腐蝕監測技術（簡體書）

作者：（美國）楊列太（Leitai Yang） 譯者：路民旭 辛慶生

《腐蝕監測技術》適合于從事現場腐蝕監測、腐蝕科研和教學的科學技術人員使用，還可以作為腐蝕與防護專業的教材或參考書。

《腐蝕監測技術》中文版即將出版，在此我向所有對此書做出貢獻的朋友表示感謝。從這本書的英文版的面世到中文版的出版，有很多有趣的事情值得回味。
1999年，我從加拿大核能研究中心（Center for Nuclear Energy Research）來到美國西南研究院（Southwest Research Institute，SwRI）工作，擔任腐蝕監測部的高級研發工程師。在這里，我學到了更多的關于腐蝕監測方面的知識。2005年4月，英國Woodhead出版公司的責任編輯Rob Sitton先生找到我，說他想出版一本關于腐蝕監測方面的書。同時他和劍橋大學的Harry Bhadeshia討論了新書的名字，認為“Techniques for corrosion monitoring”（腐蝕監測技術）是個好名字。我在腐蝕監測領域工作了多年，對腐蝕監測有所了解，所以他邀請我來做這本書的主編。我很高興地接受了邀請。寫一本關于腐蝕監測的書是我多年來的心愿，只是苦于一直沒有騰出時間來做。
腐蝕監測囊括了一系列專業體系，其中有些概念，例如超聲波監測和遙感監測超出了我的專業范疇。因此，和一些相關領域的專家協同工作，對于寫一本讓人容易理解的腐蝕監測方面的參考書是一個非常好的方法。在美國西南研究院的支持下，2005年6月簽訂了協議后，我馬上開始聯系國際權威人士，一起起草目錄，并且針對每一章節尋找潛在的作者。在這些作者和出版人的支持下，書的內容在2005年秋最終確定。2006年末，我們收到并審閱了來自各章節作者的初稿。2007年5月，所有稿件的整理都已經完成，并于2008年2月出版。
自圖書出版后，來自權威人士的鼓勵和各方面的祝賀不計其數，其中有我的新老同事、工程師。許多新加入腐蝕監測領域的技術人員和在校學生對此書表示了極大的興趣。2009年2月，這本書被選入2008年度“最古怪書名獎”——Diagram獎的候選書目。很多媒體，如《紐約時報》，報道了入選的書目。借此我得到了關于這本書更廣泛的反饋和評價。世界范圍的選眾們認為這本書的名字——Techniques for corrosion monitoring（腐蝕監測技術）很生僻。這說明腐蝕監測領域的知識還不為大眾所了解，因此專業人士進一步加強腐蝕領域的知識的傳播是十分重要的和必要的。這本書的中文版出版的目的之一就是希望讓大家了解，這并不是本小眾化圖書，而是一本關于對在很多國家造成2%～5%GDP損失的腐蝕進行控制的實用性技術圖書。
我首先要感謝我的老師，特別是我本科時的母校——東北大學的魏緒鈞教授，還有我研究生時的母校——長沙礦冶研究院的導師周忠華博士和姚吉升教授，他們在電化學方面對我的培訓指導，為我在腐蝕監測領域工作打下了深厚的基礎。
同時，要感謝我在加拿大讀博士的導師David Morris博士，他激發了我在腐蝕監測方面的興趣，還要感謝西南研究院對我在準備和復審書稿時給予的支持。
最后，我要誠摯地感謝Rob Sitton先生及其在Woodhead出版公司的編輯們和來自世界各地的作者們對這本書做出的貢獻,他們使這本書的問世成為可能。感謝翻譯團隊，特別是路民旭先生和辛慶生先生，以及化學工業出版社為這本書的出版而付出辛勤工作的編輯們。
楊列太（Lietai Yang）
譯者的話
腐蝕監測技術是工業腐蝕控制中的重要手段之一，屬于涉及多個學科和技術門類的交叉領域。國際上腐蝕監測技術和方法種類繁多、各具特點，國內腐蝕相關的科研工作者和工程技術人員尚缺乏一部涵蓋國際腐蝕監測前沿技術的著作。《腐蝕監測技術》正是這樣一部系統介紹各類腐蝕監測方法和技術原理與應用的高水平作品。
《腐蝕監測技術》英文原著主編為曾長期在美國西南研究院（Southwest Research Institute）任職的腐蝕監測專家楊列太博士（Dr．Lietai Yang），他組織來自9個國家30位腐蝕監測專家共同撰稿。該書于2008年由Woodhead Publishing公司出版,全面系統地闡述腐蝕監測理論、各種監測技術及其最新進展，涉及20多個工業領域，案例分析超過100個。全書分為四個部分。第一部分為電化學腐蝕監測技術，包括電化學極化技術、電化學噪聲法、流電傳感技術、微流電池技術、腐蝕熱力學及電位法、多電極系統，等等；第二部分為其他物理或化學的腐蝕監測方法，包括重量分析法、放射性同位素示蹤法、電阻法、氫通量法、旋轉籠及噴射沖擊技術，等等；第三部分為特殊環境下的腐蝕監測技術，包括微生物環境、混凝土、土壤、涂層、陰極保護以及腐蝕預測模型，等等；第四部分為應用及案例分析，討論腐蝕監測技術在各類環境中的應用，包括發動機排放系統、冷卻水系統、造紙工業、管道和化工設備、陰極保護和保護油膜，等等。
楊列太博士極為關注國內腐蝕監測技術的發展和人才培養，自2006年多次回國進行學術交流。2009年我們有幸在美國獲得楊博士親自贈送的原著，回國后與國內腐蝕領域的許多專家交流，認為應該將原著翻譯成漢語，以滿足國內對腐蝕監測技術不斷增長的知識需求。這讓我們下決心組織好本書的翻譯，并促成在國內正式出版。
要感謝宋詩哲、韓恩厚、李勁、鐘慶東等國內著名腐蝕專家參與翻譯，使本書的翻譯質量得以保證，更好地讓廣大國內讀者全面了解國際腐蝕監測諸多前沿技術和應用。感謝化學工業出版社潘正安總編輯的支持；感謝出版社的編輯人員，他們為本書的翻譯出版做了大量細致的工作。
由于水平和時間所限，書中難免會有疏漏之處，歡迎各位讀者提出寶貴意見和建議。
路民旭 辛慶生

1 概述
1.1腐蝕的定義
1.2腐蝕損失
1.3腐蝕監測及其在腐蝕防護與控制中的重要性
1.4本書的組織結構
1.5參考文獻
2腐蝕基礎知識和性能表征技術
2.1腐蝕的分類
2.2全面腐蝕
2.3鈍化和局部腐蝕
2.3.1電偶腐蝕
2.3.2點蝕
2.3.3縫隙腐蝕
2.3.4成分選擇腐蝕（脫合金）
2.3.5晶間腐蝕
2.4微生物腐蝕
2.5流動促進腐蝕和磨損腐蝕
2.6應力腐蝕破裂
2.7腐蝕疲勞
2.8氫脆
2.9表征技術
2.9.1表面分析技術
2.9.2腐蝕產物表征手段
2.10參考文獻
第一篇腐蝕監測的電化學技術
3電化學極化技術
3.1引言
3.2腐蝕的電化學本質
3.3能量—電位—電流的關系
3.3.1能量
3.3.2電位
3.3.3電流
3.4電化學極化技術測定腐蝕速度
3.4.1極化電阻法
3.4.2Tafel外推法
3.4.3循環動電位極化法
3.4.4循環電流階梯極化法
3.4.5恒電位極化法
3.4.6電偶腐蝕速率
3.5腐蝕電流Icorr與腐蝕速度的轉化
3.6實驗室電極化方法測定腐蝕速度
3.6.1工作電極
3.6.2輔助電極
3.6.3參比電極
3.6.4電解液
3.6.5恒電位儀
3.7極化法現場測定腐蝕速度
3.8極化法測定腐蝕速度的局限性
3.8.1溶液電阻
3.8.2掃描速度
3.8.3電極搭橋
3.8.4氧化還原反應的存在
3.8.5腐蝕電位的變化
3.8.6擴散控制的情況
3.8.7僅適用于均勻腐蝕
3.9極化法在工業中的應用
3.10發展趨勢
3.11補充資料
3.12參考文獻
4電化學噪聲法
4.1引言
4.1.1什么是電化學噪聲？
4.1.2電化學噪聲測量的歷史
4.2電化學噪聲的測量
4.2.1電化學電位噪聲
4.2.2電化學電流噪聲
4.2.3電位和電流噪聲同時測量
4.2.4儀器要求
4.3可替代的電化學噪聲方法
4.3.1非對稱電極法
4.3.2切換法
4.3.3噪聲與阻抗聯合測定
4.3.4電化學噪聲設備的測試
4.4電化學噪聲的解釋
4.4.1引言
4.4.2時間記錄的直接檢查
4.4.3統計法
4.4.4波譜法
4.4.5小波分析方法
4.4.6混沌法
4.4.7神經網絡法
4.5電化學噪聲法和極化電阻法在計算腐蝕速度方面的比較
4.5.1噪聲電阻的優勢
4.5.2電化學噪聲法辨別腐蝕類型
4.6實際應用
4.7諧波失真分析
4.8電化學頻率調制
4.9參考文獻
5零電阻電流計和流電傳感器
5.1引言
5.2伽伐尼電流
5.3零電阻電流計測量電路
5.4應用
5.4.1大氣
5.4.2冷卻水
5.4.3土壤
5.4.4縫隙
5.4.5混凝土
5.5發展趨勢
5.6參考文獻
6微流電池技術
6.1引言
6.2微流電池方法的原理
6.2.1微流電池方法所解決的問題
6.2.2物理模型
6.2.3獲取局部腐蝕速率的微流電池方法
6.2.4技術的驗證
6.2.5基于微流電池方法的局部腐蝕監測儀的現場應用
6.3數據解釋和應用
6.3.1碳鋼腐蝕有效控制的一般問題
6.3.2緩蝕劑作用原理
6.3.3冷卻水處理時的性能問題
6.3.4改善冷卻水處理性能的集成解決方案
6.3.5解釋局部腐蝕監測儀讀數應考慮的因素
6.4應用
6.5發展趨勢及補充資料
6.6參考文獻
7腐蝕熱力學及電位法測定局部腐蝕
7.1引言
7.2腐蝕熱力學
7.2.1化學勢與電化學勢
7.2.2電極電勢
7.2.3吉布斯自由能
7.2.4非標準狀態下的電極電勢
7.2.5腐蝕電位與混合電位理論
7.3合金的電位序
7.4電位法測定局部腐蝕
7.4.1鈍態
7.4.2局部腐蝕敏感性指標
7.4.3局部腐蝕敏感性指標的測定
7.5總結
7.6參考文獻
8多電極系統
8.1引言
8.2早期多電極系統
……
第二篇腐蝕監測的其他物理化學方法
第三篇特殊環境下的腐蝕監測及其他
第四篇應用及研究

4.3.1 非對稱電極法
一類方法使用非對稱電極。無論是通過必要的（例如研究應力腐蝕開裂時，對加載電極測試時）、偶然的（當研究涂層樣品時，會出現必然的樣品某種程度上的變化）或設計的。
Bautista等報道了非對稱電極產生的電化學噪聲的理論分析。這一分析的關鍵結論是不可能測定工作電極所有的性質（每個電極的阻抗和電流噪聲），因為有四個未知項而只有兩個可測參數。這一問題的解決是通過安排一個電極的性質為已知，所以另一個電極的性質可測。然而，以上問題還是不能完全解決，因為測定“未知”電極的兩個性質是很困難的。這樣對這一方法進行改變，利用工作電極與一通常用于感應電流噪聲的低噪聲電極進行偶合，實際上感應電極被工作電極的電位噪聲極化，響應電流提供了測感應電極阻抗的方法，但不能測工作電極的阻抗。
Benish等采用名義上的相同的工作電極組，但使用改進的ZRA，它們之間仍有電位差。這可能是為了保證所有的陽極瞬態由一個電極上發出，以簡化相應分析的一種方法。這一方法可能達到這一目的，但是更有潛在優勢是更正的電極上促進孑L蝕的趨勢，這樣對可能的問題提供早期預報。
另一方法是Chen和Bogaerts等故意利用非對稱電極的方法，這一方法用單一工作電極與Pt“微陰極”偶合，測定偶合電極對相對于傳統參比電極的電位。系統的分析表明可用這一結構對阻抗和電流噪聲都進行測量，但是分析缺陷的問題已經出現，這種結構并不被推薦使用。
Klassen和Roberge用同樣的方法，用石墨電極和鎳鋁青銅電極偶合。這一工作利用啟發式的分析估計極化電阻；基于Bautista等的工作，希望大部分的電流噪聲將在金屬電極上產生，所以電位噪聲與未偶合的金屬電極類似，但是因與石墨電偶連接而改變，而電流噪聲是因電位噪聲作用于石墨電極阻抗上的結果。這樣測量的極化電阻是石墨電極的，偶合石墨的網的結果只是破壞了電位的測量，并沒有提供于金屬腐蝕相關聯的信息。
4.3.2 切換法
與方便的三電極方法相伴的問題是需要假設兩個工作電極類似。許多的工作者已經嘗試在電流和電位測量設置時進行切換，近似同時對電流和電位噪聲進行測量。這類嘗試通常由于把腐蝕的金屬電極處理成純電阻不考慮電容性和擴散影響而存在缺陷的。這樣起初的嘗試是快速地在電位和電流控制間轉換，在這一設計中，電流測量部分，一定要在工作電極上加載控制的電位，有效地限制電位的波動。隨后的嘗試已經認識到這一問題并使切換的速度慢下來（數量級是每分鐘一個循環或更長時間）。后來的案例中測試是有效的（允許測量中在切換后提供充分的穩定時間）。但是系統的穩定性又是一個問題，特別是在系統連接時存在明顯變化的情況下。