基本定義

循環(huán)極化法是腐蝕研究中常用的方法之一，循環(huán)極化曲線通過控制電極電勢以不同速率進行一次或多次反復掃描來測量電極反應機理，以觀察整個電勢掃描范圍內(nèi)發(fā)生的反應，同時發(fā)生化學反應的性質(zhì)進行判斷。循環(huán)極化曲線包括正向掃描曲線和反向掃描曲線，正反曲線掃描過程中所圍成的環(huán)型曲線面積可以評估腐蝕的程度，圍成的環(huán)型面積越小，腐蝕程度越小，反之，面積越大則腐蝕的程度越大^[1]。

循環(huán)極化法測試過程是使工作電極電位極化，當電流密度不再增加，此時電極進入鈍化狀態(tài)，該電位稱為鈍化電位（E_p）；電位繼續(xù)增加，到一定值后，電流急劇升高，此時鈍化膜已被擊穿，相應的電位稱為點蝕電位（E_pit）；繼續(xù)小幅升高電位后，電位反向掃描，反向掃描的回歸曲線將與正向曲線相交，此交點的電位稱為再鈍化電位（E_rep）。點蝕電位（E_pit）和再鈍化電位（E_rep）分別反映了在特定溶液中金屬破鈍和再鈍化的能力，因此兩者的差值?E常用于表征金屬發(fā)生點蝕的難易程度，差值越大，則發(fā)生點蝕的可能性越大^[2]。

相對于腐蝕電位、交流阻抗及恒電位極化，循環(huán)極化測試的優(yōu)勢在于可以同時得到維鈍電流密度、腐蝕電位、點蝕電位、再鈍化電位等參數(shù)信息，能夠?qū)崿F(xiàn)對材料耐蝕性的快速評價。但是循環(huán)極化測試是有損檢測，極化完畢后通常會對試樣表面產(chǎn)生破壞，因而不能對單一試樣進行長周期腐蝕監(jiān)測^[3]。

循環(huán)極化法在腐蝕研究中的應用現(xiàn)狀

以不銹鋼的腐蝕研究為例，一般而言，不銹鋼的耐均勻腐蝕能力強，主要失效形式為點蝕和應力腐蝕開裂，可以采用循環(huán)極化法對其進行腐蝕評價，得到材料的點蝕電位、再鈍化電位、腐蝕電位等特征電位信息，根據(jù)特征電位數(shù)值，判斷材料的局部腐蝕風險。圖1為Wang等人^[4]對四種不同不銹鋼材料在125℃，Cl^?和F^?質(zhì)量濃度均為2.5gL^?1，SO₂分壓為0.1MPa的溶液中的腐蝕行為研究。根據(jù)開路電位（E_OC）、點蝕電位（E_P）和再鈍化電位（E_RP）可以將電位區(qū)間分為3部分。在I區(qū)，點蝕難以形核及發(fā)展；在II區(qū)，已經(jīng)形核的點蝕坑可以繼續(xù)發(fā)展，但仍然不能發(fā)生新的點蝕坑形核過程；在III區(qū)，點蝕坑既可以形核也可以發(fā)展。通過比較4種材料的特征電位分布情況可以看出，S31254的I區(qū)和II區(qū)電位最寬，其耐點蝕能力*；對于316L，其I區(qū)消失，說明在自然腐蝕狀態(tài)下316L表面出現(xiàn)的點蝕形核也能穩(wěn)定發(fā)展，因而其耐點蝕能力最差。

圖1

不銹鋼在125 ℃，Cl?和F?質(zhì)量濃度均為2.5 gL?1，SO2分壓為0.1MPa的溶液中的特征電位圖[4]

除不銹鋼材料外，采用循環(huán)極化法對合金材料腐蝕行為的研究也很廣泛，如Uro? Trdan^[5]等人采用循環(huán)極化法考察了AA6082-T651鋁合金激光沖擊強化前后的耐腐蝕性能。通過循環(huán)極化法活性溶解參數(shù)，例如腐蝕電流(icorr)、腐蝕速率(C.R.)、腐蝕電位(E_corr)、點蝕電位(E_pit)、再鈍化/保護(E_prot)電位和點蝕轉(zhuǎn)變電位(E_ptp)等信息，評估了激光沖擊強化后的樣品表現(xiàn)出增強的耐腐蝕性。由此可見，循環(huán)極化測量技術在腐蝕領域的研究，主要根據(jù)特征電位來確定材料的抗腐蝕性，并研究其腐蝕機理，為開發(fā)腐蝕均勻的高性能材料提供理論指導等。

DH7000系列電化學工作站激勵信號及關鍵參數(shù)

激勵信號

測試體系

3.5wt% NaCl體系

1）測試體系：使用碳酸銀鍍銀液體系在溫度為20℃，電流密度為3ASD的條件下，對預處理好的1.5cm×1.5cm銅片進行電鍍厚度為3µm的銀層，之后將電鍍試樣浸入3.5wt%的NaCl溶液中進行循環(huán)極化法測試。測試過程中以電鍍試樣為WE（WE-SE短接），SCE為RE，Pt絲為CE。

2）基本激勵信號參數(shù)：初始電位為-0.3V，頂點電位為-0.2V，終止電位為-0.3V，階躍高度為1mV，階躍時間為1s，對應掃描速率為1mV/s。

3）測試結(jié)果如下：

總結(jié)

循環(huán)極化法是腐蝕研究中一種有效的方法，通過控制電極電勢以較慢的速度連續(xù)地掃描，并測量對應電位下的瞬時電流值，以瞬時電流與對應的電極電勢作圖，從而獲得完整的極化曲線。從循環(huán)極化測試結(jié)果可以獲得維鈍電流密度、腐蝕電位、點蝕電位、再鈍化電位等重要信息，從而實現(xiàn)對材料抗腐蝕性能的快速評價，為開發(fā)均勻腐蝕的新材料提供可參考的理論依據(jù)。未來可能結(jié)合其他檢測技術實現(xiàn)對材料腐蝕過程的精細分析。

參考文獻

[1]齊季, 謝飛, 王丹,等. X80管線鋼在CO32-&HCO3-體系下的電化學腐蝕行為研究.

[2]劉彬，段繼周，候保榮.天然海水中微生物對 316L 不銹鋼腐蝕行為研究[J].中國腐蝕與防護學報，2012，32（1）：48-53.

[3]王竹, 馮喆, 張雷,等. 電化學方法在不銹鋼腐蝕研究中的應用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J]. 工程科學學報, 2020, 42(5):8.

[4]Wang Z, Tang X, Xue J P, et al. The pitting behavior of stainless steels under SO2 environmentswith Cl? and F? // CORROSION2017. New Orleans, 2017: NACE-2017-9241

[5]Trdan U, Grum J. Evaluation of corrosion resistance of AA6082-T651 aluminium alloy after laser shock peening by means of cyclic polarisation and ElS methods[J]. Corrosion Science, 2012, 59(Jun.):324-333.