[发明专利]通过监测点蚀研究金属应力腐蚀动态过程的方法与装置

说明书

通过监测点蚀研究金属应力腐蚀动态过程的装置，包括工作电极A、参比电极、辅助电极、工作电极B、三维控位仪、电化学分析仪和电解池。工作电极A为发生应力腐蚀的被拉伸薄片金属试样。本发明能够对发生应力腐蚀的金属表面进行连续面扫描，实时原位监测金属/电解质界面微区点蚀的动态变化；本发明将SECM的水平面扫描方式改为垂直面扫描方式，大大减少了腐蚀产物在金属表面的沉积，所得氧化电流值更能确切地反映金属表面的微区电化学信息、更能真实地呈现金属表面点蚀发展变化时的动态过程。

技术领域

本发明涉及金属应力腐蚀检测技术，具体涉及一种通过监测点蚀实时研究金属应力腐蚀动态过程的方法与装置。

背景技术

金属的应力腐蚀开裂(Stress Corrosion Cracking，SCC，简称应力腐蚀)是一种较为常见的局部腐蚀，也是危害性最大的腐蚀形式之一。金属在发生应力腐蚀时，并不发生明显的均匀腐蚀，甚至腐蚀产物都很少，仅凭肉眼难以发现。因此，应力腐蚀往往在没有任何征兆的情况下突然发生，是一种灾难性腐蚀。由于应力腐蚀的诱因和影响因素非常复杂，加上缺少实时原位的研究方法，因此到目前为止，关于应力腐蚀尚有许多问题没搞清楚，还没有行之有效的办法对应力腐蚀进行预测和监测。

点蚀(Pitting Corrosion)，也称孔蚀、小孔腐蚀，是指金属材料在某些腐蚀介质中，经过一定时间后，大部分表面不发生腐蚀或者腐蚀很轻微，但是在表面的某些微小区域内，出现蚀孔，且随着时间的推移，蚀孔不断向纵深方向发展，形成小孔状腐蚀坑。点蚀在几何形态上构成了大阴极、小阳极的结构，致使蚀孔的阳极溶解速率相当大，能很快导致金属材料的腐蚀穿孔破坏。此外，点蚀能够加速其它类型的局部腐蚀，比如晶间腐蚀、应力腐蚀和腐蚀疲劳等。

在含有侵蚀性离子的腐蚀介质中，点蚀能够加剧应力腐蚀，而且很多时候点蚀是应力腐蚀的起源。李岩^[1]等人研究发现，奥氏体不锈钢管道在含氯离子的大气中发生的应力腐蚀可以分为两个阶段，先是金属表面钝化膜被破坏而发生点蚀，然后以蚀坑底部的敏感点为裂纹源，扩展为应力腐蚀。因此，研究应力腐蚀过程中金属试样表面的点蚀发生发展情况，然后探讨点蚀和应力腐蚀之间的关系，可以研究应力腐蚀的动态过程，进而深入探讨应力腐蚀的发生发展机理以及对应力腐蚀进行有效的预测和监测。

传统的研究金属应力腐蚀机理和影响因素的方法主要有拉伸实验、快慢动电位极化扫描技术和非原位的表面物理技术。拉伸实验，按其加载方式，可分为恒载荷、恒变形和慢应变速率拉伸等。快慢扫描(分别为1000mV/min和20mV/min)所得极化曲线的阳极电流密度差别越大，说明发生应力腐蚀的倾向性越大。非原位的表面物理技术主要是采用扫描电镜(Scanning Electron Microscope,SEM)和能量分散谱仪(Energy DispersiveSpectrometer,EDS)等观察断口形貌以及对断口处腐蚀产物成份进行分析。这些国内外普遍使用的传统方法，只能够获得被腐蚀金属在某一段时间内的整体应力-应变信息和电化学信息，或者得到一些非原位断口形貌及腐蚀产物信息，有一定的局限性。因此有必要发展新的思路和方法研究应力腐蚀，以期得到金属应力腐蚀过程中的实时原位动态信息，并据此深入探讨应力腐蚀的机理和影响因素。

研究应力腐蚀过程中金属表面点蚀的动态变化可以获得更多的应力腐蚀过程中的电化学信息和界面动态信息，进而可以深入探讨应力腐蚀的机理及其影响因素^[2]。比如，可以根据点蚀的动态变化去推测电极表面膜的组成及其变化、探讨应力腐蚀的发生发展过程、判断应力腐蚀所处的发展阶段、深入研究应力腐蚀的影响因素、判断防护措施的效果等等。

传统的用于研究点蚀的电化学方法(如动电位极化技术和电化学阻抗谱)及非原位表面物理技术(如SEM和EDS)不能用于实时原位监测点蚀的动态变化，也不能对点蚀的动态过程进行连续监测或实时原位预测应力腐蚀的发生发展及所处阶段及对应力腐蚀动态过程进行连续监测。

与本申请有关的参考文献如下：