用于大氣環境的電化學傳感器的腐蝕性能研究

李婷玉^1,2, 魏潔¹, 陳楠¹, 萬曄², 董俊華¹

1.中國科學院金屬研究所 沈陽 110016

2.沈陽建筑大學材料科學與工程學院 沈陽 110168

中國腐蝕與防護學報  2024, Vol. 44  Issue (2): 365-371

CSTR: 32134.14.1005.4537.2023.174

DOI: 10.11902/1005.4537.2023.174

摘要: 

構造了一種用于監測大氣腐蝕的金屬材料的電化學傳感器，分別選用低合金鋼和銅導電漆兩種具有不同電位的金屬材料，基于電偶腐蝕原理組成傳感器的兩個電極，兩個電極之間以薄的有機硅絕緣膜相隔，傳感器與大氣薄液膜介質形成一個電化學腐蝕系統。在兩個金屬電極之間有液膜產成時，就會形成一個腐蝕電池，并產生電偶腐蝕電流，通過監測這種電偶電流以反映環境中材料的腐蝕狀態。本文采用新型電化學傳感器，同時借助電化學工作站和高精度電子天平，研究了絕緣膜厚度、液膜厚度、溫度、相對濕度及陰陽極面積比等因素對電偶電流的影響規律，并證實了新型電化學傳感器具有很高的靈敏度，可用于薄液膜下大氣腐蝕的監測。

關鍵詞：

大氣腐蝕,  傳感器,  實時監測,  電偶電流 

結論：

基于電偶腐蝕原理設計制作的電化學傳感器用于監測大氣環境變化得到結論如下：

(1) 兩電極間的絕緣膜厚度即電偶對間距對電偶電流有明顯影響，絕緣膜越薄，試樣表面的電偶電流下降越緩慢，傳感器靈敏度越高。當基體表面液膜厚度大于20 μm時，傳感器可監測出電偶電流，具有較高的靈敏性。

(2) 傳感器對溫度和相對濕度的響應靈敏，溫濕度與電偶電流的對數存在良好的線性關系。溫度一定時，相對濕度越大，電偶電流越大，腐蝕速率越快；相對濕度一定時，溫度越高，電偶電流越大，腐蝕速率越快。

(3) 傳感器的電偶電流大小受陰陽極面積比的影響，陰陽極面積比越大，電偶電流越大，腐蝕越快。

圖片賞析

圖3   銅覆蓋層的表面形貌及截面形貌

Fig.3   Surface morphology (a) and cross-sectional morphology (b) of the copper coating

圖4   不同間距的電偶試樣的電偶電流隨腐蝕時間的變化

Fig.4   Variations of galvanic current with corrosion time for coupled specimens with different spacings

圖7   不同相對濕度下溫度對傳感器電偶電流的影響

Fig.7   Effect of temperature on galvanic current of sensor at different relative humidities

圖8   不同溫度下相對濕度對傳感器腐蝕電流的影響

Fig.8   Effect of relative humidity on sensor corrosion current at different temperatures

本文引用格式：

李婷玉, 魏潔, 陳楠, 萬曄, 董俊華. 用于大氣環境的電化學傳感器的腐蝕性能研究. 中國腐蝕與防護學報[J], 2024, 44(2): 365-371 DOI:10.11902/1005.4537.2023.174

LI Tingyu, WEI Jie, CHEN Nan, WAN Ye, DONG Junhua. Corrosion Performance of Electrochemical Sensors for Atmospheric Environments. Journal of Chinese Society for Corrosion and Protection[J], 2024, 44(2): 365-371 DOI:10.11902/1005.4537.2023.174

通訊作者1:魏潔，研究方向為混凝土結構中鋼筋的腐蝕與防護

E-mail: jwei@imr.ac.cn

通訊作者2: 萬曄，研究方向為材料腐蝕與防護

E-mail：ywan@sjzu.edu.cn

作者簡介: 李婷玉，女，1998年生，碩士生