應用聲發(fā)射評定金屬點蝕過程的研究進展
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國外的一些學者在應用聲發(fā)射技術對點蝕進行監(jiān)測方面做了一系列的實驗研究。希望能將金屬腐蝕損傷與聲發(fā)射的某些參數(shù)建立起聯(lián)系。
Fregonese，Idrissi，Mazille，Renaud和Cetre對奧氏體不銹鋼的點蝕過程進行了監(jiān)測。將奧氏體不銹鋼316L放入pH=2的3%NaCl溶液中，測量系統(tǒng)是一個三電極系統(tǒng)，同時聲學信號是在陽極極化和循環(huán)極化的情況下被記錄的，測量的目標是腐蝕的起點。實驗采用MISTRAS軟件，前置放大器和R15壓電傳感器（帶寬為100Hz～500kHz)。研究證實在記錄每個有效聲學信號之前都要產生一個時間延遲，該時間延遲對應于聲發(fā)射信號中的延遲。同時，在循環(huán)極化和恒電位實驗中觀察到一個電流密度閾值，這個閾值依賴于正在擴展的坑蝕數(shù)，而對于易發(fā)生點蝕的試件來說該閾值是很低的。
研究表明，記錄的聲學信號與坑蝕周圍氫的發(fā)展有關。其中，Magaino觀察到在陽極極化鋁（放置在含有20mg/1 Cu離子的0.05MNaC1溶液中）蝕坑不斷增加的過程中有氫產生。而Rettting和Felsena于1976年發(fā)表文章證實浸在鹽水中的鋁絲在腐蝕過程中產生的聲信號計數(shù)率與氫產生率之間存在線性關系。
Jones和Friesel研究了304系列不銹鋼的點蝕所持觀點與上述不同。雖然文中聲稱在點蝕過程中有明顯的聲學活動,但是認為這與氣泡無任何關系。盡管他們還不是很清楚金屬腐蝕產生聲發(fā)射信號的過程,卻仍然確信聲源是由氧化層的破裂或者是由鋼材再鈍化過程中氯化物的覆蓋鹽層產生的。如果該過程成立, 那么只有大約3%的點蝕會產生聲學活動。
Mazille, Rothea 和Tronel 也開展了有關奧氏體不銹鋼的研究。他們應用聲發(fā)射連續(xù)監(jiān)測了本地水溶液引起的腐蝕破壞及其發(fā)展過程。將316L 奧氏體不銹鋼放置在3%NaCl 溶液中(pH=2)。在不銹鋼陽極極化前研究人員記錄到了一些低幅度的信號。他們發(fā)現(xiàn)在陽極極化過程中電流密度較高,并在有效聲信號出現(xiàn)之前存在一個較短的蝕坑開始時間。當點蝕發(fā)展到一定程度,即腐蝕尺寸和數(shù)量都很穩(wěn)定并且非常高時,這時產生的聲發(fā)射事件是十分有用的。他們注意到發(fā)射出的聲信號是由腐蝕過程中產生的氫氣所致。根據(jù)聲發(fā)射事件與點蝕之間的依附曲線圖,Mazille, Rothea 和Tronel 推斷出,AE技術通過相對準確的點蝕速率和高的聲發(fā)射活動之間的關系來監(jiān)測點蝕的發(fā)展,是一種很有效的方法。
Cakir,Tuncell 和Aydin 從聲學上研究了在Hank's溶液(pH=4)中伸展很慢的316L 不銹鋼,并在點蝕電壓(+110mV / SCE)的陽極方向上使其極化。研究者注意到, 在陽極極化過程中很小的聲發(fā)射活動產生很低的電流密度(i = 5μA/cm2),而在+110mV(SCE)以上的電壓作用下,陽極電流密度隨著聲發(fā)射信號的增加而增加。這正說明了聲發(fā)射信號的電化學性質。在Hank's 溶液中進行拉伸試驗的試件,80%都記錄有AE信號。研究表明,不銹鋼至少在某一處發(fā)生了膜破裂(即使非常小),才會產生聲發(fā)射信號,而在鋼的變形過程中聲發(fā)射活動性不斷增加。他們認為AE信號源與材料點蝕的發(fā)生有關, 更準確地說與保護層的破壞、氫氣泡的產生和金屬陽極分解有關。
耿榮生采用從飛機機翼上取下的、置于特殊溶液中的LY12 鋁合金試件進行聲學測, 用Mistras-2001 型聲發(fā)射系統(tǒng)記錄聲發(fā)射信號。實驗結果表明,聲發(fā)射能對腐蝕發(fā)生的初期,即腐蝕萌生加以預報,而且十分靈敏。在點蝕過程中,真正由腐蝕產生的信號與噪聲信號有明顯區(qū)別，即腐蝕產生以彎曲波為主的聲發(fā)射信號，且有較寬的頻率分布范圍，而噪聲信號延續(xù)時間短、頻率范圍窄、幅度集中在40dB以下，這使得識別腐蝕AE與噪聲信號的工作極大地得到了簡化。
5 評述
眾多學者應用聲發(fā)射技術研究金屬腐蝕,目前已經(jīng)取得了一些階段性的成果:(1)從理論上證明點蝕過程中產生的聲信號是可以被檢測到的;
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