[发明专利]一种微分极化电阻测量方法及测试仪

说明书

本发明属于测试材料的耐腐蚀性能和通过测试腐蚀体系的极化电阻确定腐蚀速度或分析材料耐蚀性能的技术领域。即提供一种测量金属腐蚀体系的极化电阻监测腐蚀速度的方法和仪器。

极化电阻技术在腐蚀研究和工业生产中都有着广泛的应用，通过对金属腐蚀体系的极化电阻的测量，可以定量地分析金属材料在介质中的腐蚀速度，监控工业生产设备的腐蚀情况。通常在腐蚀电化学中流行采用方波电位法测量在自腐蚀电化附近的“线性极化电阻”（以下简称为线性极化技术）作为极化电阻。可以证明，用上述线性极化技术测量极化电阻不仅理论误差不可克服，而且从测试技术实施方面来考虑，也会遇到一些问题，如（1）线性极化测量所包含的理论误差的大小依赖于极化方向及被测量体系的极化性质。然而对一个待测的实际体系来说，除非详尽探讨过其极化行为，否则无法确定测量结果所包含的理论误差大小;（2）虽然测量中极化值△E愈小，理论误差也愈小，但△E减小会使由于腐蚀电位（以下称Ecorr）变化造成的读数误差增大;（3）线性极化测量读数的速度及频率选择均会影响测量结果，因为读数过快，电极未达到稳定，而读数过慢，上述Ecorr在测量中变动所造成的误差则会增大。

本发明的目的就是要舍弃用线性极化技术的旧方法，提出一种微分极化技术的新方法，从根本上克服上述缺点。本发明所提供的极化电阻测量方法，其特征在于对电极进行小幅值线性电位极化，通过测量腐蚀电位处的电流微分值来求得极化电阻。采用微分极化技术测量极化电阻，由于系基于测量极化曲线Ecorr处的斜率，而不是通过将极化曲线处理为直线而得到极化电阻，故不仅可消除理论误差，此外，由于利用微分法消除了双层充电电流的影响，还可以提高测量速度。

本发明的微分极化电阻测量方法的提出，基于如下的理论分析：对于一个待测的腐蚀体系，若参比电极到研究电极之间的溶液电阻Rs可以忽略不计，或予以补偿，则该体系的等效电路可用图1表示。（图1中Cd用于模拟双层电容，Zf用于模拟电极的法拉弟阻抗）

现对研究电极极化，使电极极化按线性规律变化，即使电极的极化信号E（t）＝Kt（其中K为扫描速度常数，t为时间变量），则极化电流I＝Inf+If（其中Inf为双层充电电流，即非法拉弟电流，If为电极反应电流，即法拉弟电流）。

若极化时电位变动范围不大（通常为±10mv），可以认为电极的双层电容Cd不变，因而有：

Inf＝Cd·dE/dt    （1）

在电极电位变动时，总的极化电流为：

I＝Cd·dE/dt+If    （2）

由于dE/dt＝K，所以式（2）可写成：

I＝K·Cd+If    （3）

将式（3）对时间t微分，并只读取E＝Ecorr时的电流微分值，由式（3）可得：

（dI/dt）Ecorr＝（dIf/dE·dE/dt）Ecorr

＝ (K)/(Rp) （4）

其中Rp正是极化电阻，它直接由极化曲线在腐蚀电位处的斜率来表示，由于电位的扫描速度是给定的，故极化电阻可以通过测量在腐蚀电位处电流的微分值求出。

由此可见，本发明的微分极化测量方法有如下优点：

（1）采用微分极化电阻测量，可以消除由于线性近似而引起的理论误差;

（2）由于测量是取Ecorr处的微分电流值，因此可以在Ecorr附近选定一个固定的极化扫描范围;

（3）利用微分可消除双层充电电流对测量结果的影响，提高测量速度。

本发明还提供了一种用于实施微分极化电阻测量方法的微分极化电阻测试仪，其结构原理如图2所示。

由图2可见，从结构原理上来分析，本发明所提供的微分极化电阻测试仪包括如下几部分：（Ⅰ）线性极化扫描信号发生电路;（Ⅱ）恒电位电路;（Ⅲ）微分电路;（Ⅳ）滤波放大电路;（Ⅴ）微分电流采样保持电路;（Ⅵ）腐蚀电位跟踪保持电路。

在图2中，WE为研究电极、CE为辅助电极、RE为参比电极。对研究电极的极化由恒电位电路控制，极化扫描信号由线性极化扫描发生电路给定，当研究电极极化时，流过电极的电流经电流-电压转换转变为电压信号输出，再经滤波放大使信号增加到一定的幅度送到微分器输入端，微分信号输出幅值与扫描速度、电流-电压转换的反馈电阻、滤波放大倍数、微分器的参数及体系的性质均有关。

微分电流的定点采样由采样控制脉冲控制，当线性极化扫描信号过零时，即电极的极化在Ecorr处，采样控制脉冲电路给出一个采样脉冲，使数字表对微分器输出的微分电流进行采样。

在微分极化电阻测量中，腐蚀电位由腐蚀电位跟踪保持电路给定，这样有利于提高测量的准确性和测量速度。