金屬的腐蝕問題遍及各行各業(yè)， 不僅造成了資源的嚴重浪費，阻礙經(jīng)濟增長，而且在工業(yè)生產(chǎn)過程中易導致較大的安全隱患， 對人身和財產(chǎn)安全造成巨大威脅。因此為了提高金屬的耐腐蝕性，世界范圍內(nèi)的學者掀起了一股研究金屬及合金在各種環(huán)境中的腐蝕行為以及最大限度提升材料耐腐蝕性的熱潮。 在腐蝕研究過程中，為了研究腐蝕過程的原理，揭示過程中具體的腐蝕行為特征，各種分析檢測方法必不可少。 腐蝕研究中主要的研究方法包括以X 射線衍射、 金相顯微鏡及掃描電鏡分析為主的表面分析技術(shù)，研究腐蝕速率的有失重法、鹽霧試驗法以及電化學分析技術(shù)。 電化學測試技術(shù)因具有操作簡單、測量耗時短、對材料損害小、測量結(jié)果精確和獲得的電極腐蝕動力學信息全面等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于腐蝕科學的研究中。

一、電化學技術(shù)在腐蝕領(lǐng)域的應(yīng)用

1.1開路電位法

將金屬或合金浸泡在腐蝕溶液中， 連接電化學測量電路，在沒有外電流通過的情況下，測得的穩(wěn)定電位即為開路電位。 通過測量開路電位可研究金屬或合金的腐蝕和鈍化情況，且方法操作簡單，由于沒有電流通過，不會造成極化，也有利于保護材料。Alfantazi研究了Cu 、 Cu-Ni 、 Cu-Al 和 Cu-Zn在 pH 值為 6 的 1mol/L 的氯化鈉中的開路電位，并對金屬在氯化鈉溶液中的反應(yīng)情況進行分析。 通過得到的電位與時間的關(guān)系可看出， Cu-Al 合金起初的電位急劇下降，然后上升，穩(wěn)定后電位與純銅的電位相接近。分析可知，電位下降部分是由于合金表面的氧化物薄膜被破壞，當電位降至低時，合金中的鋁開始溶解，最終當 Al 溶解殆盡時，此表面層只剩下銅金屬，電位達到穩(wěn)定，并與純銅相接近。 其他兩種合金的穩(wěn)定電位都與純銅相接近， 因此在氯化鈉溶液中發(fā)生著類似的過程。

黃美玲利用開路電位法研究了鍍鋅層經(jīng)鈍化處理生成的含三價鉻鈍化膜的耐腐蝕特性， 測試前分別采用 TRI-V120 三價鉻藍白鈍化劑、 TRI-V121三價鉻藍白鈍化劑以及 SpectraMATETM25 三價鉻彩色鈍化劑對樣品進行鈍化處理。 由三種鈍化處理得到的開路電位曲線可知，由于鈍化層的溶解，電位開始階段都逐漸下降，最后當鈍化膜全部溶解，電位趨于穩(wěn)定 [14] ，因采用 SpectraMATETM25 三價鉻彩色鈍化劑的樣品達到穩(wěn)定的時間明顯高于另兩種鈍化劑， 因此可斷定 SpectraMATETM25 三價鉻彩色鈍化劑處理的樣品耐腐蝕性最好。 但通過升高溶液的 pH 至一定值，使得溶液腐蝕能力減弱，因此很難對鈍化膜進行破壞， 此時給開路電位法評價其耐腐蝕性帶來困難。李莎利用開路電位曲線，比較了 Q235 鋼以及通過等離子噴涂 TiN 的 Q235 鋼基體以及不銹鋼在模擬海水中的耐腐蝕性能?；w的開路電位與時間關(guān)系是浸泡初期，電位稍微上升，是因為在浸入溶液中形成了一層很薄的鈍化層，但會迅速被破壞，使電位趨于平衡。 不銹鋼和涂有 TiN 涂層的開路電位迅速下降，說明表面的鈍化層被很快破壞，使腐蝕性物質(zhì)滲入，而隨時間的延長，電位也趨于穩(wěn)定，通過穩(wěn)定電位的比較可判斷 TiN 涂層耐腐蝕性能的優(yōu)越性。

1.2動電位測量法

通過極化曲線分析金屬與合金的耐腐蝕性、金屬溶解與鈍化過程是一種應(yīng)用較廣泛的電化學測試方法， 主要包括極化曲線法以及循環(huán)伏安等方法， 由穩(wěn)態(tài)極化曲線位置和形狀等特征可分析腐蝕過程進行的電化學行為特征，可計算出一些重要的腐蝕行為參數(shù)，對腐蝕過程進行解析，判斷耐腐蝕性能。Zheng通過分析 Ti16Nb4.0Sn 、 Ti16Nb4.5Sn和 Ti16Nb5.0Sn 的陽極極化曲線， 研究三種合金的耐腐蝕行為。首先，在 pH=7 的 Hank 平衡鹽溶液中，陽極極化曲線大致相同， 故三種合金都表現(xiàn)出了鈍化以及過鈍化行為， 而在 0.9%NaCl 溶液中表現(xiàn)出不同的鈍化行為，隨著合金中 Sn 含量的增加，鈍化電流也隨著增加。 通過研究不同 pH 下合金的極化曲線， 無論在 Hank 平衡鹽溶液還是 NaCl 溶液中，pH 的變化對 Ti16Nb4.5Sn 和 Ti16Nb5.0Sn 合金的耐腐性均影響不大， 但是對 Ti16Nb4.0Sn 的耐腐蝕性產(chǎn)生微弱影響。陳君通過比較 TC4 鈦合金分別在靜止狀態(tài)以及有摩擦存在的條件下的極化曲線可知， 有摩擦存在情況下的極化曲線與無摩擦的靜止條件相比，自腐蝕電位減小， 腐蝕電流增大， 說明摩擦作用使TC4 鈦合金耐腐蝕性能降低。 但兩種條件下的極化曲線均有明顯的鈍化現(xiàn)象，說明 TC4 鈦合金在鈍化層被破壞的情況下可迅速恢復。

楊瑞成利用極化曲線研究添加 Ti 和 Fe 元素對 Ni-Cr-Mo-Cu-Mx 鎳基合金耐腐蝕性能的影響。在 80% 濃硫酸中， 三種成分的合金 （ 3%Cu 、 3%Cu-1%Ti 和 3%Cu-3%Fe-1%Ti ）均有鈍化現(xiàn)象，而添加 Ti 元素后維鈍電流降低，提高了合金耐 80% 硫酸腐蝕能力，而添加 Fe 后維鈍電流大大升高，明顯減弱其耐腐蝕能力；而在 30% 鹽酸中，三種合金的鈍化區(qū)域范圍較小， 通過判斷添加 Ti 和 Fe 元素后極化曲線自腐蝕電流可知，都降低了合金的耐腐蝕性，而 Fe 的降低幅度更大。 而三種合金在 6% 的三氯化鐵溶液中得到的極化曲線特征可看出，加入 Ti 元素后自腐蝕電流升高而過鈍化電位降低，而加入 Fe 元素后的自腐蝕電流降低，過鈍化電位提高，因此可說明， Fe 元素具有增強合金耐點腐蝕的能力。Ismail 利用電化學方法研究了純 Cu 及 Cu-Ni合金在酸性氯化物溶液中的腐蝕特性。 利用循環(huán)伏安測試技術(shù)，分析 Cu 、 Ni 以及成分不同的 Cu-Ni 合金在氯化物溶液中的腐蝕行為。 通過得到的循環(huán)伏安曲線可分析，在金屬溶解區(qū)域之前，循環(huán)伏安曲線上會出現(xiàn)一段平臺， 對應(yīng)著金屬表面形成吸附性離子的過程，之后隨電勢的增加，電流密度急劇增加，因為此時吸附性粒子開始溶解， 形成可溶性粒子。Ismail 有利用極化曲線研究了四種合金（ Cu-05Ni 、Cu-10Ni 、 Cu-30Ni 和 Cu-10Ni ） 的耐腐蝕性能，在30% 以內(nèi)，隨 Ni 含量的增加，腐蝕電流減小，說明合金表面形成的 Cu 2 O 層當摻雜 Ni 后耐腐蝕性能提高；當摻雜 Ni 超過 30% 以后， Ni 含量繼續(xù)升高，腐蝕電流密度增加，說明當超過 Ni 的臨界含量以后，導致表面形成的耐腐蝕性能弱于 Cu 2 O 的 NiO 薄層。

王海杰通過比較 TC4 、 TC18 和 TC21 三種鈦合金在 3.5% 的 NaCl 溶液中的陽極循環(huán)伏安曲線可知，三種合金的擊穿電位 E b 都較高，因此耐點腐蝕性能都很優(yōu)越，而 TC21 的 E b -E p 最小，因此當點蝕現(xiàn)象發(fā)生以后，繼續(xù)被腐蝕的趨勢最弱 ，又因其擊穿電位最高，因此， TC21 在 3.5% 氯化鈉溶液中具有最佳的耐點腐蝕性。

1.3電化學阻抗法

電化學阻抗技術(shù)近些年發(fā)展迅速，應(yīng)用范圍也已經(jīng)從傳統(tǒng)的電化學領(lǐng)域擴展到了化學電源、生物膜性能以及導電材料和材料表面改性等諸多領(lǐng)域  。 而電化學阻抗技術(shù)也在腐蝕領(lǐng)域有著重要應(yīng)用，可用來研究腐蝕過程中電極表面的變化和腐蝕物質(zhì)對涂層及鍍層的破壞情況，以及金屬的的陽極溶解及鈍化等過程。 因為電化學阻抗技術(shù)施加小振幅的擾動，因此可避免劇烈的極化現(xiàn)象，又因其頻率范圍較寬，較其他電化學方法可獲得更多的電極化學反應(yīng)信息。

杜楠利用電化學阻抗技術(shù)分析了 304 不銹鋼在氯化鈉溶液中的點蝕行為。 通過得到的 Nyquist圖中曲線，在 0.1V 的電位以后，曲線逐漸發(fā)展為圓弧形，并且隨著電位的增加電流急劇增大，說明此時開始出現(xiàn)穩(wěn)定的點蝕現(xiàn)象， 表明此時不銹鋼表面處于過鈍化狀態(tài)，而在 0.02～0.1V 范圍內(nèi)處于亞穩(wěn)態(tài)點蝕狀態(tài)。 通過不同掃描時間得到了 Nyquist 曲線可知，在前 520s ，隨時間的延長，容抗弧半徑減小，但對電極表面的顯微觀察并未發(fā)現(xiàn)有點蝕發(fā)生，說明此時鈍化膜正在均勻溶解；在 780s 以后，低頻部分出現(xiàn)感抗弧，有研究認為此時進入點蝕誘導期，電極發(fā)生點蝕形核  ，導致膜厚或者吸附物質(zhì)覆蓋率發(fā)生變化而造成感抗弧的出現(xiàn)。 因此總結(jié)出點蝕過程需在鈍化膜溶解到一定程度才可發(fā)生， 并且達到穩(wěn)定腐蝕狀態(tài)以后， 會一直存在由亞穩(wěn)態(tài)點蝕轉(zhuǎn)化為穩(wěn)態(tài)點蝕的現(xiàn)象。為研究對鎢鋁合金耐腐蝕性能的影響因素，吳茂永在 NaCl 溶液中研究了鎢鋁合金的腐蝕行為。通過分析在不同鹽濃度、 溫度和溶液 pH 值條件下得到的 Nyquist 曲線可知，隨鹽濃度和溫度的升高，容抗弧半徑減小，因此合金的耐腐蝕性降低，從模擬的數(shù)據(jù)可知，合金與溶液間電容增加，這是因為合金表面腐蝕形成小孔，增大了合金表面面積。而通過在不同 pH 值條件下的電化學阻抗分析， pH 值為 3時，在不穩(wěn)定的點蝕作用下 ，低頻區(qū)出現(xiàn)感抗； pH值為 5 和 7 時，只存在高頻容抗弧，對應(yīng)著合金金屬的溶解過程，且隨 pH 值減小，腐蝕過程加??；當 pH值達到 9 和 11 以后，出現(xiàn)兩個容抗弧，分別對應(yīng)著氧化膜（高頻）和金屬（低頻）的溶解過程。

二、結(jié)語

腐蝕科學的研究進展與國民生產(chǎn)的諸多行業(yè)息息相關(guān)。若要減輕或避免腐蝕的發(fā)生，就要對腐蝕過程的具體行為和機理進行剖析，對癥下藥。電化學腐蝕測試技術(shù)在腐蝕研究領(lǐng)域中有著無可替代的地位。 近些年，電化學技術(shù)的迅速發(fā)展，極大促進了腐蝕領(lǐng)域的研究， 對于開發(fā)研制高性能的耐腐蝕性能材料具有極大地指導意義。 但對于一些復雜過程的數(shù)據(jù)處理分析十分困難，不能確切地分析復雜過程。而今后的腐蝕電化學研究方向還應(yīng)該致力于更加精準的解析金屬腐蝕過程中每一步驟及相應(yīng)的原理，并提出應(yīng)對方法以應(yīng)用到實際的金屬防腐中。

三、夢能服務(wù)與支持

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