利用電阻探針技術監檢測銅和銀在不同的博物館環境中的腐蝕

 

    2010 年 6 月 MichelDubus 等 人 在《StudiesinConservation》上發表了一篇名為《利用電阻探針技術監檢測銅和銀在不同的博物館環境中的腐蝕》的文章。

    文章研究的目的是通過對銅和銀在不同博物館環境下的腐蝕情況的監檢測，改善銅銀等金屬制品文物在博物館中的保存方式，優化不同的文物館藏中腐蝕監檢測方法的監檢測效率，同時提高各種監檢測方法的適用性。

    文章所用電阻探針為 RCS 公司的銅制和銀制大氣腐蝕探針 TF50Model610。該型號感應器的金屬片厚度范圍為 25-250nm。由于文章中待監檢測環境的腐蝕性特別低，因此選擇了靈敏度最高的厚度為 25nm 的探針系列。而銅和銀作為電阻探針金屬部分材料的原因是因為：銅對相對濕度和很大范圍的空氣污染物，包括有機物酸、室內有機分子等非常敏感；而銀對 H2S 的反應、氯化物等非常敏感。測量所用腐蝕監檢測儀為CK-4Corrosometer 系列。

    文章中選取了法國的四個博物館作為進行腐蝕監檢測的場所。感應器被安裝在博物館中的陳列柜頂上。溫度和相對濕度由 MadgetechPRHTempRH101 記錄儀記錄。同時文章中還用到了傳統的掛片失重法來作為一個對比方法，所用材質為銅和銀。

    測量經過一個月時，銀金屬的腐蝕厚度不超過 10nm，一年以后，大多數銀掛片的腐蝕厚度不超過 100nm，具體的數據統計如下圖：

圖1 銀掛片一個月腐蝕厚度

 

圖2 銀掛片一年腐蝕厚度

 

    測量經過一個月時，銅金屬的腐蝕厚度不超過 5nm，一年以后，大多數銅掛片的腐蝕厚度不超過 100nm，具體的數據統計如下圖：

 

    同時，文章還針對不同博物館所使用的陳列柜的材質不同對腐蝕測量結果的影響進行了研究討論。探針測得的結果如下所示：

 

    通過在不同測試地點的探針數據和掛片數據的對比，文章最終得出結論：

    電阻探針技術能夠提供測試環境長期的有用數據，并且其測量儀器在很多環境中都是適用的。同時，電阻探針技術可以持續的監檢測腐蝕厚度的變化，而不移動探針的位置，從而可以實現數據的在線功能。而探針最終的測試結果表明，利用電阻探針技術，可以指導改善文物保存方式的選擇，從而最快速的找到有效的文物保護措施。

    利用金屬電阻探針在文化遺址室內進行的實時空氣腐蝕監檢測

 

    2013 年 4 月，學者 T.Prosek 等人在雜志《StudiesinConservation》上發表了文章《利用金屬電阻探針在文化遺址室內進行的實時空氣腐蝕監檢測》。

    文章中介紹了一種可以進行連續大氣腐蝕監檢測的監檢測系統。其中感應器部分的原理主要是：當金屬片腐蝕時，其有效通電橫截面積減小，從而使得其電阻增大，通過測量和記錄其電阻的變化值，可以得到其金屬腐蝕厚度的變化。文中感應器所用金屬有：銀、銅、鐵 / 鋼、鋅、鉛等。感應器具有很高的靈敏度，即使在腐蝕性很低的室內館藏環境中，依然能進行有效的實時腐蝕監檢測。

    文中介紹的腐蝕監檢測系統主要包括四部分：一個用于測量和記錄電阻變化的電子記錄儀、一個置于環境中被腐蝕的感應器、一個用于記錄儀和電腦之間的信息交流轉換的裝置、一個分析和解釋監檢測結果的功能軟件。其中測量部分的產品實物圖如下所示：

圖1產品實物圖

 

    感應器實物圖：

圖2 探針結構

 

    作者首先將選擇的四種感應器連接到腐蝕監檢測系統上，在實驗室內進行了一系列的測量，確定了其測量精度滿足實際待測環境的監檢測要求后，將其應用到了待監檢測的文化遺址室內空氣監檢測中去，并在具體的監檢測位置做了對比的掛片失重實驗，最終將腐蝕監檢測系統測得結果和失重掛片法所測得的監檢測結果做了分析對比，其結果對比圖如下：

 

    從圖中可以看出，電阻探針感應器所測得的腐蝕速率和傳統掛片失重法所得的數據有偏差，探針所得腐蝕損耗厚度明顯高掛片法所得腐蝕損耗。這種現象出現的原因有：鐵或碳鋼在腐蝕的過程中容易發生點蝕，而電阻探針法由于其基本原理的限制，當探針金屬部分發生不均勻腐蝕的時候，其測量結果將會明顯增大。另外，電阻探針基本的測量原理決定了其所獲得的金屬腐蝕損耗厚度是其金屬發生腐蝕的截面的最大值，而失重掛片法所得的腐蝕損耗厚度是一個平均值，所以在探針所得數據比掛片法所得數據偏高是在原理上可以解釋的通的。

    文章在考慮將該電阻探針腐蝕測量系統應用于文化遺產腐蝕監檢測中去是面臨的問題——歷史文物的材料往往是不可復制性的，且其加工工藝也與感應器的金屬制片部分的工藝不同，且其表面往往在長期的與空氣接觸或者保存過程中，形成了特定的表面層；此外塊體金屬材料的腐蝕性能和薄膜狀的金屬材料的腐蝕性能也有差異。以上這些因素都制約了針對歷史文物的腐蝕監檢測工作的進行，目前尚未有能夠準確模擬監檢測歷史文物腐蝕過程的方法，但是我們可以利用電阻探針監檢測系統及時的反應文物所在館藏的空氣腐蝕性變化，從而比較有效的防護歷史文物。

    利用電阻探針技術對鋼在土壤環境中的腐蝕機理的研究

 

    2006 年 2 月，SeonYeobLi 等 人 在 ELSEVIER 旗 下 的《MATERIALSCHEMISTRYANDPHYSICS》期刊上發表了文章《利用電阻探針技術對鋼在土壤環境中的腐蝕機理的研究》。文章旨在利用高靈敏度的薄膜電阻探針感應器監檢測鋼在土壤環境中的腐蝕情況。

    文章中所用電阻探針感應器主要是利用噴涂法，將商品用鋼粉末噴涂在基底三氧化二鋁上，膜厚度約為 6um，感應器制造原理示意圖如下圖所示：

 

    制作好電阻探針感應器以后，將其安裝在由環氧煤焦油包覆的排水鋼管附近，其安裝示意圖如下所示：

 

    為了證明鍍膜后的薄膜鋼跟傳統的塊體鋼的電阻性質的一致性，在監檢測前，作者將薄膜鋼和塊體鋼在 NaCl 溶液中的極化電阻進行了測量，其結果對比圖如下所示：

圖3探針與掛片測試結果對比

 

    薄膜電阻探針感應器監檢測的四個位置的土壤腐蝕的結果如下圖所示：

 

    瞬時腐蝕速率曲線顯示：當環境的腐蝕速度在 0.01mm/y，甚至更小時，腐蝕速率的變化可以用該是電阻探針感應器顯示出來。本次測量的時間間距為30-60 分鐘。通過減小測量時間間隔，更小的腐蝕速率以及他們的變化將會被監檢測到。從腐蝕質量損耗隨時間的變化曲線可以看到，腐蝕損耗隨監檢測時間的延長而逐漸減小，這一趨勢符合以下方程：

 

    通過對監檢測結果的討論和分析，作者最終得出結論：該文章中制造的薄膜電阻探針感應器可以用于嵌入土壤中進行腐蝕監檢測。并且利用電阻探針來進行腐蝕監檢測可以消除土壤本身電阻對腐蝕速率監檢測的干擾，同時可以得到表達短期內鋼腐蝕的能量規律的大體趨勢的方程式，而這是傳統的失重掛片法所做不到的。當環境的腐蝕速度在0.01mm/y，甚至更小時，腐蝕速率的變化可以用該是電阻探針感應器顯示出來。

    薄膜電阻探針感應器在室內腐蝕監檢測中的應用

 

    2006 年 2 月，學者 SeonYeobLi 等在期刊《SensorsandActuators》上發表了文章《薄膜電阻探針感應器在室內腐蝕監檢測中的應用》。文章中作者介紹了其開發的一款高性能的薄膜電阻探針感應器，作者通過列舉其利用該探針所做的一系列監檢測數據，證明了其對鋼在不同環境條件下的腐蝕監檢測的可行性。

    首先作者介紹了電阻探針腐蝕監檢測方法的基本原理，以及該方法的優缺點，同時提出了當時的已有的電阻探針在監檢測方面存在的靈敏度低、響應時間短的不足，并提出了提高探針靈敏度的兩種主要方法：第一種即合理設計探針幾何尺寸，盡可能減小探針厚度，而在絲狀、柱狀、片狀三種主要的探針形式中，片狀是最容易在工藝上進行減薄的形式，因此文章中開發的電阻探針即選用了片狀模式；第二種方法就是在測量電路上進行改進，減小測量過程中外界環境對測量結果的干擾，提高整個測量電路的精確度。文章中開發電阻探針時主要著重與第一個方面進行改進。

    為了達到優異的探針靈敏度——即獲得很薄的探針金屬部分，文章中采用了直流磁控濺射技術將韓標 SM45C 鋼鍍到三氧化二鋁基底上。其鍍膜的制造流程如下圖所示：

圖1 鍍膜制造流程

 

    磁控濺射鍍膜以后，利用快速固化環氧樹脂技術，將探針的參考部分即電路部分密封起來，以防止溫度等對其影響。最終制得的探針的幾何形狀如下圖所示：

 

    隨后作者利用該探針在室內做了一系列實驗，以驗證其監檢測的可行性，最終結果顯示該探針具有良好的穩定性和靈敏度，作者又將其置于室外地埋管線附近，對聚乙烯包覆的地埋管線進行腐蝕監檢測，同時還在探針的嵌入部位埋置了腐蝕掛片，進行失重掛片法測量。其探針安裝示意圖如下所示：

圖3 探針安裝示意圖

 

    最終電阻探針法和腐蝕掛片法所得數據對比圖如下所示：

圖4 探針與腐蝕試片測試結果對比

 

    通過對兩種方法測量結果的對比，作者分析了電阻探針在室外進行腐蝕監檢測時，其探針安裝位置處電線桿的外溢電流對其監檢測結果的影響，以及土壤中微生物對監檢測結果的影響。通過文章中大量的實驗數據分析，作者最終提出其開發的電阻探針在各行業的腐蝕監檢測中具有較好的應用性。

    震動和探針移動對 SVET 測量的影響

 

    2014 年 12 月，學者 A.C.Bastos 等在著名期刊《CorrosionScience》上發表了文章《震動和探針移動對 SVET 測量的影響》。

    作者提出電極掃描技術（SVET）已被廣泛應用到各種腐蝕系統的表征當中去，然而，為了更進一步的估量腐蝕速率，就必須獲得一些定量的監檢測數據，而這些監檢測數據就必須非常準確，才能獲得較好的監檢測結果。因此實驗參數就必須被嚴格的控制。此外，SVET 技術不會干擾任何正在監檢測的系統，腐蝕樣品和SVET電極是沒有實際接觸的。

    實驗所用SVET 設備是美國ApplicableElectronicsInc. 公 司 的 產 品，其控制軟件是美國 Sciencewares 公司的產品 ASET2.00。SVET 設備的微電極是由美國 ApplicableElectronicsInc. 公司生產的鉑 - 銥絕緣聚合物微電極。直徑為20um 的鉑黑球被電鍍到尖端上。微電極向兩個方向震動，一個沿 X 軸方向，一個沿 Z 軸方向，感知兩個方向的電場。然而，在腐蝕過程中，沿 X 軸方向的信號是很少用到的。X 軸和 Z 軸方向的頻率分別為 115HZ 和 69HZ，其震動的振幅均為10un。當到達一個新的測量點后，探針需要等待 0.2s，而在探針移動前，需要等待大于 0.2s 的時間。探針距離樣品距離在 50-200un 的范圍。

    文章中所用 SVET 系統如圖所示：

 

所用電化學電池：（a）外部極化的直徑為1mm鉑

片；（b）電流耦合的直徑為1mm的鋅片和鐵片

 

    文章中主要集中研究了典型條件（ 探 針 尖 端 尺 寸 為 10-20um、 振 幅為 10um、探針與樣品之間距離為 50-200um）下 SVET 的操作，分析了震動和探針移動對 SVET 掃描結果的影響。最終文章得出了一下結論：

    1. 探針的震動會對 O 2 的還原電流有影響，但影響效果比較小，在 5% 或者更小的范圍內；2 探針的振幅越大、探針與樣品之間距離越小，探針的震動影響效果越大；3. 探針的移動影響比較重要，尤其是當探針穿過陰極區域時，會導致電流在 10-30% 程度的增加；4.SVET 探針只影響探針區域，且其影響會在幾分鐘之內消除；5.SVET 操作對系統的影響一般是不可見的，除非 SVET 的掃描是一直持續性的，SVET 對樣品長期的腐蝕是沒有影響的；6. 在溶液與樣品相近時，由探針移動引起的對流問題在任何掃描探針上都會發生；7 在質傳系統中，震動和探針移動對系統的影響會更為重要。

    電阻探針感應器的濺射沉積鋼薄膜的腐蝕性能

 

    2006 年 3 月，學者 SungwonJung 等在期刊《ElectrochemistryCommunications》上發表了文章《電阻探針感應器的建設沉積鋼薄膜的腐蝕性能》。文章介紹了利用濺射沉積所得的鋼薄膜作為電阻感應器材料的技術，提出并討論了薄膜表面粗糙度對其電化學腐蝕性能的影響，然后研究了用該鋼薄膜制得的電阻感應器的腐蝕性能以及利用其進行腐蝕監檢測的可行性。

    文章中作者利用不同的基底來進行鋼薄膜的濺射沉積，分別是：載玻片、有刮痕的載玻片以及 Al 2 O 3 , 其基底的平均粗糙度如下表所示：

 

    沉積所得薄膜厚度為 600nm, 其氬氣壓為0.27Pa.沉積樣品花樣如圖所示：

 

    對于制得的鋼薄膜，進行的 XRD 表征結果如下所示：

 

    從圖中可以看出，鋼薄膜的 XRD 圖譜有兩個峰，與塊體的鐵素體鋼圖譜可以匹配，證明沉積所得的鋼薄膜的晶體結構與塊體鋼是相同的。

    對于剛薄膜腐蝕性能的測量，作者在 3.5% 的 NaCl 去離子水溶液中進行了測量，其陽極動電位極化曲線圖如下所示：

 

    從圖中可以看腐蝕點位和極化電阻都與基底的粗糙度有關。一般的，粗糙度越大，極化電阻越大。

    對薄膜的腐蝕表面形貌也進行了SEM 表征。針對不同基底的沉積薄膜，對其腐蝕特征和原理進行了分析討論。最終得出結論，以 Al 2 O 3 為基底的薄膜可以被用作感應器材料。

    最終制得的感應器被用于腐蝕監檢測，其測量結果驗證了該薄膜材料用于制作感應器材料的可行性，以及制得的感應器用于腐蝕監檢測的實用性。

    以濺射沉積鋼薄膜作為原材料的電阻探針感應器的腐蝕行為

 

    2006 年 4 月， 學 者 Young-GeunKim等在期刊《Surface&CoatingsTechnology》上發表了文章《以濺射沉積鋼薄膜作為原材料的電阻探針感應器的腐蝕行為》。文章主要描述了以 600nm 厚的鋼薄膜為原材料以達到改善腐蝕測量靈敏度的電阻感應器的電化學性能的實驗研究方法。

    利用磁控濺射所得的金屬薄膜被應用到改善電阻探針感應器測量靈敏度上的主要原因是其可以將金屬薄膜的厚度控制在一個非常薄的范圍內。但是，利用傳統的濺射鍍膜制得的金屬薄膜，其電化學性質和物理性質與塊材的金屬相比，是有很大差異的，這將導致其腐蝕測量時結果不準。該文章著眼于薄膜鋼的電化學腐蝕性能進行了研究，尤其是對鍍膜過程中氬氣環境條件進行了重點實驗。

    文章所用鋼材成分如下表：

 

    通過濺射鍍膜所得感應器金屬薄膜部分形狀如下所示：

 

    其中 a 圖為單線結構，b 圖為多線結構（共五根線，每根寬 0.5mm）。感應器總的暴露面積為 1.5cm 2 , 均勻分布在 20×20mm 的基板上。感應器除了需要裸露在外進行測量的部分外，其他部分均由快速固化環氧樹脂密封起來。

    對于制得的薄膜電阻探針感應器，作者進行了一系列的性能表征，包括薄膜附著力的表征、XRD 成分表征以及電阻率測試等。隨后作者對制得的薄膜感應器進行了電化學腐蝕行為研究。部分測量結果如下所示：

圖3 薄膜電阻感應器在（a）0.5%FeCl3溶液，（b）

3%NaCl溶液，（c）含有1.5%NALCO39L腐蝕抑制劑的

 

3%NaCl溶液中的響應。

 

    從圖中我們可以看出，薄膜電阻感應器在不同腐蝕性的環境中會有不同的顯示，同時，感應器可以在很短的時間內做出響應，這充分體現了該薄膜電阻感應器改良后優異的測量靈敏度。同時，作者利用傳統的現狀電阻探針感應器做了對比實驗，其測量結果如下所示：

圖4 傳統線狀電阻探針感應器在充氣去離子水中的響應

 

    從圖中我們可以看出，傳統的線狀電阻探針感應器在對腐蝕速率產生響應時，需要一個為期幾天的過渡周期，即圖中的 Stage1, 而當環境的腐蝕性比較低時，過渡周期的時間將會延長。通過對圖 3 和圖 4 的比較，我們可以發現，薄膜電阻探針感應相比較傳統的線狀電阻探針感應器，具有更快的響應時間，更高的靈敏度。

    該文章通過對磁控濺射鍍膜條件的研究和控制，制造出了可用于電阻探針感應器的鋼薄膜材料，最終制得的鋼薄膜電阻探針感應器具有良好的測量靈敏度，可對腐蝕速率做出快速響應。同時，多線的薄膜電阻探針感應器被證明可以較好的監檢測局部腐蝕的產生。通過文章中的實驗數據對比，作者提出該鋼薄膜電阻探針感應器可作為一種可靠的腐蝕監檢測工具。

    測量管線鋼的沉淀物腐蝕和抑制腐蝕作用的新型電阻技術

 

    2016 年 5 月，作者 Y.Huang 等在著名 期 刊《CorrosionEngineering,ScienceandTechnology》上發表了一篇名為《測量管線鋼的沉淀物腐蝕和抑制腐蝕作用的新型電阻技術》的文章。

    該文章主要研究了 X65 管線鋼的沉積物的腐蝕行為以及其在有氧腐蝕條件下的腐蝕抑制作用。文章首先定義了沉積腐蝕（UDC）的概念，即金屬表面由固體沉積物引發的局部腐蝕，如點蝕等，叫做沉積腐蝕。對于 UDC 的控制，一般采用清管技術和加入抑制腐蝕的化學物質的方法。作者通過對以往學者對 UDC研究工作的分析，提出了有氧腐蝕在冷卻水系統、油氣運輸系統等管道中的重要性，從而提出了本文研究的意義所在。同時，通過對以往學者研究工作的分析，提出了一種新型環裝電阻探針在管線鋼腐蝕監檢測中的應用，并通過不同方法監檢測結果的對比，驗證了該類型電阻探針腐蝕監檢測的可行性。

    作者所做實驗樣品原材料為 APIX65管線鋼，樣品尺寸為 10×15×3mm, 其中工作面積為 1.5cm2. 樣品除工作端面外，其余部分用環氧樹脂密封，其焊接導線為銅線，焊接位置為工作端面的背面，導線亦被密封于環氧樹脂中去。實驗中所用沉積物為平均尺寸為 300um 硅石，電極表面沉積物厚度為 4mm. 實驗所用溶液為濃度為 3.5% 的 NaCl 溶液，實驗溫度為 30℃，溶液中的溶解氧濃度維持在高于 5.5mgL-1. 實驗所用兩種抑制劑分別為咪唑啉和氨基三甲叉磷酸。實驗所用監檢測方法為線性極化法和電位極化法，其實驗示意圖如下所示：

圖a為IPR和PDP的測量原理示意圖，圖b為沉積電極

和裸露電極之間腐蝕測量原理示意圖

 

    文中用到的環形電阻探針在實體管道中的安裝如下圖所示：

 圖a為探針的腐蝕部分和補償部分的結構示意圖，圖

b為電阻探針在管線鋼內部的設置圖片，圖c為電阻探

針在管線鋼外部的電極，圖d為電阻探針的裝配圖片

 

    通過一系列實驗對比，文章最終得出結論如下：

    1 在有氧環境下，沉積物覆蓋電極電勢往往低于裸露電極電勢。其原因是電極表面氧濃度的不同；

 

    2 具有一個較高濃度的氨基三甲叉膦酸抑制劑在有氧環境中對陽極反應具有抑制作用，而對陰極反應具有促進作用。

    3 具有一個較高濃度的咪唑啉對裸露電極和沉積物覆蓋電極上的反應都有抑制作用，同時可以減小裸露電極和沉積物覆蓋電極之間的電流密度；

 

    4 文中新型電阻探針被應用到實驗室內管線鋼的局部腐蝕監檢測，通過監檢測發現，低流速部分鋼材的電偶腐蝕效應是由腐蝕產物的積累引起的。而當氧溶解到流體介質中時，鋼材底部將會變為陽極區域。而硅沉積層可以降低底部的腐蝕速率，且底部硅沉積層的出現并未促進該部分之間電偶腐蝕效應。同時發現，在含有硅沉積層管線鋼中使用氨基三甲叉磷酸應比較小心，而咪唑啉則可作為非常好的抑制劑來使用。

    一種室內腐蝕監檢測用的高靈敏度的電阻感應器

 

    2013 年， 學 者 M.Kouril 等 在 期刊《Corrosion Engineering,ScienceandTechnology》上發表了一篇名為《一種室內腐蝕監檢測用的高靈敏度的電阻感應器》的文章。文章中介紹了這種高靈敏度的電阻感應器的測量原理，以及該感應器的形狀、材質，及其基本的加工工藝，同時通過大量的試驗數據，說明了其感應器設計的合理性，以及其監檢測結果的準確性。

    該電阻感應器的基本監檢測原理與傳統的電阻探針法監檢測原理相同，文章中著重介紹了該感應器的設計部分。初期的結構設計如下圖所示：

 

    感應器金屬部分包括測試部分和參考部分，金屬片全部貼在不導電的硬質基底上，參考部分的上面用透明的模板遮蓋并密封。經過室內測量并討論以后，對其結構進行了進一步的改良，其最終設計圖如下所示：

 

    從圖中我們可以看出，與最初的設計結構相對比，金屬片的兩臂相接部分進行了改進，新改進的結構是為了避免兩臂之間相接部分受到較大腐蝕沖擊，從而導致測量不準。

    該感應器的金屬部分采用磁控濺射技術加工。金屬片可為 Pb、Fe、Cu 等，其樣品示例如下所示：

 

    隨后，文章利用該感應器進行了一系列的腐蝕監檢測，其所得曲線圖如下所示：

 

    該圖為銅片感應器監檢測所得腐蝕曲線，圖中同時給出了不同溫度和相對濕度下監檢測的結果。

    同時，該作者們還進行了不同溫濕度，以及空氣中含有揮發性酸等情況下的腐蝕監檢測試驗，其結果如下所示：

 

    通過大量的試驗結果，作者證明了其腐蝕監檢測感應器設計的合理性，以及其監檢測的高靈敏度——達到原子級別的測量精度。

    覆蓋于一層電解液之下的耐候鋼在干 - 濕循環條件下的大氣腐蝕監檢測

 

    2014年，Ch.Thee等在期刊《CorrosionScience》上發表了名為《覆蓋于一層電解液之下的耐候鋼在干 - 濕循環條件下的大氣腐蝕監檢測》的文章。這篇文章主要介紹的是針對于一種耐候鋼在實驗室內所進行的腐蝕監檢測實驗及其得出的結論。作者在文章簡介部分介紹了目前在大氣腐蝕監檢測方面一些學者所取得的結論和成果，然后分析得出目前關于覆蓋有銹蝕層的耐候鋼的大氣腐蝕方面的研究還很少，因此作者引出了本文研究的重要性和意義。

    作者首先介紹了大氣腐蝕的基本機理，在大氣腐蝕過程中，鋼表面會附著一層電解液，而電解液的厚度會隨著周圍環境發生周期性變化，其中溫度和濕度對其影響最大。而電解液的厚度又對鋼表面的腐蝕情況具有非常重要的影響。因此，該文章的作者在實驗設計中，自制了自制了一個溫度和濕度可控的箱體，用于模擬所需的海洋性氣候條件。作者以耐候鋼為電極材料，制作了如圖所示的梳狀電極，然后組成了一個二電極的測量電池。

圖1 電極示意圖

 

    作者首先在電極表面潤濕一層 NaCl溶液，然后在箱體中干燥 12 個小時，然后用等量的蒸餾水繼續潤濕，然后干燥 12 個小時，以此循環往復。從潤濕到干燥完畢為一個 CCT 循環。在整個實驗過程中，測量的電極電池都置于一個連接有電腦的電子天平上通過公示We=Ws–Wd 即可得到電極表面的電解液質量，然后由 X=We/qS 得到電解液層的厚度。

圖2 電解液厚度-時間/NaCl濃度-時間曲線圖

 

    圖 2 為實驗所得的電極表面電解液層厚度和時間的相關曲線圖。其中數字1-12 表示的是進行 EIS 測量所對應的時間和電解液層厚度。作者通過對初始幾個 CCT 中測量所得和 EIS 結果和中后期CCT 中的 EIS 測量結果的對比，比較了沒有銹蝕層附著的電極表面和有銹蝕層附著的電極表面的電阻變化規律，分析得出了銹蝕層電阻隨電解液厚度的變化曲線圖、銹蝕層電阻隨 CCT 數變化的曲線圖，以及極化電阻的倒數（表征腐蝕速度的參數）隨 CCT 數變化的曲線圖。

圖3 銹蝕層電阻與電解液厚度的曲線圖

 

圖4 銹蝕層電阻與CCT數的曲線圖

 

圖5 極化電阻的倒數與CCT數的曲線圖

 

    通過對以上三個圖的分析，作者得出了本文的實驗結論：在腐蝕初始階段（對于與前五個 CCT 循環），電極表面的腐蝕速度加快，直到達到一個最大值，此時，電極表面形成的銹蝕層對電極的保護與周圍介質對電極的腐蝕達到一個平衡點，而隨著銹蝕層不斷增厚，同時變得緊密，銹蝕層對電極的保護作用越來越強，因此電極表面的腐蝕速率開始急劇減小，到腐蝕的中后期，腐蝕速率維持在一個比較低的值。

    利用大氣腐蝕監檢測（ACM）感應器進行汽車環境的腐蝕監檢測和材料的最優選擇

 

    2014 年， 學 者 DaisukeMizuno 等 在知名期刊《CorrosionScience》上發表了名為《利用大氣腐蝕監檢測（ACM）感應器進行汽車環境的腐蝕監檢測和材料的最優選擇》的文章。

    汽車腐蝕傷害的嚴重性主要取決于汽車的使用環境和零部件。對于材料的最優選擇來說，腐蝕壽命的預測是一種非常重要的技術。而 Fe-Ag 系列的ACM 感應器應用一直是研究的熱點。在該文章中，ACM 被安裝到監檢測汽車的不同零部件上，對各零部件在不同環境中的腐蝕性進行了評估。為了模擬不同 的使用環境，分別將純凈水和鹽水撒到汽車的右半部分和左半部分。每個部分的腐蝕行為將在結合大氣參數和駕駛歷史的基礎上通過 ACM 的輸出結果來表征。鍍鋅的冷軋鋼片作為測試片，置于ACM 所在位置進行了腐蝕測量。文中所用的 Fe-Ag 系列 ACM 感應器的測量原理這里不再贅述，其結構示意圖如下所示：

 

    文中 ACM 在汽車上的安裝位置如下圖所示：

 

    汽車的監檢測地點位于日本福山區的一家鋼鐵企業。ACM 感應器與數據記錄儀用導線連接起來，ACM 所輸出的電流數據沒個十分鐘記錄一次，同時為了研究 ACM 的輸出結果和當地的氣候條件的關系，在 ACM 感應器的近安裝了溫度和濕度感應器。為了對比汽車不同的使用環境中的腐蝕性的不同，認為的在汽車的右半部分和左半部分每隔一周一次分別噴灑純凈水和鹽水。所噴鹽水的質量濃度為 0.5%. 汽車腐蝕監檢測的總時間為三個月，ACM 感應器每一個月更換一次，這是因為汽車噴鹽水側的ACM感應器的輸出在兩個月時會明顯減弱。

    暴 露 腐 蝕 測 試 片 的 尺 寸 為70mm×70mm×0.8mm, 測試片的背面和四周用腐蝕保護膠帶密封，以確保測試片不發生不均勻腐蝕，從而保證其測得的腐蝕速率的準確性。測試暴露面積為 60mm×60mm, 測 試 片 安 裝 在 ACM感應器和溫度濕度感應器的旁邊。測試片暴露時間為 3 個月。

 

    最終測得的數據如下所示：

 

    數據顯示，暴露測試片所測得的腐蝕速率跟 ACM 所輸出的結果具有很好的相關性。這些結果證明了利用 ACM進行腐蝕壽命的預測和材料的優化選擇的可行性。同時得出結論，ACM 監檢測在汽車環境的腐蝕性的評估上的可用性，這不但包括汽車具體的零部件環境，同時還包括汽車整體的使用環境。

    利用自動的電池驅動腐蝕記錄儀進行的大氣腐蝕實時監檢測

 

    2013 年， 學 者 T.Prosek 等 在 期刊《Corrosion Engineering, ScienceandTechnology》上發表名為《利用自動的電池驅動腐蝕記錄儀進行的大氣腐蝕實時監檢測》的文章。文章中著重介紹了該類型腐蝕感應器的性能和特點，并通過一系列的實驗數據說明了其監檢測結果的準確性和適用性。

    文章首先介紹了空氣的腐蝕性取決于相對濕度 RH、溫度 T、污染氣體含量等因素。然后提出可用于大氣腐蝕實時監檢測的方法有限，從而提出本文的研究目的。文章中涉及的項目的技術創新點有：

    （1）高靈敏度、高可靠性的感應器——響應耗時短；

 

    （2）感應器、測量設備及電池驅動設備幾何尺寸小；

 

    （3）操作要求簡單，不需要具備專業技能的人員；

 

    （4）基于遠程控制的 GSM/GPRS數據讀取。

    該項目開發的腐蝕監檢測系統主要包括腐蝕感應器和電子記錄器兩部分。

    其中感應器主要由印刷版電路技術和化學鍍與電鍍結合技術制造，其金屬片部分幾何尺寸為：寬 1mm，長110mm，厚度根據實際需要分不同系列。金屬片分參考部分和測試部分，參考部分用透明膠體密封，這是為了保證太陽光的投射，從而使測試部分和參考部分溫度相同。當感應器的金屬片部分達到腐蝕厚度臨界值時，會有一個 LED 報警系統來顯示。

    電 子 記 錄 器 部 分 尺 寸 為100×65×37mm，外殼為聚碳酸酯密封防水盒，蓋子由不漏水的感應器接頭充當，且可替換。記錄器是完全自動的，壽命為 2-3 年，其搭載的電池可拆換。記錄器測量的頻率可從幾分鐘到 24 小時自動調節。采集和存儲的數據可通過非接觸式感應數據鉛筆從記錄器中下載，或者保存到電腦中去，然后經由GPS/GPRS 數據讀取技術實現記錄器和電腦間的數據無線傳輸。感應器和數據記錄器的實物圖如下所示：

 

    文章中采用的感應器材質種類及加工方法如下表所示：

 

    文章中利用該腐蝕系統進行了一系列的腐蝕監檢測，其中搭載銅片感應器的腐蝕監檢測所得曲線圖如下所示：

 

    利用鐵片感應器進行腐蝕監檢測 5天后探針的形貌如下圖所示：

 

    最后得出不同材質和加工方法的腐蝕監檢測系統的靈敏度如下表所示：

 

    文章中各腐蝕監檢測實驗的結果如下表所示：

 

    在文章的最后，作者提出了該腐蝕監檢測系統的可應用的各個方向，最后得出感應器加工方法保證了金屬片表面未發生局部腐蝕，從而使得該腐蝕感應器靈敏度滿足監檢測要求，腐蝕數據記錄儀的自動性和精確性也滿足監檢測要求。

    利用電化學交流阻抗技術對耐候鋼橋梁進行的長期大氣腐蝕監檢測

 

    2014 年， 日 本 學 者 在 知 名 期 刊《CorrosionScience》中發表了一篇題為《利用電化學交流阻抗技術對耐候鋼橋梁進行的長期大氣腐蝕監檢測》的文章。這篇文章選取了日本的兩個不同地理位置的橋梁作為監檢測對象，兩橋梁皆為耐候鋼材質，而橋 A 的服役時間比橋 B 短，但其腐蝕程度明顯比橋 B 嚴重。其中，橋 A 全長 10 米，距離日本海岸線 7 千米，冬季易受攜帶大量海鹽離子的北風影響；橋 B 全長 500 米，距離日本瀨戶內陸海 0.5 千米，空氣中的鹽含量趨于穩定。

    監檢測所用的雙電極電池的電極分普通耐候鋼材質和含 Ni 耐候鋼材質兩種，電極形狀為梳狀。同時也準備了以上兩種材質的樣片用于測量腐蝕質量損失。監檢測時，先將橋梁上待測地點上的銹蝕層去除掉，然后將探針和樣片固定到橋梁上。橋梁 A 的監檢測時間分兩個時間段，分別是 2008/12/2-2009/12/2 和 2011/6/5-2013/6/5.橋 B 的監檢測時間段為：2008/12/25-2009/12/25. 其中，在橋 A 上一共選取了 6 個監檢測點，橋 B 上選取了兩個監檢測點。每個固定有監檢測探針的監檢測點附近，都安放了同種材質的樣片，樣片每隔半年或一年被拿出除銹后測量質量損失。測量溫度是相對濕度的探測器沒一個小時記錄一次數據，腐蝕檢測器自動測量高頻點（10KHz）和低頻點10mHz）的電阻值。

    根據監檢測所得的質量損失數據，作者繪制出了橋 A 的 4 個不同檢測點的腐蝕質量損失的柱狀圖。

 

    作者在后續的討論中總結出了監檢測點 A-5 和監檢測點 A-4 之間較大的腐蝕程度差為：A-5 點為面向海方向，受北風帶來的海鹽影響，高濃度的海鹽沉積量導致了其嚴重的腐蝕程度，監檢測點A-4為背向海方向，海鹽沉積量低，故腐蝕程度低。在橋 B 的監檢測數據上也出現了類似的結果：受雨水沖刷的監檢測點的腐蝕程度輕于未受雨水沖刷的監檢測點，這是由于雨水的沖刷作用會減少橋面上鹽類的沉積量。

    作者通過對橋 A 和橋 B 上監檢測點上普通耐候鋼電極和含 Ni 耐候鋼電極的腐蝕質量損失數據的比較，得出了含 Ni耐候鋼的耐腐蝕性要好于普通耐候鋼，但效果并不明顯。如圖 2 所示：

 

    作者通過將監檢測所得的 10mHz 點的電阻值的倒數值 Z10mHz-1 與環境溫度和相對濕度的變化趨勢相比較，繪制出了其相互關系曲線，并得出結論：Z10mHz-1 與環境溫度變化關系不大，與相對濕度關系比較密切。

圖3 Z10mHz-1與溫度和相對濕度的關系圖

 

    腐蝕監檢測的紋理數據分析

 

    2015 年， 學 者 FlávioFelixFeliciano等在雜志《CorrosionScience》上發表了文章《腐蝕監檢測的紋理數據分析》，該文章提出了一種無損的表面腐蝕分析技術——紋理分析方法，這是一種自動的光譜檢測技術。

    在這篇文章中，作者監檢測并得到了 ASTMA36 鋼在模擬的大氣腐蝕條件下，經過 44 天的腐蝕過程中用照相機記錄下的間斷的表面形貌圖片，然后定義了六個可以數據化測量的參數，并做出了這些參數在腐蝕演變過程中同時間之間的曲線圖。那么利用這種方法，在以后的腐蝕監檢測中，我們就可以根據計算機軟件自動計算出的這六個參數的值，而判斷被監檢測物表面的腐蝕狀態。這種腐蝕監檢測分析技術的優點是方便、快捷，并且較人為眼睛分析而言，人為誤差小。主要缺點是只能進行表面腐蝕狀態分析，而不能監檢測腐蝕速度，以及表面的點蝕深度等。

 

    實驗所用器材如上圖所示：

    圖片捕捉儀器示意圖：（AA）橫截面；（BB）俯視圖；（CC）指示燈部分；（DD）基底部分；（1）腔蓋；（2）攝像頭位置固定；（3）攝像頭；（4）蓋孔以匹配相機的鏡頭；（5）防反射盾；（6）晶體發光二極管；（7）試樣側向位置校準；（8）試樣；（9）腔基底；（10）基準標記；（11）顏色校準。

    文中定義的六個表征參數分別為：

 

    文章中給出了六個參數的值在腐蝕過程中隨時間的變化曲線，并通過后續的討論和比較，得出了其判斷腐蝕狀態的數值依據，證明了該方法的可行性和正確性。