利用金属电阻探针在文化遗址室内进行的实时空气腐蚀监测

     2013年4月，学者T. Prosek等人在杂志《Studies in Conservation》上发表了文章《利用金属电阻探针在文化遗址室内进行的实时空气腐蚀监测》。

文章中介绍了一种可以进行连续大气腐蚀监测的监测系统。其中感应器部分的原理主要是：当金属片腐蚀时，其有效通电横截面积减小，从而使得其电阻增大，通过测量和记录其电阻的变化值，可以得到其金属腐蚀厚度的变化。文中感应器所用金属有：银、铜、铁/钢、锌、铅等。感应器具有很高的灵敏度，即使在腐蚀性很低的室内馆藏环境中，依然能进行有效的实时腐蚀监测。

文中介绍的腐蚀监测系统主要包括四部分：一个用于测量和记录电阻变化的电子记录仪、一个置于环境中被腐蚀的感应器、一个用于记录仪和电脑之间的信息交流转换的装置、一个分析和解释监测结果的功能软件。其中测量部分的产品实物图如下所示：

图1 产品实物图 

感应器实物图：

图2 探针结构

作者首先将选择的四种感应器连接到腐蚀监测系统上，在实验室内进行了一系列的测量，确定了其测量精度满足实际待测环境的监测要求后，将其应用到了待监测的文化遗址室内空气监测中去，并在具体的监测位置做了对比的挂片失重实验，最终将腐蚀监测系统测得结果和失重挂片法所测得的监测结果做了分析对比，其结果对比图如下：

图3 探针与挂片测试结果对比

从图中可以看出，电阻探针感应器所测得的腐蚀速率和传统挂片失重法所得的数据有偏差，探针所得腐蚀损耗厚度明显高挂片法所得腐蚀损耗。这种现象出现的原因有：铁或碳钢在腐蚀的过程中容易发生点蚀，而电阻探针法由于其基本原理的限制，当探针金属部分发生不均匀腐蚀的时候，其测量结果将会明显增大。另外，电阻探针基本的测量原理决定了其所获得的金属腐蚀损耗厚度是其金属发生腐蚀的截面的最大值，而失重挂片法所得的腐蚀损耗厚度是一个平均值，所以在探针所得数据比挂片法所得数据偏高是在原理上可以解释的通的。

文章在考虑将该电阻探针腐蚀测量系统应用于文化遗产腐蚀监测中去是面临的问题——历史文物的材料往往是不可复制性的，且其加工工艺也与感应器的金属制片部分的工艺不同，且其表面往往在长期的与空气接触或者保存过程中，形成了特定的表面层；此外块体金属材料的腐蚀性能和薄膜状的金属材料的腐蚀性能也有差异。以上这些因素都制约了针对历史文物的腐蚀监测工作的进行，目前尚未有能够准确模拟监测历史文物腐蚀过程的方法，但是我们可以利用电阻探针监测系统及时的反应文物所在馆藏的空气腐蚀性变化，从而比较有效的防护历史文物。