)受探頭提離效應(yīng)(當(dāng)探頭離開(kāi)被測(cè)物時(shí)訊號(hào)強(qiáng)弱的變化)的影響較大；線圈阻抗是缺陷信息的集中體現(xiàn)，檢測(cè)信號(hào)受待測(cè)工件材料屬性的變化，幾何尺寸變化等因素的影響較大；此外幾乎只能進(jìn)行定性檢測(cè)，對(duì)檢測(cè)人員素質(zhì)要求較高，容易造成漏判和誤判，影響檢測(cè)質(zhì)量。

（四）聲發(fā)射技術(shù)(AcousticEmission）

材料或工件受力作用時(shí)產(chǎn)生變形或斷裂而以彈性波形式釋放出應(yīng)變能的現(xiàn)象，稱(chēng)為聲發(fā)射。一些腐蝕歷程如應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂、空泡腐蝕和微振磨蝕等也都伴有聲能的釋放。通過(guò)監(jiān)聽(tīng)和記錄這種聲波就可以得知材料或結(jié)構(gòu)中缺陷和腐蝕損傷的發(fā)生和發(fā)展，并能確定它們的部位。聲發(fā)射技術(shù)能夠比較精確地確定裂紋開(kāi)始產(chǎn)生的時(shí)間，通常用于大型設(shè)備運(yùn)行中的定期檢查和監(jiān)測(cè)，如原子能工業(yè)中常用來(lái)對(duì)設(shè)備的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂進(jìn)行監(jiān)測(cè)，而且往往比其它方法具有快速準(zhǔn)確的特點(diǎn)。但它對(duì)無(wú)應(yīng)力存在的其它腐蝕形態(tài)的監(jiān)測(cè)無(wú)能為力。

二、電化學(xué)方法

（一）線性極化法

1957年，Stern和他的同事提出了線性極化的重要概念，活化極化控制的腐蝕體系自腐蝕電位附近電極電位的變化與外加極化電流之間存在著直線關(guān)系，此直線的斜率和金屬的自腐蝕電流密度之間存在著定量的關(guān)系：

其中：βα、βc分別為陽(yáng)極和陰極的Tafel常數(shù)；β為Stern-Geary常數(shù)。

這樣一來(lái)，就可以通過(guò)線性極化電阻量測(cè)得到的腐蝕電流密度來(lái)求得腐蝕速率，如下式所示：

其中：icorrt—腐蝕電流密度；t—時(shí)間；ρ—鋼的密度為7.95g／cm3；Z—傳遞電子數(shù)為2(如Fe→Fe2++2e-；M—鐵的原子量為55.85g/mol；F—法拉弟常數(shù)為96500coulomb/mol=96500A· sec/mol；

線性極化電阻的量測(cè)可采用三種不同的方法，即：Potentiostatic法、Galvanostatic法和Potentiodynamic法。

（二）交流阻抗法(ACImpedance)

交流阻抗方法是電化學(xué)測(cè)試技術(shù)中一類(lèi)十分重要的研究方法，近幾十年來(lái)發(fā)展非常迅速，己成為研究電極過(guò)程動(dòng)力學(xué)和表面現(xiàn)象的重要手段。目前應(yīng)用交流阻抗技術(shù)較多的如電化學(xué)領(lǐng)域中研究電極過(guò)程、金屬腐蝕機(jī)理和耐蝕性能、緩蝕劑性能評(píng)價(jià)等。

交流阻抗法是用小幅度正弦交流信號(hào)擾動(dòng)電解池，控制電極電流（或電位）按正弦波規(guī)律隨時(shí)間變化，并觀察體系在穩(wěn)定時(shí)對(duì)擾動(dòng)的跟隨情況，同時(shí)測(cè)量電極的阻抗，根據(jù)研究體系的頻率特征，對(duì)阻抗數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析。交流阻抗法具有如下優(yōu)點(diǎn)：首先，由于極化電位幅度很小、頻率高，電極動(dòng)力學(xué)方程可近似地看成線形關(guān)系，濃差極化程度低。其次，陰、陽(yáng)極化交替出現(xiàn)，體系處于暫穩(wěn)態(tài)。此外，采用電橋法得到的結(jié)果準(zhǔn)確性很高，易于用等效電路的概念解析電極的行為。

（三）電化學(xué)噪聲技術(shù)（ElectrochemicalNoise）

電化學(xué)噪聲是指電化學(xué)動(dòng)力系統(tǒng)演化過(guò)程中，其電學(xué)狀態(tài)參量(如電極電位、外測(cè)電流密度等)的隨機(jī)非平衡波動(dòng)現(xiàn)象。自1968年電化學(xué)噪聲首次被Iverson發(fā)現(xiàn)以來(lái)，電化學(xué)噪聲技術(shù)作為一門(mén)新興的實(shí)驗(yàn)手段在腐蝕與防護(hù)科學(xué)領(lǐng)域得到了快速而良好的發(fā)展。尤其是近幾年，中外學(xué)者對(duì)電化學(xué)噪聲技術(shù)在理論上和實(shí)際應(yīng)用上進(jìn)行了廣泛的研究。圖2為電化學(xué)噪聲測(cè)試裝置原理圖[7]，W1，W2為兩個(gè)同材料工作電極，R為參比電極，ZRA（zeroresistanceammeter）為零阻電流模式。

圖2 電化學(xué)噪聲測(cè)試裝置原理圖

根據(jù)檢測(cè)到的電學(xué)信號(hào)的不同，可將電化學(xué)噪聲分為電流噪聲或電壓噪聲。根據(jù)噪聲的來(lái)源不同又可將其分為熱噪聲、散粒效應(yīng)噪聲和閃爍噪聲。電化學(xué)噪聲的測(cè)定可以在恒電位極化或在電極開(kāi)路電位的情況下進(jìn)行。當(dāng)在開(kāi)路電下測(cè)定電化學(xué)噪聲時(shí)，檢測(cè)系統(tǒng)一般采用同種或異種電極系統(tǒng)：當(dāng)在恒電位極化的情況下測(cè)定電化學(xué)噪聲時(shí)，一般采用三電極測(cè)試系統(tǒng)。在電化學(xué)噪聲時(shí)域分析中，標(biāo)準(zhǔn)偏差S，噪聲電阻Rn和局部化指標(biāo)PI等是最常用的幾個(gè)基本概念，也是評(píng)價(jià)腐蝕類(lèi)型和腐蝕速率大小的依據(jù)。一般認(rèn)為隨著腐蝕速率的增加，電流噪聲的標(biāo)準(zhǔn)偏差Si隨之增加，而電位噪聲的標(biāo)準(zhǔn)偏差Sv隨之減少。局部化指標(biāo)PI被定義為電流噪聲的標(biāo)準(zhǔn)偏差Si與電流的均方根(RootMean Square)IRMS的比值［8］：

一般認(rèn)為，PI取值接近1.0時(shí)，表明孔蝕的產(chǎn)生；當(dāng)PI值處于0.1～1.0之間時(shí)，預(yù)示著局部腐蝕的發(fā)生；PI值接近于零則意味著電極表面出現(xiàn)均勻腐蝕或保持鈍化狀態(tài)。噪聲電阻Rn被定義為電位噪聲與電流噪聲的標(biāo)準(zhǔn)偏差的比值，即：

現(xiàn)在已經(jīng)證明了噪聲電阻與線性極化電阻Rp的一致性，證明的前提條件為：（1）陰陽(yáng)極反應(yīng)均為活化控制，（2）研究電極電位遠(yuǎn)離陰陽(yáng)極反應(yīng)的平衡電位，（3）陰陽(yáng)極反應(yīng)處于穩(wěn)態(tài)。此外，Hurst指數(shù) (H)與閃爍噪聲的噪聲指數(shù)φ之間存在著φ=2H+1的函數(shù)關(guān)系，并且分形理論中時(shí)間序列的局部分維Dn與Hurst指數(shù)H之間存在著下列關(guān)系：Dn=2-H(0＜H＜1)。Dn的值越大，則系統(tǒng)的非規(guī)則性越強(qiáng)，說(shuō)明電極過(guò)程進(jìn)行得越劇烈。

電化學(xué)噪聲技術(shù)不需要向被測(cè)體系施加額外的極化，已廣泛應(yīng)用于腐蝕檢測(cè)領(lǐng)域，近幾年的發(fā)展尤其迅速。

三、結(jié)論

不同類(lèi)型的海洋環(huán)境，其對(duì)結(jié)構(gòu)所造成的損傷是各不相同的。與環(huán)境的腐蝕性，結(jié)構(gòu)的已使用時(shí)間及腐蝕性介質(zhì)的種類(lèi)有著密切的關(guān)系，目前已有的各類(lèi)腐蝕檢測(cè)技術(shù)很多，但在實(shí)際應(yīng)用中，仍有其一定的局限性及問(wèn)題，有待進(jìn)一步的研究。

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