在金屬腐蝕與防護領(lǐng)域， 極化試片是用于電化學(xué)腐蝕監(jiān)測或研究的關(guān)鍵元件，通常作為極化探頭的核心組成部分。其主要作用是通過模擬金屬在腐蝕環(huán)境中的電化學(xué)行為，幫助測量腐蝕速率、評估防腐措施效果或研究腐蝕機理。

一、基本概念與功能·定義：

極化試片是由被測金屬材料（或標(biāo)準(zhǔn)金屬材料）制成的片狀電極，作為極化測量中的工作電極（WE，Working Electrode），與參比電極（RE）和輔助電極（CE）共同構(gòu)成三電極體系，用于電化學(xué)腐蝕測試。

·核心功能：

i.模擬腐蝕行為：試片材質(zhì)與被保護金屬（如管道、儲罐）一致時，可直接反映其腐蝕狀態(tài)。

ii.測量極化曲線：通過施加極化電壓或電流，記錄試片的電位 - 電流響應(yīng)，計算腐蝕電流密度（Icorr）和腐蝕速率。

iii.評估防腐性能：用于測試緩蝕劑、涂層或陰極保護系統(tǒng)的效果。

二、分類與結(jié)構(gòu)1. 按材質(zhì)分類·同材質(zhì)試片：與被保護金屬材質(zhì)相同（如碳鋼試片用于監(jiān)測碳鋼管道腐蝕），數(shù)據(jù)直接反映實際設(shè)備的腐蝕風(fēng)險。

·標(biāo)準(zhǔn)試片：采用通用金屬（如純鐵、純銅），用于實驗室對比測試或腐蝕機理研究。

2. 按結(jié)構(gòu)設(shè)計分類·裸露型試片：

·表面直接暴露于腐蝕環(huán)境，無涂層覆蓋，用于測量自然腐蝕速率。

·典型結(jié)構(gòu)：試片通過絕緣導(dǎo)線連接至外部電路，底部嵌入絕緣材料（如環(huán)氧樹脂）固定，僅一面或多面暴露。

·涂層型試片：

·表面涂覆防腐涂層（如油漆、聚乙烯），用于評估涂層破損后的局部腐蝕行為（如剝離處的腐蝕擴展速率）。

·組合式試片：

·由不同金屬（如碳鋼與不銹鋼）偶接組成，用于研究電偶腐蝕效應(yīng)。

三、工作原理與測量方法1. 極化測量的核心原理極化試片的工作基于電化學(xué)極化現(xiàn)象：

·自然腐蝕狀態(tài)：試片表面同時發(fā)生陽極氧化（金屬溶解）和陰極還原（如吸氧反應(yīng)），達(dá)到動態(tài)平衡時的電位稱為腐蝕電位（Ecorr）。

·極化過程：通過輔助電極向試片施加微小的極化電壓（或電流），打破平衡，測量試片電位隨極化電流的變化關(guān)系，得到極化曲線。

·關(guān)鍵公式：通過斯特恩 - 蓋瑞爾公式（Stern-Geary Equation）計算腐蝕電流密度：Icorr=RpB

其中，Rp為極化電阻（通過極化曲線斜率求得），B為與金屬 / 溶液體系相關(guān)的常數(shù)（如碳鋼在中性溶液中B≈26mV）。

2. 常見測量方法方法

原理

應(yīng)用場景

線性極化電阻（LPR）

施加 ±10 mV 以內(nèi)的小幅度極化電壓，假設(shè)極化曲線近似線性，快速計算Rp和Icorr。

實時腐蝕速率監(jiān)測（如化工管道）。

塔菲爾極化（Tafel Polarization）

施加較大極化電壓（±100 mV 以上），擬合塔菲爾曲線，獲取腐蝕動力學(xué)參數(shù)（如陽極 / 陰極塔菲爾斜率）。

腐蝕機理研究或緩蝕劑性能測試。

電化學(xué)阻抗譜（EIS）

施加正弦波擾動信號，測量試片的阻抗響應(yīng)，分析腐蝕界面的電荷轉(zhuǎn)移電阻、擴散過程等。

涂層完整性評估或復(fù)雜腐蝕體系分析。

四、應(yīng)用場景1.工業(yè)腐蝕監(jiān)測

·安裝于管道、儲罐等設(shè)備附近，實時監(jiān)測腐蝕速率，預(yù)警局部腐蝕風(fēng)險（如點蝕）。

·與陰極保護系統(tǒng)配合，評估保護電位是否達(dá)標(biāo)（如是否達(dá)到 - 0.85 V（CSE）的保護閾值）。

2.實驗室研究

·測試不同介質(zhì)（如 pH、Cl?濃度）對腐蝕速率的影響。

·篩選緩蝕劑配方或優(yōu)化涂層工藝（如通過極化曲線對比不同藥劑的Icorr）。

3.海洋工程與土壤腐蝕

·在海水或土壤中埋設(shè)極化試片，長期監(jiān)測金屬結(jié)構(gòu)的腐蝕活性，輔助設(shè)計陽極保護方案。

五、與 ER 腐蝕速率試片的對比項目

極化試片

ER 腐蝕速率試片（電阻式）

測量原理

電化學(xué)法（極化電阻 / 電流密度）

電阻法（截面積減小導(dǎo)致電阻增大）

腐蝕類型響應(yīng)

均勻腐蝕、局部腐蝕（如點蝕）

僅均勻腐蝕

時間特性

實時或準(zhǔn)實時（分鐘級）

長期累積（需數(shù)周 / 月才能檢測到變化）

環(huán)境依賴性

依賴介質(zhì)導(dǎo)電性（需電解質(zhì)）

不依賴導(dǎo)電性（可用于氣相或非導(dǎo)電介質(zhì)）

典型用途

動態(tài)腐蝕監(jiān)測、陰極保護評估

長期厚度損失評估、剩余壽命預(yù)測

六、使用注意事項1.試片安裝

·確保試片與被測金屬電絕緣（除非模擬電偶腐蝕），避免雜散電流干擾。

·暴露面需清潔無油污，必要時進行砂紙打磨或化學(xué)除銹。

2.環(huán)境適配

·高溫、高流速或含固體顆粒的介質(zhì)中，需選擇耐沖刷的試片材質(zhì)（如不銹鋼）或加裝保護套。

3.數(shù)據(jù)校準(zhǔn)

·定期用標(biāo)準(zhǔn)電極（如飽和甘汞電極）校準(zhǔn)參比電極電位，避免漂移導(dǎo)致誤差。

4.防護

·在易燃易爆環(huán)境中（如油氣田），需使用防爆型極化探頭和數(shù)據(jù)采集設(shè)備。

總結(jié)極化試片是電化學(xué)腐蝕監(jiān)測的核心工具，通過模擬金屬的電化學(xué)行為，為腐蝕速率測量、防腐措施優(yōu)化提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)。其優(yōu)勢在于響應(yīng)快、能捕捉局部腐蝕信號，但需依賴導(dǎo)電介質(zhì)。實際應(yīng)用中，常與 ER 試片結(jié)合使用，形成 “長期厚度監(jiān)測 + 實時活性評估” 的完整腐蝕管理體系。