用于大气环境的电化学传感器的腐蚀性能研究

李婷玉^1,2, 魏洁¹, 陈楠¹, 万晔², 董俊华¹

1.中国科学院金属研究所 沈阳 110016

2.沈阳建筑大学材料科学与工程学院 沈阳 110168

中国腐蚀与防护学报  2024, Vol. 44  Issue (2): 365-371

CSTR: 32134.14.1005.4537.2023.174

DOI: 10.11902/1005.4537.2023.174

摘要: 

构造了一种用于监测大气腐蚀的金属材料的电化学传感器，分别选用低合金钢和铜导电漆两种具有不同电位的金属材料，基于电偶腐蚀原理组成传感器的两个电极，两个电极之间以薄的有机硅绝缘膜相隔，传感器与大气薄液膜介质形成一个电化学腐蚀系统。在两个金属电极之间有液膜产成时，就会形成一个腐蚀电池，并产生电偶腐蚀电流，通过监测这种电偶电流以反映环境中材料的腐蚀状态。本文采用新型电化学传感器，同时借助电化学工作站和高精度电子天平，研究了绝缘膜厚度、液膜厚度、温度、相对湿度及阴阳极面积比等因素对电偶电流的影响规律，并证实了新型电化学传感器具有很高的灵敏度，可用于薄液膜下大气腐蚀的监测。

关键词：

大气腐蚀,  传感器,  实时监测,  电偶电流 

结论：

基于电偶腐蚀原理设计制作的电化学传感器用于监测大气环境变化得到结论如下：

(1) 两电极间的绝缘膜厚度即电偶对间距对电偶电流有明显影响，绝缘膜越薄，试样表面的电偶电流下降越缓慢，传感器灵敏度越高。当基体表面液膜厚度大于20 μm时，传感器可监测出电偶电流，具有较高的灵敏性。

(2) 传感器对温度和相对湿度的响应灵敏，温湿度与电偶电流的对数存在良好的线性关系。温度一定时，相对湿度越大，电偶电流越大，腐蚀速率越快；相对湿度一定时，温度越高，电偶电流越大，腐蚀速率越快。

(3) 传感器的电偶电流大小受阴阳极面积比的影响，阴阳极面积比越大，电偶电流越大，腐蚀越快。

图片赏析

图3   铜覆盖层的表面形貌及截面形貌

Fig.3   Surface morphology (a) and cross-sectional morphology (b) of the copper coating

图4   不同间距的电偶试样的电偶电流随腐蚀时间的变化

Fig.4   Variations of galvanic current with corrosion time for coupled specimens with different spacings

图7   不同相对湿度下温度对传感器电偶电流的影响

Fig.7   Effect of temperature on galvanic current of sensor at different relative humidities

图8   不同温度下相对湿度对传感器腐蚀电流的影响

Fig.8   Effect of relative humidity on sensor corrosion current at different temperatures

本文引用格式：

李婷玉, 魏洁, 陈楠, 万晔, 董俊华. 用于大气环境的电化学传感器的腐蚀性能研究. 中国腐蚀与防护学报[J], 2024, 44(2): 365-371 DOI:10.11902/1005.4537.2023.174

LI Tingyu, WEI Jie, CHEN Nan, WAN Ye, DONG Junhua. Corrosion Performance of Electrochemical Sensors for Atmospheric Environments. Journal of Chinese Society for Corrosion and Protection[J], 2024, 44(2): 365-371 DOI:10.11902/1005.4537.2023.174

通讯作者1:魏洁，研究方向为混凝土结构中钢筋的腐蚀与防护

E-mail: jwei@imr.ac.cn

通讯作者2: 万晔，研究方向为材料腐蚀与防护

E-mail：ywan@sjzu.edu.cn

作者简介: 李婷玉，女，1998年生，硕士生