空间分辨电化学技术用于研究金属局部腐蚀

综合介绍我们已建立的具有微米空间分辨度的电化学方法,主要包括多种扫描微电极技术,并用于研究金属表面和金属／溶液界面电化学不均一性及局部腐蚀破坏过程。结果表明,这些空间分辨电化学方法的发展及应用,有助于深化对金属表面和金属／溶液界面电化学不均一性,特别是金属局部腐蚀发生、发展过程机理的认识。     

扫描电化学微探针的发展及其在局部腐蚀研究中的应用

简要概述当前国内外具有空间分辨能力的扫描微探针技术及其在腐蚀研究中的应用,包括扫描微电极技术(SMET)、扫描电化学显微镜(SECM)、原子力显微镜(AFM)、扫描Kelvin探针技术(SKP)等,其中SMET、SECM、SKP及局部交流阻抗技术可直接测定腐蚀电极表面或界面电化学不均一性的分布图像,而原子力显微镜技术则是通过分子间作用力从纳米尺寸测量腐蚀过程表面形貌的变化.文中侧重介绍作者近年先后建立的具有微米空间分辨度的电化学微探针技术,并利用各种扫描探针技术研究金属/溶液界面电化学不均一性及其局部腐蚀过程.研究表明,空间分辨电化学方法的发展及应用,加深了人们对金属表面和金属/溶液界面电化学不均一性,特别是金属局部腐蚀发生、发展及过程机理的认识.     

水性环氧铝粉涂层/碳钢体系的腐蚀电化学行为

应用电化学阻抗谱(EIS)和扫描振动电极技术(SVET)研究了碳钢基体上含人造缺陷的水性环氧铝粉涂层浸泡在3.5%NaCl溶液中的腐蚀电化学行为.结果表明,浸泡初期,涂层缺陷处为阳极活性区,涂层阻抗随时间延长逐渐降低,活性区逐渐扩展;之后,由于腐蚀产物的自修复作用使整个涂层/金属界面电化学反应活性降低,导致涂层阻抗快速增加.浸泡后期,由于腐蚀介质渗入到涂层/基体界面,出现了更多的阳极活性区,涂层产生破坏剥离.     

有机涂层／金属界面腐蚀的微区电化学

以扫描开尔文探针，局部交流阻抗和扫描电化学显微镜为代表的微区电化学技术以其高精度、高空间解析度的定域分析优势被广泛应用。本文简要介绍了这三种技术的测量原理和关键问题，并着重归纳了这些技术应用于有机涂层／金属界面腐蚀行为的研究成果，包括界面微区表观形貌的获取，不同界面腐蚀机制的推理验证及其影响因素的作用机理等，并对三种技...     

聚苯胺膜电化学原位导电性的测定及其反应动力学

自行开发了电化学原位膜导电性测量仪(ECC). 该测量仪将电化学的电位控制方法与电导率的测量有机地结合在一起, 同时辅以双带及阵列探针电极, 可在电化学电位调制下测定原位聚合物膜导电性的变化, 特别是可以进行高时间分辨的动力学测量. 以此为基础, 测定了对电化学电位调制下导电聚合物膜导电性能, 研究了电化学聚合的聚苯胺膜在一系列不同电位老化条件下的反应动力学.     

Microelectrode Studies on the Pitting Corrosion Process of Stainless Steel

应用微电极法研究不锈钢点腐蚀发生发展过程，首次获得不锈钢夹杂物缺陷在阳极活化电位的活性溶解信息和点腐蚀发展过程蚀点生长和消止两个相互竞争、不断发展的动态行为，深化对夹杂物缺陷诱导点腐蚀的发生及点腐蚀发展过程机理的认识。实验表明，应用微电极技术研究点腐蚀过程可具有若干明显特点：ａ．由于界面双层电容和背景电流的大幅度降低，有利于检测点腐蚀发生和发展过程快速、信号微弱；ｂ．可考察夹杂物缺陷的电化学活性及其诱导点腐蚀成核的重要作用；ｃ．可研究单孔点腐蚀发展的动态行为及影响因素。     

阵列参比电极法研究316不锈钢焊缝腐蚀行为

应用自行建立的阵列参比电极技术,原位测量316不锈钢焊接样品在12%FeCl3溶液中腐蚀电位分布.同时借助电化学极化曲线、交流阻抗技术和扫描Kelvin探针对316不锈钢焊缝腐蚀进行跟踪检测.结果表明,经焊接的316不锈钢样品在12%FeCl3溶液中,最初时刻焊缝区发生优先腐蚀,而在母材区保持钝化状态;随着浸泡时间延长...     

扫描微电极法原位测量2024Al合金表面微区Cl~-浓度分布

应用自研制扫描微电极测量系统和扫描微Ag/AgCl复合电极 ,原位测量含Cl- 溶液中 ,2 0 2 4Al合金在其局部腐蚀发生发展过程中金属 /溶液界面微区Cl- 离子的浓度分布 ,考察金属 /溶液界面微区Cl- 浓度分布对Al合金表面局部腐蚀行为的影响 .结果表明 ,扫描Ag/AgCl探针可实时跟踪腐蚀过程中金属表面氯离子浓度分布的动态行为 .当 2 0 2 4Al合金浸渍于含Cl- 溶液中 ,Cl- 离子在Al合金 /溶液界面呈不均匀分布 ,Cl- 主要在第 2相颗粒和铝基交界区域发生优先吸附和累积 ,从而促进局部腐蚀的发生和发展     

碳钢/醇酸涂层在5%NaCl溶液中的极化及半导体行为

摘要 采用电位-电容测试和Mott-Schottky分析技术研究了碳钢/醇酸涂层在5%NaCl溶液侵蚀下腐蚀失效过程中的极化及半导体行为. 浸泡2h, 电极形成了MIS结构, 涂层半导体为n型导电, 半导体载流子密度为4.99×109cm-3, 腐蚀仅受水和离子在涂层中的扩散控制;浸泡1d和2d时, 涂层在电场下发生偶极极化, 偶极电场阻碍载流子的迁移, 偶极弛豫效应使微分电容随外加电位绝对值增大而减小, 并造成电位-电容行为的频率依赖性;浸泡7d~17d涂层发生空间电荷极化, 碳钢与涂层形成了金属/半导体接触, 随着浸泡时间延长, 涂层载流子密度逐渐增加, 平带电位正移, 功函数逐渐减小, 对电子束缚能力减弱, 随外加电位的增加, 金属/醇酸涂层界面势垒升高, 空间电荷层成为阻挡层, 电极载流子输运受涂层孔隙电阻, 空间电荷层, 金属基底反应动力学三重控制.     

WBE联合EIS技术研究缺陷涂层下金属腐蚀

用电化学阻抗谱(EIS)结合丝束电极(WBE)技术研究了缺陷涂层浸泡在3.5%(质量分数)NaCl溶液中的劣化过程.从浸泡开始到完好涂层鼓泡失效,缺陷涂层丝束电极阻抗响应一直是缺陷区电极腐蚀反应过程特征,而完好涂层的劣化过程和涂层下的腐蚀反应过程特征被"平均掉".根据电极表面的电流分布,结合阻抗谱技术实现了对表面任意局部阴极和阳极区阻抗测试.研究发现,浸泡开始时,缺陷涂层阴极电流和阳极电流均出现在缺陷区,随着腐蚀过程的发展,阳极电流仍然保持在缺陷区,但阴极电流逐渐向完好涂层下扩展.根据实验结果,对缺陷处和涂层下金属腐蚀反应发生发展的机理进行了深入讨论.     

模拟水中铜镍合金B10耐蚀性的光电化学研究

采用循环伏安、光电化学和电化学阻抗谱技术对模拟水中铜镍合金B10的腐蚀行为进行了研究.在电位从正往负向扫描中 B10表面膜显示p-型光响应,光响应来自电极表面的Cu2O层,但最大光电流比硼砂-硼酸中的要低。B10电极的耐蚀性能随着溶液中Cl-、SO42-和S2-浓度及pH的增加而降低。温度的升高会导致光电流由p-型转为n-型,耐蚀性能急剧下降。电化学阻抗谱测量结果与光电化学方法得到的结果相一致。     

海洋微生物对316不锈钢的电化学腐蚀行为

采用自腐蚀电位、电化学极化曲线、电化学阻抗谱技术研究了316不锈钢在无菌培养基介质和海水微生物接种培养有菌培养基介质中不同周期的腐蚀行为．结果表明,316不锈钢电极在有菌介质中比在无菌介质中的腐蚀电流密度大,腐蚀电位负移,微生物加速了不锈钢的腐蚀速度．随着浸泡时间的增加,有菌介质中的不锈钢电极极化电阻值逐渐减小,表明了海洋微生物的附着和繁殖加速了316不锈钢的腐蚀速率,降低了其在海洋环境中的耐蚀性．     

腐蚀介质中混凝土/钢筋界面电极电位分布的立体分析

由于混凝土的隔离和高绝缘性 ,常规的电化学技术、微探针扫描技术均难于获得在腐蚀介质的浸泡下混凝土 /钢筋界面 ,特别是不同深处的混凝土 /钢筋界面的电位分布 .本文提出用阵列电极法并结合电子技术和微机控制技术 ,获得同一水平面上混凝土 /钢筋界面以及不同深处的混凝土 /钢筋界面的电位分布立体信息图 .结果表明 :在NaCl介质中经过一段时间的浸泡 ,混凝土中的钢筋腐蚀可发生并发展 ;而在Na2 SO4 介质中经过一段时间的浸泡 ,虽钢筋腐蚀一般不发生 ,但混凝土可能破坏 .不同深处混凝土 /钢筋界面腐蚀优先发生在混凝土覆盖较浅的部位 .     

用丝束电极研究模拟碳化混凝土孔隙液中缓蚀剂对碳钢局部腐蚀的抑制行为

应用丝束电极(WBE)的电位/电流扫描技术, 研究了含Cl-的模拟碳化混凝土孔隙液中, Q345B碳钢局部腐蚀在空间和时间上的发生和发展特征, 同时比较了四乙烯五胺(TEPA)和亚硝酸钠缓蚀剂对局部腐蚀抑制能力的差异. 结果表明NO-2离子能快速渗透腐蚀产物层, 并抑制锈层下的碳钢活性溶解, 而乙烯胺由于在锈蚀层内的扩散速率低, 初期反而会促进锈层下的局部腐蚀, 随着烯胺分子扩散并吸附于锈蚀层/金属界面处, 碳钢活性溶解才受到抑制. 电化学阻抗谱(EIS)可反映局部腐蚀的萌发, 但难以表征缓蚀剂在碳钢表面的不均匀吸附特征. 基于丝束电极表面电位/电流分布所提出的局部腐蚀因子(LF), 可定量表征腐蚀的不均匀特征以及缓蚀剂对局部腐蚀的修复能力.     

环氧树脂涂覆LY12铝合金在NaCl溶液中的阻抗模型

分别研究了裸LY12铝合金及涂覆环氧树脂涂层后合金在3.5％NaCl溶液中的电化学阻抗谱（EIS）.结果表明,LY12铝合金在点蚀电位以下阻抗谱上出现两个容抗弧,高频段对应Cl－参与的成膜阻抗,低频段对应铝阳极溶解的电化学反应阻抗.合金发生点蚀后出现低频感抗弧.合金/电极在NaCl溶液中先发生涂层吸水,当水及O2抵达基体后建立起电化学反应界面,合金遭受腐蚀；受涂层阻挡的影响,腐蚀产物的扩散逐渐成为控制步骤；当扩散速度较慢的Cl－抵达涂层/金属界面后,与界面处聚集的腐蚀产物间发生化学反应,完成成膜过程,阻抗谱上出现盐膜的阻抗,而扩散阻抗消失.提出了不同浸泡失效阶段涂层电极体系的阻抗模型.     

丙烯腈在铝表面的原位电化学聚合涂层

采用恒电位在铝阴极上原位电化学聚合丙烯腈（AN）形成聚合涂层，研究了支持电解质、电聚合电位及单体浓度等的影响，考察了电流随电聚合时间的变化趋势．结果表明，室温下当电聚合电位为7．0V时，在含DMF和0．05mol／L的AlCl3支持电解质水溶液中，一定浓度的AN电聚合3h可得到约15μm原位聚合涂层．用SEM和FTIR等技术表征了膜层的形貌，讨论了AlAN阴极电化学聚合机理．     

Pt／钇稳定氧化锆固体电解质在高温下的电化学性质

用交流阻抗技术研究了二电极、三电极Ｐｔ／钇稳定氧化锆（简称ＹＳＺ）高温固体电化学体系．开路电位下，Ｐｔ／ＹＳＺ体系只有一个阻抗半圆，对应于电极体系的电化学活化控制过程，极化电阻随温度变化的表观活化能为１７１．５ｋＪ／ｍｏｌ．Ｐｔ／ＹＳＺ界面的双电层电容约为３００μＦ／ｃｍ２．阳极极化下，交流阻抗极化电阻显著减小；阴极极化下，极化电阻反而增大，并出现浓差控制现象．     

氯离子侵蚀下钢筋在混凝土中腐蚀行为的EIS研究

应用电化学阻抗谱(EIS)研究环境介质中氯离子对混凝土中钢筋腐蚀行为的影响.结果表明,在测量的频率范围内,钢筋混凝土体系的阻抗谱图包含两个时间常数,分别对应于界面的双电层和钢筋表面的混凝土保护层.其低频段的半圆有些压扁,表明界面双电层的充放电行为偏离理想电容器,可归因于钢筋表面的不均一性.在浸泡后期,低频段出现拖尾,同时电荷转移电阻Rct减小了近两个数量级,这是由于钢筋表面的钝化膜已经破裂,发生活性腐蚀,况且氯离子浓度的增大加速了腐蚀发展过程.讨论了混凝土中在钢筋腐蚀发生,发展的过程中,其腐蚀电位Ecorr以及等效电路中的Rct和Warburg阻抗等元件的变化特征.     

集成化金膜阵列电极的制作研究

以聚乙烯不干胶掩膜版法结合金属溅射沉积技术在FR-4玻璃纤维版上制作了由6个金膜工作电极(1 mm×2 mm)、1个大面积金膜对电极(2 mm×13 mm)和1个厚膜Ag/AgCl参比电极构成的集成化金膜阵列电极系统,并利用电化学手段对阵列电极系统进行了考察。研究结果表明,K3Fe(CN)6在厚膜Ag/AgCl/1.0 mol/L NaCl参比电极上的式电位与商业Ag/AgCl/3.0 mol/L NaCl参比电极相差0.067 V;参比电极放置1个月后,测量电位未发生明显变化。利用扫描电化学显微镜对工作电极表面平整度进行考察,结果表明工作电极表面具有较好的平整度。通过测量H2SO4还原峰面积评价了工作电极电化学面积的批内、批间一致性;通过K3Fe(CN)6在电极上的Ipa/Ipc比值评价了工作电极电化学特性的批内、批间一致性。结果表明,阵列电极面积和电化学特性具有良好的批内和批间一致性。对集成化金膜阵列电极系统的研究结果表明,聚乙烯不干胶掩膜版法结合金属溅射沉积技术制作的阵列电极能够满足电化学电极的要求,可作为电化学生物传感器的基础电极。     

电场作用下金属锌在薄液膜下的腐蚀电化学研究

采用薄液膜实验装置,测量了外加直流电场作用下锌在薄液膜体系中的腐蚀电位、阴极极化电流以及阴极极化曲线等. 研究了外加直流电场对锌在薄液膜下腐蚀行为的影响. 结果表明,外电场的作用可以使锌电极的腐蚀电位负移,也可以使锌电极在阴极极化条件下的阴极电流增加. 分析结果表明,外电场与薄液膜体系中锌电极电化学过程中的相关因素发生了协同作用,改变了锌电极的阴极过程.