1 前言

    金屬材料在大氣環(huán)境下的腐蝕本質(zhì)上是薄液膜下的電化學(xué)腐蝕，液膜厚度大約在幾微米到幾百微米之間，同時，由于環(huán)境原因，液膜分布不均勻，這就給研究金屬材料的電化學(xué)腐蝕機(jī)理提出了挑戰(zhàn)。現(xiàn)有研究金屬材料電化學(xué)腐蝕的各類測試方法是建立在水溶液基礎(chǔ)之上的，因此，常規(guī)的用于研究水溶液中金屬材料腐蝕機(jī)理的電化學(xué)儀器和方法已不能使用，亟需開發(fā)新的電化學(xué)測試技術(shù)。由于金屬表面液膜分布不均勻，導(dǎo)致由腐蝕產(chǎn)生的電信號分布不連續(xù)，如何收集不連續(xù)的電信號是開發(fā)新型電化學(xué)測試技術(shù)的關(guān)鍵。針對上述情況，目前共有三種測試方法可以實現(xiàn)對不連續(xù)電信號的收集，分別是電化學(xué)阻抗譜技術(shù)、大氣腐蝕監(jiān)測電池技術(shù)（ACM）、Kelvin 探針技術(shù)。

    2 電化學(xué)腐蝕測試技術(shù)

    2.1 電化學(xué)阻抗譜技術(shù)（EIS）

    電化學(xué)交流阻抗技術(shù)利用小幅度交流電信號對研究體系進(jìn)行擾動，觀察體系在穩(wěn)態(tài)時對擾動的響應(yīng)。

    Nishikata 及其合作者采用同種材料的雙電極系統(tǒng)研究了薄液膜體系下材料的腐蝕。他們認(rèn)為金屬/薄液膜體系下的EIS 譜圖可以采用TML 模型進(jìn)行分析，并以此模型推導(dǎo)了薄液膜下的電流（電位）分布公式。電流分布的分析表明，在交流電信號下，EIS 數(shù)據(jù)能夠給出電流分布的信息：如果相位角超過45 ° ，則至少在低頻端，電流分布是均勻的，因此腐蝕速率可以由獲得的極化電阻決定。張鑒清等[2]利用三電極體系對2024-T3 鋁合金在3.0wt％NaCl 薄液膜體系的電化學(xué)腐蝕進(jìn)行了交流阻抗測定。結(jié)果表明當(dāng)液膜厚度小于105μm 時，在最初階段腐蝕速率最大，主要原因是腐蝕過程由陰極反應(yīng)控制。在后期階段，最大腐蝕速率出現(xiàn)在液膜厚度為170μm 時，原因是腐蝕過程由陰極控制轉(zhuǎn)變?yōu)殛枠O控制。液膜厚度在62μm 時，陽極過程被抑制，腐蝕速率最小。Kihira 等直接將帶銹層的耐候鋼直接固定在兩個電極之間，測定銹層自身的阻抗，通過擬合阻抗譜圖來獲得銹層的膜電阻，進(jìn)而評價銹層對材料的保護(hù)性作用，對耐候鋼的腐蝕防護(hù)與應(yīng)用都具有良好的指導(dǎo)意義，但無法對腐蝕歷程即發(fā)生腐蝕的電化學(xué)過程加以討論。

    2.2 大氣腐蝕監(jiān)測電池技術(shù)（ACM）

    大氣腐蝕監(jiān)測電池技術(shù)包括雙電極電偶型和三電極電化學(xué)電池型。由異種金屬交替排列，金屬電極之間用絕緣材料隔開，通過測量金屬電極間的電偶電流可以評價金屬材料的耐蝕性，也可以檢測大氣環(huán)境中的潤濕時間，從而對大氣環(huán)境的腐蝕等級做出評定，這種類型的測試技術(shù)稱為雙電極電偶型。已開發(fā)出的該類型電偶對包括：Cu/Fe，Cu/Zn，F(xiàn)e/Zn 等。將同種金屬電極片兩兩連接，順序為AWRWA，中間的金屬電極片僅起到連接作用，不接入整體電路，作為參比電極，兩側(cè)金屬電極片分別作為工作電極和輔助電極，這種類型的測試技術(shù)稱為三電極電化學(xué)電池型[4]。ACM 技術(shù)的一個重要特點在于電極片交替排列獲得材料表面整合后的電信號，這一特點能夠很好的克服大氣腐蝕環(huán)境中材料表面的電解質(zhì)分布不均勻而造成的電信號零散不均問題。

    2.3 Kelvin 探針技術(shù)

    Kelvin 探針技術(shù)在研究金屬材料的大氣腐蝕機(jī)理方面具有得天獨厚的優(yōu)勢，可以通過原位測量薄液膜下金屬材料的電極電位分布情況，從而分析金屬材料的電化學(xué)腐蝕過程，而且，在利用探針技術(shù)測量電位時，不需要與被測表面直接接觸，避免了溶液電阻對測試結(jié)果的影響，測得的電位與用微參比電極測得的電位之間有良好的線性關(guān)系。另外，該項技術(shù)可以通過測試金屬電極極化曲線的方式來研究金屬的腐蝕機(jī)理。

    在Kelvin 探針研究大氣腐蝕的過程當(dāng)中，研究者不斷致力于將該技術(shù)與其他的研究手段相互結(jié)合。Nazarov等利用Kelvin 探針與AFM 相結(jié)合的SKPFM 研究了Mg-Al 合金的大氣腐蝕，通過確定陰極以及陽極電流密度的比例來確定了腐蝕過程當(dāng)中的控制步驟，并認(rèn)為陰陽極過程的不等效是腐蝕發(fā)展的源動力。

    3 發(fā)展趨勢

    EIS 技術(shù)在大氣腐蝕研究領(lǐng)域已經(jīng)獲得廣泛的應(yīng)用，針對不同的目的，開發(fā)了諸多實驗方法，但不同研究者在解析EIS 技術(shù)監(jiān)測大氣腐蝕所得到的數(shù)據(jù)時各有異同，如何解析獲得的數(shù)據(jù)成為EIS 應(yīng)用中的一個重要問題。作為一種較為成熟的測試技術(shù)，大氣腐蝕監(jiān)測電池還得在提高平行性、重現(xiàn)性和反映環(huán)境條件變化的靈敏性方面多做工作；對于Kelvin 探頭測試技術(shù)，則需要借助于其在微區(qū)電位測試方面的優(yōu)勢，積極開發(fā)與其他測試方法有效結(jié)合的新型電化學(xué)測試技術(shù)。

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