2024金属和合金的腐蚀电化学噪声测量腐蚀试验导则.pdf

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国家市场监督管理总局

发布

国家标准化管理委员会

/—/:

2015

金属和合金的腐蚀电化学噪声测量腐蚀

试验导则

1范围

本文件旨在通过电化学噪声测量来辅助腐蚀试验。

本文件规定了有效测试无涂层和有机涂层覆盖金属的电化学噪声的试验步骤和分析方法。

2规范性引用文件

。,

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款其中注日期的引用文

,;,()

件仅该日期对应的版本适用于本文件不注日期的引用文件其最新版本包括所有的修改单适用于

本文件。

金属和合金的腐蚀基本术语和定义(—

ms

注:/—金属和合金的腐蚀术语(:,)

金属和合金的腐蚀电化学试验方法恒电位和动电位极化测量导则(

——

en-

ygpp

yp

注:/—金属和合金的腐蚀电化学试验方法恒电位和动电位极化测量导则(:,

2005

IDT)

3术语和定义

界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

3.1

电化学噪声;

EN

()()

电化学反应和其他过程例如气泡萌生在电极表面上所产生的低频≤1Hz和低幅度电流和电

位的波动现象。

3.2

电化学电位噪声

()。

电极相对于参比电极的电位波动通常在μV~mV的范围内或两个相似电极之间的电位波动

3.3

电化学电流噪声

()。

单个电极或两个电极之间的电流波动通常在nA~A的范围内

3.4

电化学噪声电阻

试验期间的电位噪声的标准差除以电流噪声的标准差而获得的电阻。

3.5

电位功率谱密度

ppyp

PSDE

用电位噪声表示的频率函数所得到的功率。

/—/:

2015

3.6

电流功率谱密度

ppy

PSDI

用电流噪声表示的频率函数所得到的功率。

3.7

电化学噪声阻抗

/,。

阻抗定义为Z=其中所有项都是频率的函数

nEI

:。

注噪声阻抗是实数和正值

3.8

工作电极

由所研究的材料制成的与电解质接触的电子导体。

::,“”。

注该定义不同于IS6.1.46用于极化测试的电化学电池中的测试电极中给出的术语

3.9

辅助电极

用于通过平衡传递到工作电极的电流来施加极化的电极。

:。

注通常用惰性材料制成

3.10

奈奎斯特频率

yqqy

频率等于采样频率的一半(/);能从采样数据获得信息的最大频率。

fs2

3.11

热噪声

电子和电荷载体的热振动产生的噪声。

:,。

注热噪声是能预期噪声的绝对最小值也叫约翰逊噪声

3.12

散粒噪声

由于电荷载流子在极短时间内移动导致电流峰值的量子化特性引起的噪声。

3.13

模拟电化学池

,。

具有明确限定的噪声水平的非电化学电池通常不会产生高于正常热噪声水平的噪声

4原理

、/;

4.1腐蚀中电化学噪声可能来自于局部法拉第电流吸附脱附过程和表面覆盖在发生局部腐蚀的情

,、。,

况下点蚀缝隙腐蚀以及开裂和其他一些过程的力学效应也可能产生电化学噪声应特别注意与腐

蚀无关的很多其他因素也可能会导致电流和电位的波动。

、(),

电化学噪声能通过恒电位恒电流或开路电位测试见第章关于铝在点蚀过程中的电化学噪

4.25

声测试和有机涂层覆盖碳钢的电化学噪声测试的示例见附录和附录。

BC

,。

4.3电化学噪声数据能在时域或频域内进行分析数据分析见附录A

5仪器和测试方法

5.1仪器

5.1.1准确测量电位和电流的仪器需要具有适当的输入阻抗在测量电位的情况下阻抗远高于被测系

,,。

统在测量电流的情况下阻抗远低于被测系统以及具有足以使量化噪声最小化的灵敏度下面条款给

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2015

出了一些数值上的建议。

5.1.2电位测量仪

911

,,,,

对于裸金属仪器宜具有至少10Ω的输入阻抗对于带涂层金属输入阻抗应为10Ω以便在测

。,,

量期间使得从系统中获得的电流足够小对于具有非常高阻抗的系统可能需要更高的输入阻抗例

,。

如对于有涂层金属的电化学噪声测试仪器的灵敏度和准确度应在1V的典型范围内检测10V或

更低的变化。

5.1.3电流测量仪

-9

,。

该仪器宜在小于1mV的电压负载下测量电流分辨率能达到10A或更高低电压负载电流表

通常被称为零电阻电流表()。

ZRA

:。

注只有当在两个腐蚀电极之间进行电流测量时才需要低电压负载

:,。

注电压负载是指端子之间的电压也称为电压降

5.1.4恒电位仪

,,

一些测试配置使用恒电位仪来控制电极的电位恒电位仪应具有低噪声特性宜使用具有与所研究

()。

系统相应特性的模拟电化学池进行测试见第章或参考文献

81

5.1.5恒电流仪

,,

一些测试配置使用恒电流仪将电流施加到电极恒电流仪宜具有低噪声特性宜使用具有与所研究

()。

系统相应特性的模拟电化学池进行测试见第章或参考文献

81

5.1.6接地屏蔽和绝缘

。,

确保测试系统的正确接地和屏蔽非常重要为最大限度地减少感应干扰宜有可靠的单独接地连

。,。

接通常需要隔离或差分测试装置以避免与地面和接地回路的短路连接尤其是在现场监测的条件下

5.2测试状态

最重要的电化学噪声测试状态的原理图如图所示。

)恒电位下电流噪声)恒电流下电位噪声

ab

)开路电位噪声)开路电位下的电流噪声)电流电位噪声同步测试

cde

标引序号说明:

———();

1恒电位仪见5.1.4

———(,);

电流测量仪见表示连接到或其他设备进行记录或分析

25.1.3PC

———工作电极();

3WE

———参比电极();

4RE

———辅助电极();

5AE

———();

6恒电流仪见5.1.5

———(,)。

电位测量仪见表示连接到或其他设备进行记录或分析

75.1.2PC

图测试配置

/—/:

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5.2.1恒电位下电流噪声测试

在恒电位控制下测量的惰性辅助电极到工作电极的电流这通常用于研究局部腐蚀中的各个电流

,,。

瞬变因为恒定电位使钝化表面上的电流波动最小并保持在可发生局部腐蚀的特定电位电流能通过

,),。

辅助电极的导线测量如图1a所示或者使用恒电位仪内部的电流放大器来测量

5.2.2恒电流下电位噪声测试

监测一个恒电流控制的工作电极相对于低噪声参比电极的电位也被用于研究局部腐蚀中的单个

。,。

电位瞬变如果使用交流电流也能同时估算阻抗

5.2.3开路电位噪声测试

在开路状态下测量工作电极相对于低噪声参比电极的电位或者两个相同工作电极间的电位差使

(),/

用两个工作电极通常会降低测试噪声的直流DC分量并能在不使用非常高分辨率的模数转换器的

。,。。

情况下获得更高灵敏度然而可能丢失有用的关于直流电位的信息这能用于在线腐蚀监测

5.2.4开路电位下的电流噪声测试

监测两个相似工作电极之间的电流噪声。

5.2.5电流电位噪声同步测试

,。

两个相似的工作电极通过低压负载电流表连接记录两个电极之间的波动电流用电压表记录该

。。

耦合电极对的电压波动这是测试带有涂层的金属基体的最常用方法

5.3信号处理与记录

5.3.1由于使用模拟方法记录时间数据和数据分析的准确性有限因此大多数电化学噪声测试都使用

。。/

数字技术放大器用于将电流转换为电压并调节测试的电位放大器的电流和或电位输出被过滤并

转换成数字形式以进行记录或分析。

。,

5.3.2滤波器用于防止将连续模拟数据转换为离散信号时发生的混叠为了避免混叠应去除奈奎斯

,。,

特频率以上的频率这些频率在低频率处再次出现则表明出现了错误在大多数电化学噪声测试中电

。。

力线频率噪声是混叠到低频的典型示例也能选择使用高通滤波来去除信号中的直流分量这些应具

()(),

有非常低的拐点或截止频率0.01Hz或更低以避免去除重要信息但这在首次连接时宜花费较长

的时间。

/,,

5.3.3由于模数转换器的分辨率有限存在量化误差或噪声能通过提高转换器的分辨率来降低量化

误差或噪声。

5.3.4另一种不可避免的噪声源于电子设备的基本物理过程电化学噪声测试装置中存在两种形式的

,。,。

噪声即散粒噪声和热噪声此外电子设备在低频下产生闪烁噪声

6测试池

试验电解池宜根据中给出的一般要求来制备。

7测试步骤

,。,。

7.1电化学噪声测试应用广泛合适的步骤视具体情况而定但是宜考虑以下一些因素

/—/:

2015

,,

7.2如果使用传统的毛细管型参比电极根据评估电极并通过测试两个参比电极之间的

。,

电位噪声来检查参比电极产生的噪声参比电极的噪声水平宜给出一个功率谱密度这比测试系统的

所有频率的级别低至少倍。

10

7.3测量工作电极暴露的表面积。

、()。

7.4使用工作电极参比电极和辅助电极可选组装测试池

,,。

7.5将测试溶液添加到测试池中如有必要可在预处理后添加将测试池浸入温控水浴锅中或通过

其他方法将温度波动控制在±1℃。

,。。

7.6记录试样的开路电位即自腐蚀电位在噪声测试之前开路时长取决于试验的目的测试也能在

,,,

试样浸入溶液时立即开始但是宜意识到由于测试需要稳定的系统因此试样刚浸入溶液的初始分析

是无效的。

7.7以预定的采样频率获取并记录电化学噪声。

8仪器噪声评估

,(

宜使用模拟电化学池评估电化学噪声测试系统的背景噪声和信号保真度如图所示见参考文

8.12

)。,、

献1选择的电阻和电容值宜与待研究的腐蚀系统中预期的溶液电阻极化电阻和双电层电容相

。“”()

似使用无源模拟电化学池即一般不会产生高于正常热噪声水平的噪声的测试目标是使用低噪声

,。,

源检查仪器噪声以便能与测试的噪声进行比较仪器测量精度的校准需要专门的仪器该校准仪器不

在本文件的范围之内。

a)

b)

标引序号说明:

和———工作电极;———工作电极或辅助电极;

135

———参比电极;、和———电容器。

28910

、和———电阻;

467

图2用于评估仪器噪声的模拟测试池

/—/:

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8.2仪器噪声评估测试的持续时间宜至少是测试的最低频率对应周期的两倍采样频率宜至少是测试

,。

的最高频率的两倍使用至少两个不同的采样频率

。(、、

8.3宜设置合适的量程以得到最大的灵敏度避免使用测试参数的自动设置包括灵敏度增益偏移

),“”,“”

校正等例如最初使用自动量程来选择仪器的量程然后取消选择自动量程并使用此量程或下一

()。,“”,

个更高量程允许偏移用于电化学噪声测试对于某些仪器如果使用自动量程设置在自动切换量

程时可能会导致电化学噪声信号中出现一些假信号。

),

8.4对于图2a所示的模拟电化学池通过计算在不同采样频率下同时记录的电位和电流波动的

fs

,:/

功率谱密度能在频域中验证电化学噪声数据首先检查在之前的数据采集系统中是否在模数转换器

;;,

有抗混叠过滤器其次是检查用不同采样频率记录的功率谱密度是否良好重叠再次分别将试验功率

,/,/。

谱密度与热噪声的理论功率谱密度进行比较电压热噪声为6kTR电流热噪声为2kTR有关功

,。