一種基于電化學阻抗譜的金屬表面腐蝕粗糙度表征的方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及一種金屬表面腐蝕粗趟度表征的方法。特別是設及一種基于電化學阻 抗譜的金屬表面腐蝕粗趟度表征的方法。
【背景技術】
[0002] 在腐蝕電化學實驗中，對腐蝕后的試樣經(jīng)常需要通過掃描電鏡SEM觀察表面腐蝕 形貌，觀察有無穿孔，判斷粗趟度W表明腐蝕嚴重程度。
[0003] 目前利用Matl油圖像處理和圖像捕獲工具箱對沈M圖像處理來檢驗表面粗趟度 的技術已經(jīng)得到應用，但對于圖像質(zhì)量要求較高，表面無劃痕，無傾斜，凸起等；且掃描電鏡 SEM成本較高且耗時較長，對試樣表面要求較高（無污染、水分、磁性等），因此通過電化學 阻抗譜等效電路擬合得到1/Zew來表征腐蝕程度可W大大節(jié)省時間，不會對試樣本身造成 破壞；且1/ZepE表征的是整個工作面的粗趟度，與傳統(tǒng)針測法測得結(jié)果相比，更為準確。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術問題是，提供一種數(shù)據(jù)采集便利，耗時短，準確度高的基于 電化學阻抗譜的金屬表面腐蝕粗趟度表征的方法。
[0005] 本發(fā)明所采用的技術方案是：一種基于電化學阻抗譜的金屬表面腐蝕粗趟度表征 的方法，其特征在于，是采用=電極體系，測得試樣在不同條件下的電化學阻抗譜，電化學 阻抗譜用Zview軟件選擇相應的等效電路進行擬合，得到常相位角元件CPE的值Zew，同時 利用Mat 1油圖像處理和圖像捕獲工具箱對沈M圖像處理得到表面粗趟度值Ra，并將兩組數(shù) 據(jù)進行處理，得到兩組數(shù)據(jù)一致的變化趨勢。
[0006] 具體包括如下步驟：
[0007] 1)通過等效電路擬合電化學阻抗譜得到ZepE;同時利用現(xiàn)有的Matl油處理沈M圖 像技術得到表面粗趟度值Ra;
[000引 2)將ZcpE的值取倒數(shù)得到1/Z CPE;
[0009] 3)將數(shù)據(jù)1/ZepE和表面粗趟度值Ra作為原始數(shù)據(jù)分別進行歸一化處理，得到處理 后的兩組數(shù)據(jù)；
[0010] 4)將處理后的兩組數(shù)據(jù)作圖進行對比，得到兩組數(shù)據(jù)一致的變化趨勢。
[0011] 所述的歸一化處理的方法是：
[0012] (1)設原始數(shù)據(jù)為；Xi，X2, X3. . . . X。；
[001引 似對原始數(shù)據(jù)Xi，X2, X3. ... X。采用如下處理函數(shù)分別進行處理：
[0014] Y =狂-MinValue) / (MaxValue-MinValue)
[001引 X為原始數(shù)據(jù)，Y為歸一化處理后的數(shù)據(jù)，MaxValue為原始數(shù)據(jù)的最大值， MinValue為原始數(shù)據(jù)的最小值。
[0016] 本發(fā)明的一種基于電化學阻抗譜的金屬表面腐蝕粗趟度表征的方法，數(shù)據(jù)采集便 利，耗時短，準確度高。本發(fā)明克服了傳統(tǒng)方法對試樣表面要求高，大大節(jié)省時間，無須對試 樣進行處理，無須照SEM圖像。本發(fā)明可用于進行不同材料，不同陰極保護電位下試樣粗趟 度的比較。
【附圖說明】
[0017] 圖la是不同保護電位下空蝕比電化學阻抗譜；
[001引圖化是不同保護電位下空蝕化電化學阻抗譜；
[0019] 圖Ic是不同保護電位下空蝕化電化學阻抗譜；
[0020] 圖Id是不同保護電位下空蝕她電化學阻抗譜；
[002U 圖2a是OmV保護電位下電化學阻抗譜的等效電路擬合模型；
[002引 圖化是-800mV、-lOOOmV、-1200mV保護電位下電化學阻抗譜的等效電路擬合模 型；
[0023] 圖3a是OmV保護電位下材料表面腐蝕形貌SEM圖；
[0024] 圖3b是-800mV保護電位下材料表面腐蝕形貌沈M圖；
[0025] 圖3c是-lOOOmV保護電位下材料表面腐蝕形貌沈M圖；
[0026] 圖3d是-1200mV保護電位下材料表面腐蝕形貌沈M圖；
[0027] 圖4是實驗測得1/ZcpE與Matl油圖像處理結(jié)果Ra歸一化曲線圖。
【具體實施方式】
[002引下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明的一種基于電化學阻抗譜的金屬表面腐蝕粗趟 度表征的方法做出詳細說明。
[0029] 本發(fā)明的一種基于電化學阻抗譜的金屬表面腐蝕粗趟度表征的方法，更加具體的 說，是利用電化學阻抗譜等效電路擬合得到參數(shù)1/ZepE，與基于Matlab圖像處理測得電子 顯微鏡掃描圖像（SEM)表面粗趟度值Ra進行對比，兩者數(shù)據(jù)歸一化處理后，可W得到明顯 的相關性。
[0030] 本發(fā)明的一種基于電化學阻抗譜的金屬表面腐蝕粗趟度表征的方法所使用的電 化學實驗裝置包括試樣臺、=電極體系；試樣（工作電極）、參比電極（SCE電極）、輔助電極 (銷電極）W及PARSTAT2273電化學工作站。電化學測試裝置與試樣段相連接時，采用傳 統(tǒng)的=電極體系，工作電極為一般金屬材料（如碳鋼、不誘鋼等）試樣，一般呈正方形，且焊 接導線引出，除了工作面，其他面用環(huán)氧膠泥涂抹，一般厚度為0. 1-0. 3mm，工作面一般用 水砂紙依次打磨，去離子水清洗，酒精棉球擦凈，冷風吹干。輔助電極為銷電極，參比電極為 飽和甘隸電極（SCE);接通PARSTAT2273工作站，即可測定不同工況下的電化學阻抗譜。所 用掃描電子顯微鏡為一般教學、科研用顯微鏡，各試樣掃描圖像分辨率一致，Matlab版本為 R2013b〇
[0031] 本發(fā)明的一種基于電化學阻抗譜的金屬表面腐蝕粗趟度表征的方法，是采用=電 極體系，測得試樣在不同條件下的電化學阻抗譜，電化學阻抗譜用Zview軟件選擇相應的 等效電路進行擬合，得到常相位角元件C陽的值ZepE，同時利用Matlab圖像處理和圖像捕獲 工具箱對沈M圖像處理得到表面粗趟度值Ra，并將兩組數(shù)據(jù)進行處理，得到兩組數(shù)據(jù)一致 的變化趨勢。具體包括如下步驟：
[003引 1)通過等效電路擬合電化學阻抗譜得到Zew，例如：
[003引利用磁致伸縮空蝕實驗機對Q235鋼在3. 5%化Cl溶液中進行了空蝕實驗，并采用 掃描電鏡（56]\0觀察了不同陰極保護電位（0111￥、-800111￥、-1000111￥、-1200111￥)、不同時間（比、 2K化、她）空蝕后試樣的形貌。通過將不同保護電位下電化學阻抗譜（EI巧結(jié)果進行擬合 得到Zepc值隨時間變化的特點。
[0034] 同時利用現(xiàn)有的Matl油處理沈M圖像技術得到表面粗趟度值Ra，得到的不同保護 電位下材料表面腐蝕形貌沈M圖如圖3a、圖3b、圖3c、圖3d所示。
[003引。將Zepc的值取倒數(shù)得到1/Z CPC，如表1中所示。
[0036] 3)將數(shù)據(jù)1/ZepE和表面粗趟度值Ra作為原始數(shù)據(jù)分別進行歸一化處理，得到處理 后的兩組數(shù)據(jù)，參見表1 ;
[0037] 所述的歸一化處理的方法是：
[003引（1)設原始數(shù)據(jù)為；Xi，X2, X3. . . . X。；
[0039] (2)對原始數(shù)據(jù)Xi，X2, X3. ... X。采用如下處理函數(shù)分別進行處理：
[0040] Y =狂-MinValue) / (MaxValue-MinValue)
[004U X為原始數(shù)據(jù)，Y為歸一化處理后的數(shù)據(jù)，MaxValue為原始數(shù)據(jù)的最大值， MinValue為原始數(shù)據(jù)的最小值。
[0042] 4)將處理后的兩組數(shù)據(jù)作圖進行對比，得到兩組數(shù)據(jù)一致的變化趨勢，如圖4所 /J、- 〇
[00創(chuàng)表1實驗測得1化P為果與Matl油圖像處理結(jié)果Ra
[0044]
【主權項】
1. 一種基于電化學阻抗譜的金屬表面腐蝕粗糙度表征的方法，其特征在于，是采用三 電極體系，測得試樣在不同條件下的電化學阻抗譜，電化學阻抗譜用Zview軟件選擇相應 的等效電路進行擬合，得到常相位角元件CPE的值Z cpe，同時利用Matlab圖像處理和圖像捕 獲工具箱對SEM圖像處理得到表面粗糙度值Ra，并將兩組數(shù)據(jù)進行處理，得到兩組數(shù)據(jù)一 致的變化趨勢。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于電化學阻抗譜的金屬表面腐蝕粗糙度表征的方法， 其特征在于，具體包括如下步驟： 1) 通過等效電路擬合電化學阻抗譜得到Zcpe;同時利用現(xiàn)有的Matlab處理SEM圖像技 術得到表面粗糙度值Ra ; 2) 將值取倒數(shù)得到1/Z ePE; 3) 將數(shù)據(jù)1/Z"^P表面粗糙度值Ra作為原始數(shù)據(jù)分別進行歸一化處理，得到處理后的 兩組數(shù)據(jù)； 4) 將處理后的兩組數(shù)據(jù)作圖進行對比，得到兩組數(shù)據(jù)一致的變化趨勢。
3. 根據(jù)權利要求2所述的一種基于電化學阻抗譜的金屬表面腐蝕粗糙度表征的方法， 其特征在于，所述的歸一化處理的方法是： (1) 設原始數(shù)據(jù)為A1，X2, X3.…Xn; (2) 對原始數(shù)據(jù)X1, X2, X3. ... Xn采用如下處理函數(shù)分別進行處理： Y = (X-MinValue)/(MaxValue-MinValue) X為原始數(shù)據(jù)，Y為歸一化處理后的數(shù)據(jù)，MaxValue為原始數(shù)據(jù)的最大值，MinValue為 原始數(shù)據(jù)的最小值。
【專利摘要】一種基于電化學阻抗譜的金屬表面腐蝕粗糙度表征的方法，其特征在于，是采用三電極體系，測得試樣在不同條件下的電化學阻抗譜，電化學阻抗譜用Zview軟件選擇相應的等效電路進行擬合，得到常相位角元件CPE的值ZCPE，同時利用Matlab圖像處理和圖像捕獲工具箱對SEM圖像處理得到表面粗糙度值Ra，并將兩組數(shù)據(jù)進行處理，得到兩組數(shù)據(jù)一致的變化趨勢。本發(fā)明數(shù)據(jù)采集便利，耗時短，準確度高。本發(fā)明克服了傳統(tǒng)方法對試樣表面要求高，大大節(jié)省時間，無須對試樣進行處理，無須照SEM圖像。本發(fā)明可用于進行不同材料，不同陰極保護電位下試樣粗糙度的比較。
【IPC分類】G01B7-34
【公開號】CN104567657
【申請?zhí)枴緾N201410816473
【發(fā)明人】高志明, 王昌業(yè), 修妍, 劉永長, 馬宗青
【申請人】天津大學
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年12月23日