傅里叶变换运算在电化学阻抗谱测量方法中的应用

作为一种重要的电化学测试方法,电化学阻抗谱(EIS)在电化学研究领域具有广泛应用。经典离散频域EIS技术要求体系具备稳态条件,采用傅里叶变换(Fourier transform,FT)对非稳态体系进行时域EIS测量取得了较好的结果,该方法通过傅里叶变换对扰动信号的时域电极响应变换至频域。其优点包括在极短的时间内进行全频域阻抗测量并保持体系平衡性。在电池循环、腐蚀或其他电化学过程同时进行的原位测量技术中获得重要应用。介绍了傅里叶变换运算在电化学阻抗谱测量方法中的应用。

铁素体/马氏体不锈钢的电化学腐蚀行为研究

铁素体/马氏体不锈钢具有较好的机械强度、导热性与耐腐蚀性,被广泛用于反应堆结构材料,而材料腐蚀问题是影响反应堆寿命与安全运行的重要因素。本文利用电化学工作站测量了不锈钢在溶液中的开路电位、极化曲线及电化学阻抗谱,研究了不锈钢在不同条件下的电化学腐蚀行为,并采用数据拟合方法建立了铁素体/马氏体不锈钢的电化学腐蚀模型。试验结果表明:不锈钢浸入液体环境后表面电位升高,形成有减缓腐蚀作用的氧化膜;随着氯离子浓度升高,不锈钢表面腐蚀电位降低,钝化膜稳定性降低;氯离子浓度高于100 ppm时,不锈钢的阻抗明显减小,此时不锈钢表面发生了活跃的腐蚀行为。极化曲线测量结果表明,当温度高于60℃、不锈钢在外加电位时,不锈钢表面的钝化膜会在更低的电位下发生破坏,钝化膜稳定性较低。不锈钢腐蚀的主要原因为表面钝化膜在特定条件下的稳定性降低和阻抗减小。

达克罗涂层在海水中的腐蚀电化学阻抗谱行为

测量了达克罗涂层在海水中全浸不同时间的电化学阻抗谱(EIS),并用等效电路RO(RPC)(RDQ)进行解析。结果表明:腐蚀过程中试样的极化电阻RP、双电层电容C、扩散电阻RD均不断增大,且RD/RP也一直增大。达克罗涂层的腐蚀初期为金属Zn的溶解,随着腐蚀的进行,腐蚀产物在膜内的累积导致钝化膜的有效厚度增加,Zn粉的牺牲阳极作用受到了限制;腐蚀后期主要是机械的壁垒保护作用,直到扩散和溶解作用超过壁垒作用后,涂层以点蚀的形式发生破坏。

抗硫油井管在H_(2)S环境中的电化学腐蚀行为研究

采用极化曲线和电化学阻抗谱技术,研究了无外加应力下H_(2)S对110S抗硫油井管材腐蚀行为的影响。利用电化学渗氢技术,施加恒电流使氢向110S管材内部渗透,揭示了不同环境下的氢扩散特性。采用电化学噪声技术,结合扫描电镜(SEM)分析手段,研究了110S管材在95%AYS(实际屈服强度)加载力下,处于饱和H_(2)S的醋酸酸化NaCl溶液中的硫化物应力腐蚀(SSC)行为。结果表明:H_(2)S使极化电流增大,电荷转移电阻减小,降低了110S管材的耐蚀性能;恒电流充氢条件下,酸性溶液显著增加了氢的有效扩散系数和充氢侧次表面氢浓度;电位噪声峰具有快速下降和缓慢恢复的特征,裂纹萌生和扩展阶段暂态峰寿命增加,幅值增大;SSC裂纹萌生于阳极溶解产生的点蚀处,并不断扩展,直至断裂。

N80油套管钢CO_2腐蚀阴极过程电化学阻抗谱分析

利用电化学阻抗(EIS)技术研究了N80钢在不同介质条件下CO2腐蚀过程中可能存在的阴极反应及其反应速度.结果表明,N80钢在CO2腐蚀环境下存在H+和H2O以及H2CO3,HCO3-的还原反应,但在不同条件下各个还原反应的速度并不相同.在酸性的饱和CO2溶液中,H+的还原控制着阴极反应速度, HCO3-和H2CO3的还原反应速度较小;在中性的饱和CO2溶液中,阴极过程以HCO3-和H2CO3的还原为主,H+的还原反应速度比较微弱;在碱性的NaHCO3溶液通入CO2后,HCO3-的还原控制着阴极反应速度.在以上条件下, H2O的还原速度比较微弱,还不会对阴极交换电流产生影响.

Al-Zn-Sn-Ga阳极腐蚀过程的电化学阻抗谱

通过测定Al-Zn-Sn-Ga阳极在3.5%NaCl(质量分数)溶液中浸泡不同时间的电化学阻抗谱(EIS),研究该阳极的腐蚀发展过程和腐蚀特征。结果显示:当合金刚被浸入3.5%NaCl溶液时,EIS谱为反应电阻很大的容抗弧,表明此时合金处于钝化态;随着浸泡时间的延长,EIS谱中高频段的容抗弧明显减小且低频段出现感抗弧,合金进入点蚀期;继续延长浸泡时间,EIS谱中除高频段的容抗弧和中、低频段感抗弧外,在低频段出现另一容抗弧,合金处于点蚀扩展期;随着浸泡时间的继续增加,低频段感抗弧消失,EIS谱由两个容抗弧组成,合金达到均匀腐蚀期。因此,合金的腐蚀由钝化态开始,经点蚀期和点蚀扩展期,达到均匀腐蚀期。

碳钢在土壤中腐蚀的电化学阻抗谱特征

根据钢铁材料在不同湿度的沈阳、大港和鹰潭三种类型土壤介质中的电化学阻抗谱特征 ,提出了土壤腐蚀的等效电路模型 ;同时讨论了湿度对钢铁土壤腐蚀电化学行为的影响。

用电化学阻抗谱(EIS)研究环氧树脂涂层的防腐蚀性能

测试了环氧树脂/钢体系在3.5%NaCl溶液中的电化学阻抗谱,并结合激光拉曼光谱测量和扫描电镜观察,系统地研究了有机涂层/金属体系性能与失效过程。重点在于涂层内部腐蚀性介质的传输以及涂层/金属界面发生的变化。结果表明:浸泡初期阻抗减小,中期阻抗增大,后期阻抗又减小,这与界面处生成的腐蚀产物膜有关。随着涂层在电解质溶液中浸泡时间的延长,涂层中Cl-浓度增加,破坏了界面处的腐蚀产物膜。

环氧富锌/氯化橡胶涂层体系腐蚀过程的电化学阻抗谱

采用环氧富锌作为底漆、氯化橡胶作为面漆,研究了涂层体系腐蚀过程中电化学阻抗谱(EIS)的变化。结果表明,腐蚀初期环氧富锌/氯化橡胶涂层体系中底漆的厚度比例与涂层的防护性能无关;而在腐蚀中后期,随底漆厚度比例适当增大,涂层自修复能力增强,离子等腐蚀介质在涂层中的传输速度得到显著延缓,涂层吸水率和孔隙率明显降低,涂层防护性能出现短时间升高。当环氧富锌底漆为涂层总厚度的2/3左右时,涂层体系的防护性能最好,而仅有底漆或面漆的体系则不具备良好的防护性能。

304不锈钢晶间腐蚀过程中的电化学阻抗谱特征

用电化学阻抗谱(EIS)方法研究了固溶态、敏化态304不锈钢在0.5mol/L H2SO4+0.01mol/L KSCN溶液中的阻抗谱特征.研究表明,不锈钢在不同极化电位下的阻抗谱呈现活性溶解、活化-钝化、钝化及再活化的特征.达到再活化之前,固溶态和敏化态的不锈钢在0.5mol/L H2SO4+0.01mol/L KSCN溶液中呈现相同的EIS特征;而在再活化区,钝化膜局部溶解,EIS图有两个容抗弧,低频容抗弧延伸到第二象限,呈现负电阻特征,低频下敏化态比固溶态不锈钢阻抗模值小一个数量级.

7003铝合金应力腐蚀裂纹扩展的电化学阻抗谱分析

采用慢应变拉伸试验、扫描电镜(SEM)观察以及电化学阻抗谱分析,研究峰时效(PA)、双峰时效(DPA)、回归再时效(RRA)状态下的7003铝合金在3.5%Na Cl(质量分数)溶液中应力腐蚀裂纹扩展的特点。结果表明:应力腐蚀裂纹的过程分为两个阶段,即一次裂纹阶段与二次裂纹阶段,其中二次裂纹扩展阶段决定材料的应力腐蚀敏感性。裂纹扩展截面图及阻抗谱拟合结果显示:二次裂纹扩展速率vPA>vDPA>vRRA。断口形貌表明:峰时效状态二次裂纹沿晶倾向最为严重,双峰时效次之,回归再时效最轻微。结合应力-应变曲线分析:3种时效状态下的应力腐蚀敏感性为I_(SCC)(PA)>I_(SCC)(DPA)>I_(SCC)(RRA)。

含钪Al-Zn-Cu-Mg-Zr合金的腐蚀行为和电化学阻抗谱特征

通过晶间腐蚀、剥落腐蚀和极化曲线试验,结合电化学阻抗谱(EIS)测量,研究不同时效处理对含钪超高强Al-Zn-Cu-Mg-Zr合金的晶间腐蚀和剥落腐蚀敏感性的影响。研究结果表明:在自然时效状态下,合金腐蚀敏感性最大;人工时效处理的合金,其腐蚀敏感性随时效时间的延长而降低,相应时效态合金在EXCO溶液中恒电位极化曲线分析,也得出相同的结论。晶界析出相和晶界无沉淀析出带(PFZ)是影响合金腐蚀性能的主要因素。随着时效时间的延长,η′和S′相逐渐向平衡的η和S相转变,晶界析出相粗化并呈链状分布,PFZ变宽等均有助于降低合金的腐蚀敏感性。合金的电化学阻抗谱(EIS)演变对腐蚀类型的转变具有规律的反映,可以用来对合金的腐蚀性能进行快速、无损的检测。

X70钢在库尔勒土中腐蚀初期的电化学阻抗谱特征

通过电化学试验研究了X70钢在库尔勒原土（含水量1．28％）中腐蚀初期（1—7d）的电化学阻抗谱特征及其随时间的变化规律，确定了该体系的等效电路模型，并对阻抗谱进行了分析。结果表明，阻抗谱在高频段、中频段各有一容抗弧，低频段表现为有限扩散层厚度的扩散阻抗。随着腐蚀时间的增加，整个体系的阻抗明显减小，腐蚀产物与土粒结合层电阻、电荷转移电阻及扩散电阻也随之减小。

铜合金在海水中电化学阻抗谱特征研究

利用电化学阻抗谱(EIS)对紫铜和铜镍合金在静止、洁净海水中表面成膜的过程进行了监测,根据不同阶段的EIS特征建立不同等效电路模型进行拟合分析,获得了铜合金基体及其表面膜层对应的界面电化学信息参数,通过比较3种金属(B10,TUP,B30)表面膜层随时间变化的差异,探讨了合金成分对表面成膜过程的影响。结果表明,浸泡前期B10和TUP的耐蚀性较差,但随着海水中浸泡时间增加,三者的耐蚀能力逐渐接近。TUP的EIS显示了其表面内、外膜层信息,B10表面膜层的成长速度和稳定性均不如B30,反映出合金中镍含量的增多,增加了铜镍合金表面成膜产生钝化的效应。

不同腐蚀试验的电化学阻抗谱评价

采用电化学阻抗谱分析了环氧涂层的介质浸泡、ASTM-B117盐雾试验、PROHESION循环试验的性能变化。实验结果表明:介质浸泡更侧重考察涂层的屏蔽作用,对环氧-聚酰胺体系酸性电解质更容易导致涂层失效;而盐雾试验更容易导致涂层吸收水分,干湿交替增加了有机涂层吸水能力;划痕试验表明样板在ASTM-B117和PRO-HESION遵循不同的腐蚀机理。

流动腐蚀介质中双相不锈钢的电化学阻抗谱

测定了流动氯化物体系中双相不锈钢电极的电化学阻抗谱 ,发现在单相流中 ,当流速低于临界值时 ,阻抗谱为直径较大的容抗弧 ;一旦流速超过临界值 ,阻抗谱特征为 2个容抗弧 .流动介质中加入固体颗粒之后 ,阻抗谱在低流速下高频区为容抗弧 ,低频区为直线段 ,而高流速下低频区则出现实部收缩现象 .根据腐蚀电化学理论 ,提出了流动体系中双相不锈钢电极反应过程动力学模型 ,较好地解释了流动体系中双相不锈钢电极的电化学阻抗谱 。

基于FPGA的溶液电化学阻抗谱测量系统设计

电化学阻抗谱是土壤及其溶液的一项重要电化学参数。基于直接数字合成DDS(Direct Digital Synthesis)技术和现场可编程门阵列FPGA(Field-Programmable Gate Array)器件设计了一套测量精度较高的溶液电化学阻抗谱EIS(Electrochemical Impedance Spectroscopy)测量系统。基于FPGA+数模转换器D/A(Digital-to-Analogue Converter)形成DDS子系统,其功能是输出频率连续可调的正弦波信号;基于FPGA+模数转换器A/D(Analogue-to-Digital Converter)形成数字信号处理DSP(Digital Signal Processing)子系统,其功能是获取被测物的频率响应。将二个子系统结合,获取反映电化学阻抗谱的奈奎斯特图,由此进一步获得溶液的欧姆电阻、电荷传递电阻和电极溶液界面双电层电容等电化学参数。结果表明,DDS和FGPA等现代电子技术的应用,为电化学参数的高精度测量提供了有效途径。

炼厂循环水中16MnR腐蚀电化学阻抗谱

在确定循环水系统的主要腐蚀影响因素为Cl-浓度、循环水温度、pH和Ca2+浓度的基础上,采用电化学测试系统对16MnR进行电化学阻抗试验并采用等效电路Rs(CtRP)对阻抗谱进行拟合;采用正交试验设计方案并通过极差分析确定各个因素对16MnR腐蚀影响的大小。结果表明,16MnR在炼厂循环水中的电化学阻抗谱为单容抗弧,控制腐蚀过程的参数为电荷转移电阻RP,随着RP值增大阻抗增大腐蚀速率减小;氯离子浓度和循环水温度对16MnR腐蚀影响最大。

电化学阻抗谱技术在腐蚀防护中的应用现状

电化学阻抗谱(EIS)技术在腐蚀与防护领域的研究越来越受关注。综述了EIS的等效电路原理及其在金属腐蚀、涂层防腐、建筑腐蚀和微生物腐蚀等研究领域的应用现状,最后对EIS技术的发展趋势进行展望。

一种基于LabVIEW的电化学阻抗谱测量方法

利用电化学阻抗谱频率域的测量技术,在LabVIEW平台上设计了1个虚拟电化学阻抗谱测量仪。测量仪能够以扫频的方式产生所需的正弦波激励,并且动态的画出被测系统的伯德图以及电化学阻抗谱。可以得到每个频点下的幅值、相位,以及阻抗谱的实部和虚部的值,并用等效电路进行了实验验证。