金属材料腐蚀速度的测定方法优化

2023-06-23 理论教育版权反馈

【摘要】：为了快速而准确地测定金属材料在土壤介质中的腐蚀速度随时间的变化规律，近年来，相继发展了一些电化学测试方法，如极化曲线法、交流阻抗技术等。因此，为了有效测定相关金属材料在目标土壤中的有效腐蚀速度，针对不同土壤类型和相关的气候条件，在实验室内有效地模拟各种常见金属材料在不同种类土壤中的腐蚀行为是问题的关键，即能稳定代表现场腐蚀速度的模拟装置是金属土壤腐蚀速度测定的关键。

土壤是由固、液、气三相组成的复杂的不均匀的介质，金属材料在土壤中的腐蚀，虽然其腐蚀机理属电化学腐蚀，但其腐蚀行为比在通常介质中要复杂得多，因此研究方法具有某些特殊性和一定的困难。

金属材料土壤腐蚀速度最经典的测定方法就是试样填埋失重法，即将金属材料制成标准试片，然后填埋于一定深度的目标土壤中，经过相当长的一段时间（通常是1年）后，挖出试片，然后称重，根据金属试片的失重量换算成金属材料的土壤腐蚀速度。显然这种方法不但费时，而且得到的是一段时间内的平均腐蚀速度，无法得到实时的腐蚀信息。

为了快速而准确地测定金属材料在土壤介质中的腐蚀速度随时间的变化规律，近年来，相继发展了一些电化学测试方法，如极化曲线法、交流阻抗技术等。从而为深入研究土壤腐蚀机理提供了技术支持。

极化曲线法是电化学测量中最基本的方法，也是研究电极过程动力学的最重要的方法。根据金属电化学腐蚀理论，测定金属电极的稳态极化曲线，通过数据处理测出极化电阻，可以分析腐蚀过程的控制机理。极化电流i_c=B/R_p。

用极化电阻来划分腐蚀等级，在实际应用中仍是十分困难的，其原因主要有以下几方面的因素：①常数B不易测量，土壤种类繁多，土质及其理化性质变化很大，所得的极化曲线塔菲尔区并不明显，外推常会引起较大的误差；②计算得出的极化电流i_c为均匀腐蚀速度，而实际上局部腐蚀有很大的影响，极化电阻R_p只能反映腐蚀电位附近线性区的结果，因此R_p的测量仍无法满足土壤腐蚀测量的需要。

交流阻抗技术是在1972年由Epleboin等人提出的用于测量金属腐蚀的技术。1983年，Scully.J.R和Bundy.K.T联合首次将这一技术用于土壤腐蚀的研究。它是控制电极的交流电位（或控制电极的交流电流）按小幅度（一般小于10mV）正弦波规律变化，然后测量电极的交流阻抗，进而计算电化学参数的方法，属于频率响应分析技术，抗干扰能力强，且不受土壤本身电阻的影响，因而这种技术对电极过程的影响很小。

由于实际体系的阻抗谱比较复杂，常有弥散效应和存在多个时间常数，关键是要建立能够描述所观察到的腐蚀电化学的等效电路，这不是在所有情况下都能达到的，加之土壤介质的复杂性，造成阻抗谱解析困难，而且该技术对仪器要求较高，使之在实际应用中受到限制。

另外，还有研究者采用测量对地电位（自腐蚀电位）、氧化还原电位等方法来测定对比金属材料在不同土壤中的腐蚀速率。这些方法对土壤环境无干扰，但是只能提供单一的与腐蚀有关的信息，与土壤的腐蚀速度关系也不密切，因此在实际应用中并不理想。

综上所述，尽管目前有许多研究提出了一些评定土壤腐蚀的方法和相关腐蚀速度的测定方法，但由于各地气候条件的不同，现有的测定方法在实际工作中很难体现相应的适用性和广谱性。因此，为了有效测定相关金属材料在目标土壤中的有效腐蚀速度，针对不同土壤类型和相关的气候条件，在实验室内有效地模拟各种常见金属材料在不同种类土壤中的腐蚀行为是问题的关键，即能稳定代表现场腐蚀速度的模拟装置是金属土壤腐蚀速度测定的关键。

接地网的土壤腐蚀速度测定的完整过程应该包括标准试片的现场填埋、土壤采样及理化性质的测试、现场相关的电化学测试、实验室模拟测试、填埋试样的取回分析等步骤。

金属材料腐蚀速度的测定方法优化

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