大气腐蚀检测

大气腐蚀检测是评估材料或结构在自然大气环境中受气体、湿度、污染物等因素作用而发生腐蚀的过程，对于航空航天、建筑、交通、化工等领域的材料防护和寿命预测至关重要。

以下从腐蚀机理、检测方法、评价指标及防护策略等方面展开介绍：

检测项目

腐蚀速率测定：单位面积质量损失（g/m²·a）、平均厚度减薄量（mm/a）

点蚀深度分析：最大点蚀深度（μm）、点蚀密度（个/cm²）

锈层成分表征：FeOOH/Fe3O4相含量比、Cl⁻/SO₄²⁻离子浓度（ppm）

电化学参数测试：极化电阻（kΩ·cm²）、自腐蚀电位（mV vs.SCE）

环境因素监测：相对湿度波动范围（%RH）、盐雾沉降量（mg/dm²·d）

检测范围

黑色金属：碳钢、铸铁、低合金钢及其焊接接头

有色金属：铝合金（5xxx/6xxx系）、铜合金（黄铜/青铜）、镁合金

防护涂层：环氧富锌底漆、聚氨酯面漆、达克罗涂层体系

金属镀层：热浸镀锌层（40-80μm）、电镀镍层（5-15μm）

工程塑料：玻纤增强尼龙（PA66+GF30）、聚碳酸酯（PC）及其复合材料

检测方法

（一）现场暴露检测（原位监测）通过将试样直接暴露于目标大气环境中，观察腐蚀形貌并测量腐蚀速率，是最直接的检测手段。

1.全浸暴露试验方法：将金属试样置于特定大气环境（如工业大气、海洋大气、农村大气）中，定期取出检测质量损失、腐蚀产物成分及表面形貌。

腐蚀产物分析：X 射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）+ 能谱分析（EDS）确定腐蚀产物成分与结构。

特点：真实反映实际腐蚀情况，但周期长（数月至数年），适用于长期耐蚀性评估。

2.盐雾腐蚀试验（人工模拟）原理：模拟海洋或工业大气环境，通过喷雾装置向试验箱内喷洒含 NaCl 的盐雾（浓度 5%±0.5%，pH 6.5-7.2），加速腐蚀过程。

标准：GB/T 10125、ISO 9227、ASTM B117 等。

应用：评估金属镀层、涂层的耐蚀性（如汽车零部件、船舶钢材）。

检测指标：腐蚀面积百分比、点蚀深度、锈迹等级。

（二）在线监测技术（实时检测）利用传感器或电化学方法实时监测腐蚀过程，适用于动态环境或关键设施（如桥梁、化工管道）。

1.电化学阻抗谱（EIS）原理：向腐蚀体系施加小幅正弦交流信号，测量阻抗随频率的变化，通过等效电路拟合分析腐蚀反应动力学参数（如电荷转移电阻、扩散层电容）。

应用：监测金属在薄液膜下的早期腐蚀行为（如大气湿度变化对腐蚀速率的影响）。

设备：电化学工作站（如 Autolab、CHI 系列）。

2.线性极化电阻法（LPR）原理：在腐蚀电位附近施加小幅度极化电压，测量极化电阻，根据 Stern-Geary 公式计算腐蚀电流密度。

特点：快速检测腐蚀速率（响应时间分钟级），适用于现场实时监测。

3.光纤传感器监测原理：利用光纤光栅或分布式光纤感知材料表面应变或温度变化，间接反映腐蚀引起的结构损伤（如腐蚀膨胀导致的应力集中）。

优势：抗电磁干扰，适用于恶劣环境（如高压输电塔、石油平台）。

（三）腐蚀产物与环境污染物分析

1.污染物采样与分析大气污染物：采集空气中的 SO₂、Cl⁻、NOₓ等气体或颗粒物，采用离子色谱（IC）、紫外分光光度法（如甲醛吸收法测 SO₂）等定量。

表面沉积物：用棉签擦拭或溶液洗脱材料表面污染物，分析离子成分（如 Cl⁻、SO₄²⁻）及含量，判断腐蚀诱因（如海洋大气中的盐雾、工业大气中的酸雨）。

2.腐蚀产物表征形貌分析：光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）观察腐蚀坑、裂纹形态。成分分析：能量色散 X 射线光谱（EDS）、X 射线光电子能谱（XPS）确定腐蚀产物元素组成及化学态（如 Fe³+、Fe²+ 比例）。

三、大气腐蚀评价指标腐蚀速率金属材料：单位时间内的质量损失或厚度减薄（mm/a 或 μm/a）。

有机涂层：划格法（ISO 2409）评估涂层破损后的腐蚀扩展速率。

腐蚀类型等级点蚀：测量最大点蚀深度，参考 ASTM G46 标准评级。

均匀腐蚀：根据表面锈迹覆盖面积分级（如 ISO 4628 标准）。

环境腐蚀性分类根据 ISO 12944-2 标准，大气环境按腐蚀性分为 C1（很低）至 C5-I（很高，工业环境）、C5-M（很高，海洋环境）。

检测设备

盐雾试验箱：Q-FOG CCT1100型，具备干湿交替循环功能（温度范围15-60℃）

电化学工作站：Gamry Reference 600+，支持10μA-2A电流量程

三维表面轮廓仪：Bruker ContourGT-X8，垂直分辨率0.1nm

环境监测系统：Vaisala WXT530，可同步记录温湿度/风速/降水数据

扫描电子显微镜：JEOL JSM-IT800，配备EDS能谱仪（分辨率3.0nm）