第4卷第3期2()7年06月X装备环境工程EQUIPMENTENVIR0NMENTALENGINEERING105金属材料腐蚀检(监)测常用方法概述聂向晖，，张红，，杜翠微，，李晓刚‘2，(1.北京科技大学材料科学与工程学院腐蚀与防护中心，北京100083;2.中国科学院金属研究所金属腐蚀与防护国家重点实验室，沈阳110016)摘要:从机械方法、无损检测方法和电化学方法3个方面简要介绍了常用的腐蚀检(监)测方法，并对各种检验方法的特点和适用范围进行了比较。在实际的生产实践中应根据具体情况，依据可靠性和适用性的原则选择合适的方法，从而达到高效、准确的检验目的。关键词:金属腐蚀;检(监)测;无损检测;电化学中图分类号:TG174文献标识码:A文章编号:1672一9242(2007)03一0105一05SurnrnaryofMetalCorrosionTestingMethods八花Xiang一a扩，hZH4N‘onHgl，DUCui一功l，ielxLiao一anggl2，(1.UniversityofscienceandTechnolo群Beijing，Beijingl()083，XChina;2.StateKeyLaborato叮forCormsionandl份。tection，InstituteofMetalResearch，Shenyangll0016，China).Abstract:Withthedevelopmentofcorosiontheo叮andmoderrninstrumentsanddevices，especiallybecauseofurgentneedforproductionpractice，detectiontechnolo群ofcorosionhavela吧relyimprovedforseveraldeeades.It乞ve巧necessa叮indetectingcorm-sionstatusofdevices.NormaldetectionmethodsforcormsionwerehrieflyintroducedandcomparedeachotherinapPropriaterange，whichweremechanicalmethod，non一destructivetestingmethod，andelectrochemicalmethod.Accordingtoreliabilityandapplicability，propermethodsareusedinordertobeefectiveandexactindifferfentthings.Keywords:metalcormsiondetection;non一destructivetesting;electrochemistw金属材料的腐蚀所造成的损失不仅包括由于腐蚀造成的直接损失，还包括由于腐蚀导致金属结构的破坏而造成的间接损失及其引起的社会效应。据1腐蚀检(监)测腐蚀检(监)测是对设备和构件的腐蚀状态、速有关的统计数据显示，每年由于金属腐蚀使大约o%一r20%的金属损失掉，以我国2006年的钢铁年产量4.19亿吨计算，每年由于腐蚀而消耗掉的钢铁材料至少可以达到4一9千万吨，这对能源和资源来说都是一种极大的浪费。度以及某些与腐蚀相关的参数进行测量川。其主要目的是:)确定系统的腐蚀状况，1给出明确的腐蚀诊断信息。收稿日期:2007一4一002基金项目:国家自然科学基金重大项目(50499333);国家科技基础条件平台建设项目(2005DKA1040的作者简介:聂向晖(1972一)，男，河南人，博士研究生，主要研究向为腐蚀加速实验。106装备环2)通过检(监)测结果制定维护和维修策略、调节生产操作参数，从而控制腐蚀的发生与发展，使设备处于良睦运行状态。2腐蚀检(监)测的常用方法腐蚀检(监)测的方法主要有机械法、无损检测法以及电化学法。随着现代检测技术的不断发展，各种新型的检测技术在腐蚀检(监)测领域中的应用越来越广泛。2。1机械方法机械方法主要包括表观检查、挂片法和警戒孔监视法等手段。表观检查是最基本的腐蚀检查方法，一般是指用肉眼或低倍放大镜观察设备或试样的表面形态、环境介质的变化情况和腐蚀产物的状态;挂片法是将装有试片的支架固定在设备内，在生产过程中经过一定时间的腐蚀后，取出支架和试片，进行表观检查和测定失重;警戒孔监视法是在设备或管道的腐蚀敏感部位的外壁上钻出一些精确深度的小孔，其深度使得剩余壁厚等于腐蚀裕量，或为腐蚀裕量的一部分，由于腐蚀或冲蚀的作用，使剩余壁厚逐渐减少，直至警戒孔处产生小的泄漏。此外还可用“分级”警戒孔测量实际腐蚀速度。2.2无损检测方法的主要特点和局限性无损检测法除了主要包括传统的超声、射线、磁粉、渗透、涡流5大常规检测方法外，还包括声发射、声振、激光全息[2〕、红外、中子射线、磁阻探头、光纤腐蚀传感技术和拉曼光谱等新技术。对于无损检测来说，由于其方法、原理以及所检测的物理量不同，因而有各自的应用特点和局限性。超声波检测是近些年发展比较快的无损检测方法，近年来在腐蚀监测方面也有很多的应用，如A.Demma[31等利用超声波导波对在役管道进行了快速扫描，定义了标准的检验程序，实现了缺陷在管道长度方向的定位，并可以对缺陷的大致尺寸进行评估。RyuichiroEbara〔4〕通过对腐蚀疲劳的超声波检测研究表明:△凡h在很低的裂纹增殖速率的情况下(10一8一01一，而r)可以被测量。结构材料的疲劳和腐蚀境工程2007年06月疲劳行为在高周循环的条件下可以利用超声疲劳检测来研究。射线检测具有检测结果直观、记录容易保存等优点，但是对于由腐蚀引起的材料厚度的变化的检测精度较差，利用工件不同部位黑度(曝光量)的差异来判断腐蚀深度往往会带来较大的偏差。此外对于这两种方法来说，裂纹类缺陷的检出率受超声波或射线的人射方向的影响很大，一般要求超声波的人射方向与裂纹开裂面垂直，而射线的透照方向与开裂面平行，这样才可以获得最大的缺陷检出率。磁粉和涡流是利用电磁场原理进行检测的两种常用无损检测方法。其区别在于磁粉检测主要适用于铁磁性材料，即利用磁痕的形状和大小来表征材料的损坏情况，比较直观，对材料表面和近表面的缺陷的检出灵敏度较高，而对于材料的内部缺陷的检出率则比较低，甚至检测不出来。涡流检测则适用于所有的导电材料，可用于测厚和检测腐蚀损伤，探测全面腐蚀和局部腐蚀，也可用于工业设备的在线测量。其局限性在于:由于涡旋电流的趋肤效应，其检测深度受到了一定的，其有效检测深度随检测频率的升高而减小。渗透检测是利用毛细现象进行检测的一种无损检测方法，适用于各种金属和非金属材料，不受材质的，对材料表面的开口式缺陷(如裂纹等)能进行有效检查，但是对于表面粗糙以及疏松多孔性材料，应用受到了一定的。声发射技术通常用于大型设备运行中的定期检查和监测，与其他方法相比具有快速准确的特点。其局限性在于:它所检测到的信号是材料在损坏过程中所释放的应力波信号，一般多用于检测在应力和腐蚀的共同作用下导致的破坏。H.Idrsisi和A.iLmam〔’」利用声发射技术研究了混凝土内的金属的腐蚀情况，发现在腐蚀的开始阶段和腐蚀的增殖阶段其声发射信号比较活跃。因此，就有可能确定出混凝土破坏过程中的声发射信号与灰浆的多孔性与氯化物浓度间的关系。结果显示声发射的活性与腐蚀电流密度间有很好的相关性。F.Beuenger等人〔“〕的研究表明在铝合金腐蚀脱落的速率与声发射信号的活跃性之间有很好的线性关系。分析表明:声发射信号的量与铝合金反应所释放的氢气泡相对应。红外检测主要是检测工件表面上由于缺陷处材第4卷第3期聂向晖等:金属材料腐蚀检(监)测常用方法概述107料温度的变化。与腐蚀有关的现象如设备泄漏，传热设备结垢等都可以提供红外测量讯号。红外检测方法易受环境温度、局部空气扰动等条件的影响，一般只适用于检测蚀斑的分布，不适用于腐蚀发展速度的检测。2.3电化学方法绝大多数腐蚀过程的本质是电化学性质的，在腐蚀机理研究、腐蚀试验及工业腐蚀监控中，广泛利用金属/电解质溶液界面(双电层)的电性质。因此电化学测试技术己成为重要的腐蚀研究方法仁‘〕。2.3.，与电化学有关的探针技术与电化学反应有关的探针技术主要包括电位探针、线性极化探针、电偶探针和电阻探针等技术。电位探针技术是基于金属或合金的腐蚀电位与它们的腐蚀状态之间存在着某种对应的特殊关系。由极化曲线或电位一pH图可以得到电位监测结果所对应的材料的腐蚀状态。其优点是:可以在不改变金属表面状态、不扰乱生产体系的条件下从生产装置本身得到快速响应。电位法已在阴极保护系统监测中应用多年，并被用于确定局部腐蚀发生的条件，但它不能反映腐蚀速率。线性极化探针的基本原理是利用Stem一eGayr公式，通过对线性极化电阻的测量来判断和计算腐蚀电流的大小。1___=月。—月君。+月。找X认，1p(1)式中:月。尹。分别为其阳极和阴极反应的T疵1斜率;R。为线性极化电阻。线性极化技术对腐蚀情况变化的响应快，可以快速灵敏地实时测定金属的瞬时全面腐蚀速度，也可以及时连续地跟踪设备腐蚀速度及变化。此外，还可以根据在相同的阴阳极极化条件下的响应电流的不对称性，来提供设备发生孔蚀或其他局部腐蚀的信息[8〕。目前，在腐蚀电化学监测技术中，线性极化技术已成为应用最广泛、最成熟的方法。其局限性在于:介质电阻对测量结果的影响较大，在高阻抗的介质条件下，测量结果往往偏差较大，腐蚀产物的聚集对测量结果也会产生比较大的影响。此外，其只能测量均匀腐蚀速度，不能提供局部腐蚀的信息。电偶探针是利用零阻电流表测量浸于同一环境中的偶接金属之间流过的电偶电流。利用电偶腐蚀探针可以灵敏地显示阳极金属的腐蚀速度。薄片状金属作为探头的电偶探针己用于混凝土腐蚀的监测。电偶探针除了测量双金属腐蚀外，还有其他更为广泛的应用如监测钝化膜的破坏情况、定性指示氧含量、缓蚀剂浓度或水质等影响材料腐蚀状态的参量。电阻探针技术的适用范围较广，在气相、液相、导电和不导电的介质中均可应用，通过周期性地精确测量探针电阻的增加，就可以计算出金属的腐蚀速率。具有制作简单，成本低廉，适用性强等优点。但是在实际应用中只有当腐蚀量积累到一定程度，金属试片的电阻变化增大到了仪器测量的灵敏度，仪表或记录系统才会作出响应，因而反应时间长，不适用于监测局部腐蚀的情况。2.3.2场图像技术[19场图像技术(FSM)也被称为“电指纹法”。它是将所有测量的电位同监测的初始值相比较，这些初始值代表了部件最初的形态，可以将它看成被测对象的“指纹”。通过在给定范围进行相应次数的电位测量，可对局部现象进行监测和定位。与传统的腐蚀监测方法(探针法)相比，SFM在操作上没有元件暴露在腐蚀、磨蚀、高温和高压环境中，没有将杂物引人管道的危险，不存在监测部件损耗问题，在进行装配或发生误操作时没有泄漏的危险。其敏感性和灵活性要比大多数非破坏性试验好。此外还可以对不能触及部位进行腐蚀监测，例如对具有辐射危害的核能发电厂设备的危险区域裂纹的监测等。2.3.3电化学阻抗谱技术电化学阻抗谱(EIS)是一种准稳态的测量方法，IES现已成为研究电化学体系和腐蚀体系的一种有效的方法「’。〕。对于在腐蚀介质中的裸金属，忽略了浓差极化的电极反应的等效电路可以简化为图1。其阻抗值为:图1简化了的电极反应等效电路Fig.lSimPlifiedequivalentcircuitofelectrodereaction108装备环2=R，+1+(砍双rrcd)2一jl+(.砍砍「:Cdcd)’(2)式中:R。为溶液电阻;Rr为反应电阻;Cd为界面双电层电容。由实部和虚部的关系可以看出其Nyquits图为一个半圆，半圆的圆心在ZRe轴上的Rs+Rr/2处，其半径为Rr/2，如图2所示。Zln、宁rR‘，r!一17试公一一ao\\叭似弓1)R、+RrZ价图2图1等效电路的Nyquist图FigZNyquist脚phoftheequivalentcircuitinFig.因此从电极反应Nyqulst图上，就可以得到溶液电阻R、和反应电阻Rr等相关参数。此外还可以从oBde图来判断在不同频率下的阻抗幅值和相位角的变化情况，从其时间常数的个数及大小判断除了电极电位是否还有控制电极反应的其他状态变量及其影响程度的重要信息。在EIS基础上发展起来的电化学阻抗探针克服了在较宽频率范围内测量交流阻抗需要很长时间，很难做到实时监测腐蚀速度的缺点，通过选择合适的高频端和低频端各一点进行测量，使高频端的阻抗近似为介质电阻，低频端的阻抗近似为介质电阻与极化阻力之和，两者之差即为极化阻力。2.3.4电化学噪声(EN)技术近年来电化学噪声技术作为一门新兴的实验手段在腐蚀与防护科学领域得到了长足的发展。研究表明电化学腐蚀活性越高，则噪声水平也就越高。此外，电化学噪声水平还与材料的破坏形式和变形阶段有关，zhimingshi[川等人的在0.smoFLNaZSo4+sxlo一’。oFLHZso4溶液中，研究了Alsl不锈钢在常速率拉伸条件下的电化学噪声。结果显示拉伸条件下的钢的低频显示为白噪声，电位的波动幅值与试样的拉伸程度有关。随着拉伸程度的增加，噪声的能谱密度(PSD)增加。在钢的弹性阶段的噪声水平很低，随着拉伸，噪声水平增加。电化学噪声技术是一种原位的监测技术，在测量过程中无须对被测电极施加可能改变电极腐蚀过程的外界扰动1‘，〕。还可以监测诸如均匀腐蚀、孔境工程2()(j7年06月蚀、裂蚀、应力腐蚀开裂多种类型的腐蚀，并且能够判断金属腐蚀的类型。但目前对这项技术的通用性仍存在较多的异义，并且数据的解析相对比较复杂，需要丰富的专业知识来解释原始噪声记录。3结语腐蚀检(监)测技术随着理论的发展，特别是生产的迫切需要，在近几十年来有了长足的进展，现在已经成了生产过程中一种必不可少的手段。在实际的生产应用中应该根据方便性和可靠性的原则选择合适的检(监)测方法。利用腐蚀检(监)测结果对生产工艺和工序进行适当的调整从而保证生产中人员和设备的安全。与此同时，对在役设备进行检(监)测，从而确定其内部工况，根据实际情况制定相应的维修计划。这不仅可以保证设备的安全运行，而且还可以在预测性维修和以可靠性为核心的维修策略中，提供有关系统或构件的诊断信息。参考文献:【1〕张宝宏，从文博，杨萍.金属电化学腐蚀与防护(第1版)[M〕.北京:化学1业出版社，2(x巧:230一257.[2]WANGChao.InvestigationoftheIronPittingCororsionbytheDigitlaHologral〕hy[J〕.Electrochemist叮Communica-tions，2004，6(10):1009一1015.仁3〕DEMMAA，CAWLEYP，LOWEM，etal.RosoenbrandhteReflectionofGuidedWavesfDImNotchesinPipes:aGuideforInterpretingCoorsionMeasurements汇J〕.NDT&Elntemational，2《兀以，37(3):167一180.[4〕RYUICHIR0EhaarhTepresentSituationandFutureProblemsinUltrsaonicFati即eTesting一MainlyRe-viewedonEnvironmentalEfefctsandMaterials’screening[J」‘InternationaljoumalofFatigue，2()X6，28(11):1465一1470.[5〕IDRISSIH，ILMAMA.Stu街andChaarcterizationbyA-cousticEmissionandElectrochemicalMeasurementsofConcreteDeterioartionCausedbyReinforcementStee1Cororsion[J〕.NDT&Elntemational，2003，36(8):563一569.[6〕BELLENGERF，MAzILLEH，IDRISSIH.UseofAcous-ticEmissionTechniquefortheEarlyDetectionofAIumi-第4卷第3期聂向晖等:金属材料腐蚀检(监)测常用方法概述109numAlloysExofliationCororsion[J」.NDT&Elnte，a-[10〕YANGDa一zhi，lUCheng一long，LIUXiao一peng，ettional，2()X2，35(6):385一392.la.EISDiagnosisontheCoorsionBehaviorofTiNCoa-[7]GARCIALACJ，JOIACJBM，CARDOSOEM.Elee-tedNi叭surigcalAlloy[J〕.CurerntAppliedphysics，trochemicalMethodsinCororsiononPetroleumIndust叮20)(5，5(5):417一421.aLbortaoandFieldResults[J〕.ElectrochimicaActa，[11]SHIZhi一ming，SONGGuang一ling，CAOChu一nan，et2001，46(24一25):3879一3886.alElectrochemicalPotentialNoiseof32lStainlessSteel[8]GAMALAhmed，EIMahdy，ASUSHINishikata，et习StressedunderConstantStrainRateTestingConditionsElectrcohemicalCormsionMonitoringofGalvanizedSteel[J〕ElectrochimicaActa，20)(7，52(5):2123一2133underCyclicwet一d万Conditions[J].Cormsionsci-仁12」张鉴清，张昭，曹楚南.电化学噪声的分析与应ence，20()X，46(1):169一181.用—电化学噪声的分析原理仁J〕.中国腐蚀与防护「9〕周玉波.腐蚀监测技术现状及发展趋势「J〕.海洋科学报，2()X1，21(5):310一320.学，2()X5，29(7):77一80.(上接第39页)量的土壤中腐蚀轻微。X70钢在45℃、01%含水量材料保护，2001，34(12):1.土壤中巧天时腐蚀率最大。[2]武俊伟，李晓刚，杜翠薇，等.X70钢在库尔勒土壤中2)在含水量与时间相同的条件下，X70钢腐蚀短期腐蚀行为研究仁J」.中国腐蚀与防护学报，2005，率随着温度(室温、03℃、54℃)的升高而增大。25(1):15一19)3通过对x70钢表面形貌的宏观和微观观察[3〕TANGHY，SONGGL，CAOCN，etal.StudyonCor-及分析，结果表明X70钢的腐蚀机理主要是均匀腐orsionofCathonSteelinSoilsbyPolarizationMeasure-ments[J〕CororssciProtTechnol，1995，7(4):285-蚀和点蚀。292.4)对腐蚀产物的能谱分析表明，7X0钢在包头rse4「se一L一J刘剑锋，王文娟，马健伟.埋地管道腐蚀机理及应对土壤中的腐蚀产物主要为Fe的氧化物。措施〔J〕.石油化工腐蚀与防护，2006，32(6):20一2.r‘1lJL）essel柳大扬，魏开金.金属在南海海域腐蚀电位研究〔J」.参考文献:腐蚀科学与防护技术，1999，11(6):330.「1董旭，胡士信.西气东输工程及其管道腐蚀概况〔J〕.于荟弓备弓务朴朴朴朴朴升升备卜干卜月备~卡卜月.卜月于月夺一名奋一去卜一汁一汗月备名圣弓圣弓于朴朴朴弓圣朴朴弓心弓堪弓堪弓心弓心升弓千圣荟于忍弓心弓福弓备荃冬于荟备荟(上接第104页)【巧」战广深，姚春玲.牺牲阳极合金在海水中的接触腐水介质中的应用【J」全面腐蚀控制，2002，61(3):蚀行为[J〕.材料保护，1999，32(2):31一33.17一19.[16」王芷芳，朱安纲.牺牲阳极应用中的几个问题【J〕.r.20.一L一J巴国华.电热水器及家用锅炉中的镁合金牺牲阳极石油化工腐蚀与防护，20)(3，20(2)，32一34.棒[J〕.红宝丽配件报道，2000，(2):56.【71〕齐公台，郭稚弧，李.宝浪油田土壤用牺牲阳极性广月2ew‘..「1seesl巴国华.容积式电热水器牺牲阳极内胆防腐技术能评价〔]J.油气田地面工程，21】】〕，l9(6):33一43[J〕.新技术应用，1996，(6):36一37.【81」勇艳华.青藏高原冻土层中镁合金阳极电化学性能[22]曾爱平，张承典，徐乃欣.镁合金牺牲阳极对贮水式研究[D].大连:大连理工大学，2005.家用电热水器的阴极保护仁J」.腐蚀与防护，919，〔91」葛燕，朱锡爬，朱雅仙，等.镁合金牺牲阳极在长江20(2):78一80.
