一种基于电化学阻抗谱的金属表面腐蚀粗糙度表征的方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种金属表面腐蚀粗趟度表征的方法。特别是设及一种基于电化学阻 抗谱的金属表面腐蚀粗趟度表征的方法。
【背景技术】
[0002] 在腐蚀电化学实验中，对腐蚀后的试样经常需要通过扫描电镜SEM观察表面腐蚀 形貌，观察有无穿孔，判断粗趟度W表明腐蚀严重程度。
[0003] 目前利用Matl油图像处理和图像捕获工具箱对沈M图像处理来检验表面粗趟度 的技术已经得到应用，但对于图像质量要求较高，表面无划痕，无倾斜，凸起等；且扫描电镜 SEM成本较高且耗时较长，对试样表面要求较高（无污染、水分、磁性等），因此通过电化学 阻抗谱等效电路拟合得到1/Zew来表征腐蚀程度可W大大节省时间，不会对试样本身造成 破坏；且1/ZepE表征的是整个工作面的粗趟度，与传统针测法测得结果相比，更为准确。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是，提供一种数据采集便利，耗时短，准确度高的基于 电化学阻抗谱的金属表面腐蚀粗趟度表征的方法。
[0005] 本发明所采用的技术方案是：一种基于电化学阻抗谱的金属表面腐蚀粗趟度表征 的方法，其特征在于，是采用=电极体系，测得试样在不同条件下的电化学阻抗谱，电化学 阻抗谱用Zview软件选择相应的等效电路进行拟合，得到常相位角元件CPE的值Zew，同时 利用Mat 1油图像处理和图像捕获工具箱对沈M图像处理得到表面粗趟度值Ra，并将两组数 据进行处理，得到两组数据一致的变化趋势。
[0006] 具体包括如下步骤：
[0007] 1)通过等效电路拟合电化学阻抗谱得到ZepE;同时利用现有的Matl油处理沈M图 像技术得到表面粗趟度值Ra;
[000引 2)将ZcpE的值取倒数得到1/Z CPE;
[0009] 3)将数据1/ZepE和表面粗趟度值Ra作为原始数据分别进行归一化处理，得到处理 后的两组数据；
[0010] 4)将处理后的两组数据作图进行对比，得到两组数据一致的变化趋势。
[0011] 所述的归一化处理的方法是：
[0012] (1)设原始数据为；Xi，X2, X3. . . . X。；
[001引 似对原始数据Xi，X2, X3. ... X。采用如下处理函数分别进行处理：
[0014] Y =狂-MinValue) / (MaxValue-MinValue)
[001引 X为原始数据，Y为归一化处理后的数据，MaxValue为原始数据的最大值， MinValue为原始数据的最小值。
[0016] 本发明的一种基于电化学阻抗谱的金属表面腐蚀粗趟度表征的方法，数据采集便 利，耗时短，准确度高。本发明克服了传统方法对试样表面要求高，大大节省时间，无须对试 样进行处理，无须照SEM图像。本发明可用于进行不同材料，不同阴极保护电位下试样粗趟 度的比较。
【附图说明】
[0017] 图la是不同保护电位下空蚀比电化学阻抗谱；
[001引图化是不同保护电位下空蚀化电化学阻抗谱；
[0019] 图Ic是不同保护电位下空蚀化电化学阻抗谱；
[0020] 图Id是不同保护电位下空蚀她电化学阻抗谱；
[002U 图2a是OmV保护电位下电化学阻抗谱的等效电路拟合模型；
[002引 图化是-800mV、-lOOOmV、-1200mV保护电位下电化学阻抗谱的等效电路拟合模 型；
[0023] 图3a是OmV保护电位下材料表面腐蚀形貌SEM图；
[0024] 图3b是-800mV保护电位下材料表面腐蚀形貌沈M图；
[0025] 图3c是-lOOOmV保护电位下材料表面腐蚀形貌沈M图；
[0026] 图3d是-1200mV保护电位下材料表面腐蚀形貌沈M图；
[0027] 图4是实验测得1/ZcpE与Matl油图像处理结果Ra归一化曲线图。
【具体实施方式】
[002引下面结合实施例和附图对本发明的一种基于电化学阻抗谱的金属表面腐蚀粗趟 度表征的方法做出详细说明。
[0029] 本发明的一种基于电化学阻抗谱的金属表面腐蚀粗趟度表征的方法，更加具体的 说，是利用电化学阻抗谱等效电路拟合得到参数1/ZepE，与基于Matlab图像处理测得电子 显微镜扫描图像（SEM)表面粗趟度值Ra进行对比，两者数据归一化处理后，可W得到明显 的相关性。
[0030] 本发明的一种基于电化学阻抗谱的金属表面腐蚀粗趟度表征的方法所使用的电 化学实验装置包括试样台、=电极体系；试样（工作电极）、参比电极（SCE电极）、辅助电极 (销电极）W及PARSTAT2273电化学工作站。电化学测试装置与试样段相连接时，采用传 统的=电极体系，工作电极为一般金属材料（如碳钢、不诱钢等）试样，一般呈正方形，且焊 接导线引出，除了工作面，其他面用环氧胶泥涂抹，一般厚度为0. 1-0. 3mm，工作面一般用 水砂纸依次打磨，去离子水清洗，酒精棉球擦净，冷风吹干。辅助电极为销电极，参比电极为 饱和甘隶电极（SCE);接通PARSTAT2273工作站，即可测定不同工况下的电化学阻抗谱。所 用扫描电子显微镜为一般教学、科研用显微镜，各试样扫描图像分辨率一致，Matlab版本为 R2013b〇
[0031] 本发明的一种基于电化学阻抗谱的金属表面腐蚀粗趟度表征的方法，是采用=电 极体系，测得试样在不同条件下的电化学阻抗谱，电化学阻抗谱用Zview软件选择相应的 等效电路进行拟合，得到常相位角元件C阳的值ZepE，同时利用Matlab图像处理和图像捕获 工具箱对沈M图像处理得到表面粗趟度值Ra，并将两组数据进行处理，得到两组数据一致 的变化趋势。具体包括如下步骤：
[003引 1)通过等效电路拟合电化学阻抗谱得到Zew，例如：
[003引利用磁致伸缩空蚀实验机对Q235钢在3. 5%化Cl溶液中进行了空蚀实验，并采用 扫描电镜（56]\0观察了不同阴极保护电位（0111￥、-800111￥、-1000111￥、-1200111￥)、不同时间（比、 2K化、她）空蚀后试样的形貌。通过将不同保护电位下电化学阻抗谱（EI巧结果进行拟合 得到Zepc值随时间变化的特点。
[0034] 同时利用现有的Matl油处理沈M图像技术得到表面粗趟度值Ra，得到的不同保护 电位下材料表面腐蚀形貌沈M图如图3a、图3b、图3c、图3d所示。
[003引。将Zepc的值取倒数得到1/Z CPC，如表1中所示。
[0036] 3)将数据1/ZepE和表面粗趟度值Ra作为原始数据分别进行归一化处理，得到处理 后的两组数据，参见表1 ;
[0037] 所述的归一化处理的方法是：
[003引（1)设原始数据为；Xi，X2, X3. . . . X。；
[0039] (2)对原始数据Xi，X2, X3. ... X。采用如下处理函数分别进行处理：
[0040] Y =狂-MinValue) / (MaxValue-MinValue)
[004U X为原始数据，Y为归一化处理后的数据，MaxValue为原始数据的最大值， MinValue为原始数据的最小值。
[0042] 4)将处理后的两组数据作图进行对比，得到两组数据一致的变化趋势，如图4所 /J、- 〇
[00创表1实验测得1化P為果与Matl油图像处理结果Ra
[0044]
【主权项】
1. 一种基于电化学阻抗谱的金属表面腐蚀粗糙度表征的方法，其特征在于，是采用三 电极体系，测得试样在不同条件下的电化学阻抗谱，电化学阻抗谱用Zview软件选择相应 的等效电路进行拟合，得到常相位角元件CPE的值Z cpe，同时利用Matlab图像处理和图像捕 获工具箱对SEM图像处理得到表面粗糙度值Ra，并将两组数据进行处理，得到两组数据一 致的变化趋势。
2. 根据权利要求1所述的一种基于电化学阻抗谱的金属表面腐蚀粗糙度表征的方法， 其特征在于，具体包括如下步骤： 1) 通过等效电路拟合电化学阻抗谱得到Zcpe;同时利用现有的Matlab处理SEM图像技 术得到表面粗糙度值Ra ; 2) 将值取倒数得到1/Z ePE; 3) 将数据1/Z"^P表面粗糙度值Ra作为原始数据分别进行归一化处理，得到处理后的 两组数据； 4) 将处理后的两组数据作图进行对比，得到两组数据一致的变化趋势。
3. 根据权利要求2所述的一种基于电化学阻抗谱的金属表面腐蚀粗糙度表征的方法， 其特征在于，所述的归一化处理的方法是： (1) 设原始数据为A1，X2, X3.…Xn; (2) 对原始数据X1, X2, X3. ... Xn采用如下处理函数分别进行处理： Y = (X-MinValue)/(MaxValue-MinValue) X为原始数据，Y为归一化处理后的数据，MaxValue为原始数据的最大值，MinValue为 原始数据的最小值。
【专利摘要】一种基于电化学阻抗谱的金属表面腐蚀粗糙度表征的方法，其特征在于，是采用三电极体系，测得试样在不同条件下的电化学阻抗谱，电化学阻抗谱用Zview软件选择相应的等效电路进行拟合，得到常相位角元件CPE的值ZCPE，同时利用Matlab图像处理和图像捕获工具箱对SEM图像处理得到表面粗糙度值Ra，并将两组数据进行处理，得到两组数据一致的变化趋势。本发明数据采集便利，耗时短，准确度高。本发明克服了传统方法对试样表面要求高，大大节省时间，无须对试样进行处理，无须照SEM图像。本发明可用于进行不同材料，不同阴极保护电位下试样粗糙度的比较。
【IPC分类】G01B7-34
【公开号】CN104567657
【申请号】CN201410816473
【发明人】高志明, 王昌业, 修妍, 刘永长, 马宗青
【申请人】天津大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月23日