腐蝕電化學研究及防護
據(jù)估算，每年因金屬發(fā)生腐蝕造成的直接經(jīng)濟損失大約占國民生產(chǎn)總值的2%—4%，損耗的鋼材約為年產(chǎn)量的1/3，每年因金屬腐蝕造成的經(jīng)濟損失比水災(zāi)、火災(zāi)、風暴和地震等自然災(zāi)害的損失的總和還大；材料腐蝕破壞還涉及環(huán)境、資源、人身安全、可持續(xù)性發(fā)展等重大的國計民生問題。電化學腐蝕是最普遍的腐蝕現(xiàn)象，電化學腐蝕是指金屬與電解質(zhì)發(fā)生電化學反應(yīng)而引起的金屬損耗，其本質(zhì)是電化學傳荷過程。例如海水、土壤和潮濕空氣中上網(wǎng)腐蝕情況。在電化學腐蝕過程中，同時存在著相對獨立的反應(yīng)過程—陰極反應(yīng)和陽極反應(yīng)，并有電流產(chǎn)生，其主要特點是原電池腐蝕，同時電化學保護技術(shù)又是材料防腐蝕方法中最常用的技術(shù)，防護是電化學應(yīng)用的一個重要方面。
復(fù)雜腐蝕電化學研究
在20世紀研究了腐蝕熱力學、腐蝕動力學、局部腐蝕的基礎(chǔ)問題，腐蝕實驗的目的是進行材料篩選和材質(zhì)檢測，估算使用壽命和設(shè)計參數(shù)，分析事故原因和驗證防腐蝕效果以及研究腐蝕規(guī)律等等，解決工業(yè)和科技方面的問題與困難。腐蝕電化學研究方法有很多種，比如說有極化曲線法、電化學抗阻譜法（EIS）、時間電流法與時間電位法、極化電阻（RP）測量法等等。但是方法有一定局限性，對于不同的研究對象會有不定的影響。例如涂漆鋁合金體系的腐蝕電化學研究方法可以用有極化曲線法、電化學抗阻譜法（EIS）、時間電流法與時間電位法，雖然在涂漆鋁合金腐蝕測量領(lǐng)域，與鹽霧腐蝕等常規(guī)測量法相比較，電化學測量法具有快速、操作簡便、信息量化程度高等優(yōu)點。在金屬土壤腐蝕電化學研究的方法有有極化曲線法、電化學抗阻譜法（EIS）、極化電阻（RP）測量法，極化電阻（RP）與金屬的腐蝕速度有一定的對應(yīng)關(guān)系，但不嚴格，且只能反應(yīng)平均信息，極化曲線測量雖可提供較多的土壤信息，但極化時對研究體系有較大的改變，使測量時的腐蝕環(huán)境與試樣自然腐蝕時不同，而使結(jié)果可信度降低。EIS法對土壤環(huán)境的影響很小，且可得到較豐富的土壤腐蝕信息和腐蝕過程動力學參數(shù)，故它被認為是研究土壤腐蝕最有希望的方法，也越來越受到人們的重視。目前在各種電化學測量法中，EIS法由于具有無損、信息量大的優(yōu)點，在這個領(lǐng)域占據(jù)了主要地位。特別是在計算機引入后，這種趨勢就更加明顯。
然而隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展和人類活動空間的擴大，絕大部分材料必須在與有機、無機或金屬材料混合狀態(tài)下使用，因此顯示出復(fù)雜界面腐蝕電化學過程的特殊性和復(fù)雜性，特別是環(huán)境條件的復(fù)雜化、苛刻化，構(gòu)成極端復(fù)雜的腐蝕破壞體系。例如鋼筋在在混凝土中的腐蝕破壞就是一種典型的復(fù)雜體系，其特點是：鋼筋/混凝土界面是氣—固—液三項共存的高度閉塞區(qū)域，是腐蝕電化學發(fā)生、發(fā)展的核心場所，界面化學微環(huán)境如水、氧氣、氯離子、氫氧根離子、PH等在微腐蝕電池的產(chǎn)生與發(fā)展過程中扮演著關(guān)鍵性的作用；混凝土是復(fù)雜的非均質(zhì)活性相，其物理化學性質(zhì)呈動態(tài)變化和不均一的分布，可構(gòu)成各種濃差電池和宏觀電池，宏電池和微電池交互動態(tài)作用。要研究這個體系就要揭示鋼筋/混凝土界面微化學環(huán)境的特征，探明界面微化學環(huán)境的臨界參數(shù)、混凝土物理化學性能和環(huán)境因素；考察影響鋼筋混凝土腐蝕破壞的關(guān)鍵性材料和環(huán)境因素，包括環(huán)境介質(zhì)、服役條件、表面狀態(tài)等，探明其中的控制因素，研究各種內(nèi)外影響因素交互作用的規(guī)律性；建立研究方法及測量技術(shù)，研究此復(fù)雜體系的各種電化學保護技術(shù)和緩蝕劑技術(shù)及其防腐蝕理論。
極端復(fù)雜的腐蝕破壞體系與裸金屬在敞開環(huán)境中腐蝕體系的腐蝕電化學過程差異很大，與傳統(tǒng)的腐蝕電化學體系比較，復(fù)雜體系的腐蝕電化學過程的明顯特點是多相、多因子、多步驟、多樣性、交叉及復(fù)雜性等。其中有不少深層次的、交叉性的、綜合性的和關(guān)鍵性的科學問題亟待解決這些復(fù)雜體系腐蝕電化學的深入研究，復(fù)雜體系腐蝕電化學新理論、新模型及基本規(guī)律性的探索將不僅為解決重大的實際問題提供理論基礎(chǔ)，而對于發(fā)展、豐富現(xiàn)代腐蝕電化學及相關(guān)學科具有重大的學術(shù)意義。將成為21世紀腐蝕電化學領(lǐng)域重要的前沿課題和研究熱點。復(fù)雜體系的腐蝕電化學研究需要突破傳統(tǒng)的理論模型，需要研究方法的創(chuàng)新，創(chuàng)造性的綜合應(yīng)用各種現(xiàn)代物理化學研究方法。而我國在復(fù)雜體系腐蝕電化學還不全面有些領(lǐng)域還屬空白。
腐蝕電化學的研究的一個目的就是運用防腐技術(shù)防腐或緩蝕，達到防護的作用。對于防護其中我們最熟悉的就是在金屬表面涂漆或鍍層，使金屬與空氣和水分隔絕，起到防護作用。防腐的方法大體有防腐材料與金屬表面處理防腐、緩蝕劑與緩蝕處理防腐、金屬及其構(gòu)筑物的陽極保護法、金屬及其構(gòu)筑物的陰極保護法。其中陰極保護法應(yīng)用顯得最為重要，許多大型鋼管樁碼頭都是運用的陰極保護措施。比如說，海水管道外、陳山碼頭鋼樁、黃島鋼管樁碼頭外加電流陰極保護等，電化學在埋地給水主干管的防腐應(yīng)用就是實施的犧牲陽極的陰極保護措施，該項措施在保護干管安全運行方面發(fā)揮了巨大的作用，為企業(yè)生產(chǎn)的穩(wěn)定運行提供保障。從實際運用陰極保護的實施，證明設(shè)計和安裝、運用陰極保護來延長工程的使用期是可行的。
陰極保護新發(fā)展
隨著陰極保護技術(shù)的普及，對于犧牲陽極來說，人們對此有了更加深刻的認識。目前，犧牲陽極的實用配方已經(jīng)基本定型和標準化，但開發(fā)高效、耐用、經(jīng)濟的犧牲陽極則成為犧牲陽極材料的發(fā)展方向，其中又以鋁合金陽極的性能研究及開發(fā)最為突出現(xiàn)在研究的高效鋁陽極開路電位已達-1.4V，電流效率>95%以上，而且還開發(fā)研制了用于海泥的Al-Zn-In系及Al-Zn-In-Si系合金犧牲陽極和Alap-3以上。在犧牲陽極機理研究方面，對于鋁合金陽極中Hg、In等元素的活化作用機理，鋁基犧牲陽極的溶解過程和負差異效應(yīng)，Zn陽極晶間腐蝕的原因和對策以及 探索用工業(yè)純原料代替高純原料制造犧牲陽極等方面都有不同進展。生產(chǎn)工藝成型方面，通過對鑄造過程中的熱處理和改變陽極的常規(guī)形狀，以提高電化學效率及改變原來單調(diào)的外形，滿足陰極保護多樣化的發(fā)展。比如，用管線的手鐲式陽極、用于保護管線的帶狀陽極及小尺寸的棒狀陽極。
除了犧牲陽極保護陰極以外，外加電流陰極保護也有發(fā)展很好的前景。外加電流中使用的輔助陽極材料，由最普通的石墨和高硅鑄鐵發(fā)展到鍍鉑鈦、鍍鉛銀陽極，陽極形式也在硅發(fā)生變化。對混凝土鋼筋可實行陰極保護，可用導(dǎo)電混凝土、柔性陽極、網(wǎng)狀輔助陽極。參比電極的精度及使用壽命關(guān)系到參比電極的好壞，長效參比電極的發(fā)展及高純鎂電極和鉬-氧化鉬電極都得到了應(yīng)用。
電化學陰極保護在海水及土壤環(huán)境中，如艦艇、鋼結(jié)構(gòu)物、油氣輸送管道等方面，基本上還采用經(jīng)典或半經(jīng)驗性的設(shè)計方法，今后在計算機輔助設(shè)計、優(yōu)化設(shè)計和監(jiān)測技術(shù)等方面會有較大的發(fā)展。
隨著腐蝕電化學研究方法的不斷更新，以及其他交叉學科的不斷進步，在材料保護和防腐方面會有更進一步的發(fā)展。
參考文獻
《電化學方法應(yīng)用》陳國華 王光信 2003
《腐蝕電化學及其研究方法的前沿與趨勢》林昌健
《電化學防腐技術(shù)首次在大型鋼鐵企業(yè)埋地給水主干管上的研究和應(yīng)用》唐志強 2007
《涂漆鋁合金體系的腐蝕電化學研究方法》李長虹 李荻 2001
《金屬土壤腐蝕電化學研究方法概述》趙平 銀耀德 1988
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