腐蚀监测被认为是实现现代工业文明生产的重要手段。腐蚀监测技术是由实验室腐蚀试验方法和设备的无损检测技术发展而来的， 其目的在于揭示腐蚀过程以及了解腐蚀控制的应用情况和控制效果。

    传统的腐蚀监测主要是在停车检修期间安装和取出挂片进行检测达到监测目的， 检测方法如失重法。失重试验是最古老的腐蚀试验方法。它通过称取试验片暴露在测试环境前后重量的变化来计算金属表面的平均失重量。它的优点是可以提供如：腐蚀率、腐蚀类型、腐蚀产物的情况以及焊接腐蚀和应力腐蚀等较多的信息， 但缺点是需破坏材料的结构，试验时间长， 而且得到的结果往往是整个试验周期中产生腐蚀的总和， 不适于现场使用。因此长期以来失重法只用于实验室或者暴露场的暴露试验。

    现代的腐蚀监测实践经验大部分来自化学、石油化学、炼油、动力等工业， 在这些工业中， 腐蚀行为可以通过各种方法监测如超声波法、声发射法、电位法、电阻法、线性极化法、电偶法、电位监测法、射线技术及各种探针技术。近年来出现的新的监测技术有交流阻抗技术、恒电量技术、电化学噪声技术和超声波测量技术等。

    电化学测试方法是一种比较好的无损检测方法。当0.1μA/cm2 的自然腐蚀电流流经1 h而生成的锈蚀产物约为1.04 ×104 mg/cm2 [ 1] .如果用失重法， 即使不考虑除锈技术上的困难， 测量出这样小的重量变化也很困难。而用电化学方法却很容易， 它的主要优点是， 能够快速响应， 所得信息常常能与实验室中的背景研究直接联系， 更有可能利用探测器来判断生产装置的腐蚀行为， 增加了诊断的可靠性， 有助于选择补救措施或控制系统。

    本文重点讨论了电化学方法， 主要有：电阻法（ER）， 电化学噪声技术（ECN）， 交流阻抗技术（EIS）， 线形极化法（LPR）和恒电量技术。

    1 电化学方法的腐蚀监测技术

    1.1 电阻法（ER）

    顾名思义， 电阻法是利用金属在腐蚀过程中截面减小，电阻增加， 通过电阻变化来测定腐蚀率的。因此测出腐蚀过程中的电阻变化即可求出腐蚀速度。它不受腐蚀介质限制，在气相、液相、导电或不导电的介质中均可应用。测量时不必把试样取出， 也不必清除腐蚀产物， 因此可在生产过程中直接、连续的监测， 具有灵敏、快速的优点。

    电阻法的缺点是试样加工要求严格， 因为灵敏度和试样的横截面有关。试样越细越薄则灵敏度越高， 如果腐蚀产物是导电体（如硫化物）则会造成测试结果误差较大。如果介质的电阻率过低也会带来一定的误差， 对于低腐蚀速度体系的测量所需时间较长。而且不能测定局部腐蚀特征， 若用于非均匀腐蚀场合， 也有较大误差， 所测腐蚀速度随不均匀程度的加重而偏离 .文献[给出了基本的电桥法原理图，其要点在于当电桥平衡时， 由于温度补偿试样R补与被测试样RX材料相同， 因此温度对两者的影响是同步的， 这样，RX/R补的变化纯粹是因腐蚀引起的电阻值的变化。

    国内已有的电阻法腐蚀速度测试仪是兰州炼油厂仪表分厂生产的DFJ-2型腐蚀测定记录仪， 可以测出水处理不同阶段（如预膜、换水、运转等阶段）的腐蚀。还可以测定水处理中特定条件下（如带锈预膜）的腐蚀.陈素晶 针对铝合金腐蚀平均速率与瞬时速率的差异， 利用电阻法测量了7075铝合金电阻随时间的变化， 获得了对应的腐蚀速率与时间的关系；何建平利用该方法考察了铝合金构件的剥离腐蚀问题， 认为剥离腐蚀主要影响铝合金构件的尺寸， 如果将这种影响用电阻值的变化来表示， 则由电阻值的变化可以转化为铝合金腐蚀速率的实时变化， 提出了一种新的评估航空铝合金剥蚀性能的电阻法 .

    吴建华等利用该原理监测混凝土的腐蚀。方法是：在混凝土中埋入与钢筋同材质的电阻探针， 利用探针的电阻与其截面积呈反比的关系， 通过平衡电桥测量探针的电阻， 电阻的变化可以变换成腐蚀的深度。文献中绘出了其测量原理图。电阻法已经成为在线腐蚀监测系统的主要监测手段， 但其固有的缺点即只能测定一段时间内的累计腐蚀量， 而不能测定瞬时腐蚀速度和局部腐蚀制约了其进一步的发展 .

    1.2电化学噪声（ECN）

    电化学噪声技术是指腐蚀着的电极表面所出现的一种电位或电流随机自发波动的现象, 这种波动称为电化学噪音。分析这些噪音谱不仅能给出腐蚀的过程， 而且还可给出腐蚀的特点， 如点蚀特征。它包括电化学电位噪声（EPN）以及电化学电流噪声（ECN）， 反映了由于腐蚀发生引起腐蚀电位或电偶电流的微幅波动。由于ECN测量方法简单， 对仪器要求不高， 近10年来已逐渐成为腐蚀研究的重要手段之一，并开始应用于工业现场腐蚀监测， 如不锈钢、碳钢、铝合金、黄铜等的孔蚀、缝隙腐蚀、微生物腐蚀、涂层下腐蚀以及SCC过程中的ECN特征等。

    ECN测试装置一般由两个同材质工作电极（WE1,WE2）及一个参比电极（RE）构成， 其中WE2接地， WE1 连接运放（OP）反相端， 组成零阻电流计（ZRA）。电流与电位信号经A/D转换后由计算机采集， 装置原理图见参考文献.ChenJF用一根细铂丝取代常规ECN测量系统中的WE1, 建立了电化学发射谱（EES）， 由于Pt不会腐蚀， 因此所有ECN均来自同一工作电极， 可以避免因两个工作电极同时产生ECN时的相互干扰， 简化了噪声谱的辨识.

    ECN测试的优点是具有测量装置简单、不需要外来扰动， 对被测体系没有干扰， 可以采用数学方法进行分析， 反映材料腐蚀真实状况。但由于金属腐蚀过程中其本身的电学状态随机波动， 其化学信号和腐蚀金属电极之间的关系迄今为止仍未建立完整的测试体系， 因此不利于对金属腐蚀的监护和研究 .浙江大学的曹发和、张昭等人鉴于此， 利用面向对象的VisionC++语言， 采用蝶形傅立叶算法开发了电化学噪声分析软件ENAN.软件， ENAN可以分析实验室现有电化学工作站（CHI660A, IM6E, powerlab）所采集的电化学噪声， 得到功率密度谱（SPD）， 线性最小二乘法， 计算出相应的特征参数及由此计算出孔蚀判据SE和SG.实验验证 .

    1.3 交流阻抗技术（EIS）

    最初测量电化学电阻采用交流电桥和李沙育方法等， 这些方法既费时间又较繁琐， 干扰影响也大。随着电子技术的发展， 锁相技术和相关技术的仪器（如频率响应分析仪、锁相放大器等）被用于交流阻抗测试， 它们的灵敏度高， 测试方便， 而且容易应用扫频信号实现频域阻抗图的自动测量。后来可以利用时频变换技术从暂态响应曲线得到电极系统的阻抗频谱， 从而实现了在线测量， 追踪电极表面状态的变化 .1972 年， E.pelboin首次提出了应用交流阻抗技术测量金属腐蚀的方法Yin和Kelsall等人通过对惰性电极的阻抗-时间图的分析， 得到了惰性电极表面的腐蚀行为和腐蚀机理， 并以此为依据建立了惰性电极腐蚀的数学模型 .

    Passiniemi和Vakipaeta利用交流阻抗法测试了聚苯胺的性质， 研究了它的缓蚀机理和缓蚀效果 .交流阻抗方法是一种暂态电化学技术， 属于交流信号测量的范畴， 具有测量速度快， 对研究对象表面状态干扰小的特点， 它用小幅度交流信号扰动电解池， 并观察体系在稳态时对扰动的跟随的情况， 同时测量电极的交流阻抗（交流阻抗谱）， 进而计算电极的电化学参数， 特别适用于高阻抗土壤环境和对金属腐蚀体系的测量。

    在金属腐蚀行为的研究工作中， 交流阻抗实验方法应用比较多。主要用来研究金属材料在各种环境中的耐蚀性能和腐蚀机理。如芮玉兰通过交流阻抗谱法研究了中性自来水介质中钼酸钠、苯并三氮唑可能的缓蚀机理以及其最佳浓度组合, 范国义等探讨了交流阻抗法研究凝汽器黄铜管在循环冷却水系统中的腐蚀问题， 结果表明， 交流阻抗法可以有效地评定黄铜管的耐腐蚀性能， 为现场腐蚀监测， 进而指导生产提供了有益信息;R.P.VeraCruz等应用交流阻抗法对不锈钢在干湿交替环境下的腐蚀进行了研究， 发现交流阻抗法监测金属腐蚀过程可以不受电极表面电流分布不均匀的影响， 而且交流阻抗谱可以清楚地反映出钝化、孔蚀和再钝化过程， 甚至可以探测到孔蚀的产生和成长.

    1.4 线性极化法（LPR）

    极化阻抗或称线性极化技术， 是工厂监测中测量腐蚀速度时广泛使用的技术之一。此种技术的测量简单迅速， 可以对腐蚀速度进行有效的瞬时测量 .Stern和他的同事在1957年提出了线性极化的重要概念， 虽然线性极化技术有着一定的局限性， 但在实验室和现场快速测定腐蚀速度时还是一种简单可行的方法。腐蚀工作者在随后的十余年中又做了许多工作， 完善和发展了极化电阻技术。

    当电流通过电极时引起电极电位移动的现象称为电极的极化。阳极的电极电位从原来的正电位向升高方向变化，阴极的电极电位从原来的负电位向减小方向变化。变化结果使腐蚀原电池两极之间的电位差（电动势）减小， 腐蚀电流亦相应减小。电极极化作用对氧化反应与还原反应或对腐蚀电流的阻碍力与电阻具有相同量纲， 称之为极化阻抗， 其值越大， 腐蚀电流越小。根据给腐蚀系统输入的电流脉冲ΔI是否稳定， 极化法又可分为直流极化和交流极化法。

    在研究混凝土中钢筋腐蚀速率的电化学方法中， 线性极化法是最简单的一种。此法主要基于SternGeary公式， 对被测钢筋外加一恒定电位， 保证扰动信号足够小使电压与电流之间满足线性关系.线性极化法在快速测定金属瞬时腐蚀速度方面独具优点， 现已成功的用于工业腐蚀监控如氨厂脱碳系统的腐蚀监控、酸洗槽中缓蚀剂的自动监测与调整等。但它不适于在导电性差的介质中应用， 当设备表面有一层致密的氧化膜或钝化膜， 甚至堆积有腐蚀产物时， 将产生假电容， 而引起很大的误差， 甚至无法测量。

    1.5恒电量技术

    早在1961年就有Barher的论文介绍恒电量测量技术， 但直到1978年才由Kanno、Suguki、Sato等人将恒电量瞬态技术真正引入到腐蚀科学领域 .恒电量测量方法是一种暂态测量技术， 是将已知的小量电荷施加到金属电极上， 根据金属体系在恒电量激励下的张弛过程， 建立恒电量微扰下的物理模型并加以分析， 解析获得多个电化学参数。

    它既可测定瞬时腐蚀率， 又可把瞬时腐蚀率连续记录下来，进行图解积分得到平均腐蚀率。由于这种电化学暂态检测技术施加的电讯号不仅微小，而且是瞬时的， 测量的又是电位衰减变化， 而电位衰减对工作电极面积大小不那么敏感， 因此就等量的扰动而言， 它要比直流稳态线性极化电阻技术可以更快、更准确地测量瞬间腐蚀速度.

    湖南大学赵常就等人发展了恒电量技术， 成功研制了HJC-1型恒电量智能腐蚀监测仪， 其工作原理见文献,该系统包括由阻抗变换器、放大器、自然腐蚀电位补偿装置等组成的恒电量扰动仪主机， 主要完成恒电量扰动信号的产生和极化电位随时间衰减信号的输出；微型计算机、A/D和D/A转换器等， 主要完成对恒电量扰动仪主机的控制和极化电位数据的采集与处理.赵永韬等人将恒电量技术搭载现代移动通讯网络， 组成一个分布式数据采集与信息处理系统， 实现了基于GPRS远程通讯的腐蚀监测， 使该技术在应用范围方面有了新突破。

    2金属腐蚀监测仪器的发展及其趋势

    随着计算机技术特别是单片机技术应用的日益广泛和深入， 腐蚀监测技术逐渐向智能化方向发展。以计算机技术为核心的智能化腐蚀监测仪成为腐蚀监测的重要发展方向.智能化腐蚀监测仪一般是以微处理器为核心， 配置一定的硬件组成不同的模块， 通过数据总线、控制总线、地址总线， 采用传感器将检测得到的腐蚀信息转化为电信号， 通过A/D和D/A转换接口， 微处理器进行试验控制、采集数据、计算出腐蚀量数据并打印结果 。

    计算机技术与电化学技术融合， 可以通过反馈作用于实验， 改变与调整实验参数， 使腐蚀监测研究达到新的高度。因此出现了精度更高、适用面更广泛的、更容易操作的智能化便携式的腐蚀监测仪。如恒电量腐蚀测试仪和微型计算机联机在线测量， 能对腐蚀的影响因素连续跟踪， 还可通过测量的电阻、电容的变化， 判断缝隙腐蚀和小孔腐蚀是否发生。交流阻抗技术与计算机结合， 其应用领域进一步拓宽， 为其他诸如生物、环境、电子、材料、土建等领域的研究工作提供新的机遇。最新的电化学测试组合仪器， 加上辅助设备的体积也只有一个手提箱大， 但功能却相当于十年前一整套的电化学实验室测试系统（如Solartron公司的1280Z）。

    国内近年来涌现出的智能化便携式的腐蚀监测仪主要有CMB-1510B（弱极化法） 、CCMW-9810（恒电量法）和能够用电阻探针、线性极化探针和氢探针等多种方法监测的CMA-1000腐蚀监测系统 .国外在原有系列产品基础上除继续出新型号仪器外， 沿着实时（realtime）和在线（online）方向研制出了更新的监测仪器 .例如美国Cortest公司的MK-9300, 它利用电感阻抗法的原理制作而成， 测量的是置于金属/合金敏感元件周围的线圈由于敏感元件的腐蚀而引起的感抗变化的信号。美国的EG＆G公司、Gamry公司、英国的Solartron公司、德国的ZANHER公司、荷兰EcoChemie等公司则致力于微机化的实验装置（如恒电位仪、频响分析仪等）。

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