工程材料的耐腐蚀性能的电化学测试法
电化学测试方法是一种能够快速、准确地用于研究材料腐蚀的现代研究方法。由于材料的腐蚀大多数属于电化学腐蚀，因此电化学测试方法在腐蚀中应用的非常广泛。与重量法和表面观察法相比，电化学测试方法不但能够研究材料的腐蚀速度，还能够深入地研究材料的腐蚀机理。
电化学测试方法经过近50年的发展，按外加信号分类大致可以分为直流测试和交流测试；按体系状态分类可以分为稳态测试和暂态测试。直流测试包括动电位极化曲线、线性极化法、循环极化法、循环伏安法、恒电流/恒电位法等等；而交流测试则包括阻抗测试和电容测试。对于稳态测试方法，通常包括动电位极化曲线、线性极化法、循环极化法、循环伏安法、电化学阻抗谱；而暂态测试包括恒电流/恒电位法、电流阶跃/电位阶跃法和电化学噪声法。在诸多的电化学测试方法中，动电位极化曲线法和循环极化法是最基本，也是最常用的方法。
根据材料的腐蚀电化学行为，可以将材料分为两大类：活性溶解材料和钝性材料 。对于不同种类的材料，在评价其耐蚀性能时要采用不同的标准。对于活性溶解行为的材料（镁合金、碳钢、低合金钢等）来说，仅仅采用腐蚀电位（Ecorr）的高低来评价材料的腐蚀性能是不对的。这种错误的认识来源于仅仅关注了材料腐蚀的热力学趋势，而忽略了材料的腐蚀动力学特征。在评价活性溶解材料的耐蚀能力时，首要的参数是腐蚀电流（icorr），腐蚀电流越小，材料的耐蚀性能越好，这是因为腐蚀电流是由材料的溶解所造成的。AZ91E和MEZ两种镁合金的极化曲线如图7所示，从图中可以看出：尽管MEZ合金的腐蚀电位远远低于AZ91E合金，但是考虑到MEZ合金的腐蚀电流要明显小于AZ91E合金，所以MEZ合金的耐蚀性能应当高于AZ91E合金，这一点从盐雾腐蚀失重和金相观察结果中都得到了证实。
只要当两种材料的腐蚀电流大体相同时，腐蚀电位才是一个需要考虑的参数，腐蚀电位越高，材料的耐蚀性能越好。举一个例子可以有助于更好的理解这句话，图8：当电位为a时，纯镁处在腐蚀电位，纯镁发生腐蚀；而AZ91D镁合金则处在阴极状态，没有发生腐蚀。当电位为b时，纯镁处在阳极电位而发生严重的腐蚀；与之对比，AZ91D镁合金则还处在阴极状态，没有发生腐蚀。当电位为c时，纯镁和AZ91D镁合金都处在阳极电位下，但是AZ91D镁合金的阳极电流则明显小于纯镁，此时AZ91D的腐蚀速度低于纯镁。从上述的三种典型的情况来看，AZ91D合金在各个电位下其溶解电流都小于纯镁，所以可以判断AZ91D合金的耐蚀能力优于纯镁。 图8 综合上面的论述，可以对活性溶解材料耐蚀性能的评价标准做一下总结： 首先要看腐蚀电流的大小，腐蚀电流越小，材料的耐蚀性能越好； 当材料的腐蚀电流相差不大时，腐蚀电位越高，材料的耐蚀性能越好。 对于钝性材料（铝合金、钛合金、不锈钢、镍合金、锆合金）来说，在评价此类材料的耐蚀性能时，应当评价材料钝化区的性能，而不是去比较材料的腐蚀电流和腐蚀电位。这是因为由于材料能够钝化，所以在工程应用过程中，人们都会将这些材料做钝化处理后才使用。 通过动电位极化曲线可以获得两个表征材料腐蚀性能的参数：击破电位Eb和维钝电流ipass。击破电位越高材料的耐蚀性能越好；维钝电流越低材料的耐蚀性能越好。例如，在0.1M H3BO3+0.025M Na2B4O7溶液中（图9），纳米孪晶镍与铸态纯镍相比，击破电位升高，维钝电流减小，经过纳米孪晶后，镍的耐蚀能力得到了明显的提高。 图9 再比如，经过载波钝化处理之后，A890双相不锈钢的击破电位变化不大，但是维钝电流却显著下降，这说明载波后的双相不锈钢耐蚀能力明显增强，如图10所示。 图10 在评价工程材料的耐蚀能力时，有这样一种非常困扰的现象是经常遇到的，如图11所示。1Cr17Ni2不锈钢的击破电位低于1Cr12Ni2WMoVNb不锈钢，但是1Cr12Ni2WMoVNb不锈钢的维钝电流却高于1Cr17Ni2不锈钢。根据上面介绍的评价标准，很难判断哪种材料的耐蚀性能更好。 图11 因此，需要引入评价钝性材料耐蚀性能的第三个标准，保护电位Ep。保护电位通过测试循环极化曲线获得，用于表征材料在发生点蚀之后的自钝化、自修补能力。按照ASTM循环极化曲线的测试标准，扫描电位从相对开路电位（OCP）-300mV开始，至电流密度达到1mA·cm-2时，开始负方向电位扫描，直至电位达到相对开路电位（OCP）-300mV时结束，扫描速度1mV/s。负方向扫描曲线与阳极极化曲线的交点即为保护电位。1Cr17Ni2不锈钢和1Cr12Ni2WMoVNb不锈钢的循环极化曲线如图12所示，可以发现1Cr17Ni2不锈钢的负方向扫描曲线与阳极极化曲线相交，而1Cr12Ni2WMoVNb不锈钢的负方向扫描曲线则与阴极极化曲线相交，这说明1Cr17Ni2不锈钢具有保护电位，而1Cr12Ni2WMoVNb不锈钢则没有。也就是说， 1Cr17Ni2不锈钢在点蚀发生后，当电位下降时能够修复点蚀蚀孔，使之发生再钝化；而1Cr12Ni2WMoVNb不锈钢发生点蚀以后，点蚀会不断地发展，不能修复。结合循环极化的结果，可以判断：尽管1Cr17Ni2不锈钢的击破电位低于1Cr12Ni2WMoVNb不锈钢，由于1Cr17Ni2不锈钢具有保护电位，1Cr17Ni2不锈钢耐蚀性能优于1Cr12Ni2WMoVNb不锈钢。 图12 总结上面的论述，如何评价钝性材料的耐蚀性能有着三个评价标准： 击破电位越高，材料的耐蚀性能越好； 维钝电流越小，材料的耐蚀性能越好； 保护电位越高，材料的耐蚀性能越好。
