腐蚀电化学检测中的虚拟仪器技术

论文摘要

电化学方法在腐蚀监检测中具有无可替代的优势,虚拟仪器技术以用户自定义功能和软件化为主要特点,二者的结合使研究人员能够根据测试项目的需要,以较短的周期和较低的成本建立监检测系统,在实时在线腐蚀检测和监控领域有广阔的发展空间。本文工作依据国家材料自然环境腐蚀试验站网大气/海洋全浸区金属材料的腐蚀检测、核电结构材料早期局部腐蚀的电化学噪声检测、发电厂/变电站接地网腐蚀电化学检测等项目的实际需要,应用虚拟仪器技术和电化学方法构建测试系统开展研究。研制了基于电化学频率调制（EFM）技术的测试系统,能够实现EFM测试。通过实验室试验对EFM测试系统和实验技术进行了检验,证明系统能够有效地测得多种体系中的腐蚀速率等电化学动力学参数。研制了适合现场检测的实海金属试片腐蚀电化学测试系统,对舟山海洋腐蚀试验站全浸区Q235碳钢试片进行了线性极化阻力和EFM检测。EFM方法测得的极化阻力较传统线性极化阻力方法偏小,但能够直接得到腐蚀速率,可作为试验站一种备选的腐蚀电化学检测技术。研制了基于电化学噪声（EN）技术的测试系统和数据解析软件,并将其应用于铝合金大气腐蚀监测及核电结构材料的应力腐蚀开裂检测。获得了自然大气环境中铝合金大气腐蚀的电位电流噪声和噪声电阻变化,分析了表面完好的304奥氏体不锈钢和存在微裂纹的800镍基合金C型环试样在室温蒸馏水中的电化学噪声谱特征,初步证明EN技术可以对大气腐蚀及核电结构材料的局部腐蚀进行有效监检测,为进一步的研究提供了有力工具。研制了接地网腐蚀电化学检测系统和数据解析软件,通过恒电流阶跃测试得到接地网测试位置的极化阻力值作为表征腐蚀状况的参数。进行了现场试验,研究了检测传感器的限流效果,确定了适当的检测设备和数据解析方法。结果表明,小孔限流型传感器具有明显的限流效果,小波变换和Levenberg-Marquardt算法能够有效消除充电曲线数据中的噪声干扰和土壤电阻影响。接地网腐蚀电化学检测系统能够在现场提供有价值的信息,为接地网的腐蚀诊断提供依据。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 大气腐蚀监测及核电材料腐蚀失效检测中的电化学噪声技术
• 1.2.1 大气腐蚀监测
• 1.2.1.1 薄液膜下金属的电化学腐蚀
• 1.2.1.2 大气腐蚀监测仪
• 1.2.2 核电材料腐蚀失效检测
• 1.2.2.1 核电材料的腐蚀失效
• 1.2.2.2 核电材料腐蚀失效的电化学检测
• 1.2.3 电化学噪声技术
• 1.2.3.1 电化学噪声测量
• 1.2.3.2 电化学噪声谱数据解析
• 1.3 金属材料海洋腐蚀的电化学检测
• 1.3.1 金属材料海洋环境暴露试验
• 1.3.2 海洋腐蚀试验站
• 1.3.3 海水腐蚀电化学监检测技术
• 1.4 发电厂变电站接地网的腐蚀检测
• 1.4.1 接地网的腐蚀
• 1.4.2 接地网材料
• 1.4.3 接地网腐蚀检测技术
• 1.5 虚拟仪器技术在腐蚀电化学检测中的应用
• 1.5.1 腐蚀电化学检测仪器的发展
• 1.5.2 虚拟仪器概述
• 1.5.2.1 虚拟仪器的概念和优势
• 1.5.2.2 虚拟仪器的硬件平台
• 1.5.2.3 虚拟仪器的软件平台
• 1.5.3 虚拟仪器的应用
• 1.6 课题的意义、研究目的及思路
• 第二章 虚拟仪器腐蚀电化学测试系统的研制
• 2.1 引言
• 2.2 系统基本构成
• 2.3 专用测试系统及软件
• 2.3.1 电化学频率调制（EFM）测试系统
• 2.3.2 实海金属试片腐蚀电化学检测系统
• 2.3.3 电化学噪声测试软件
• 2.3.4 接地网腐蚀电化学检测系统软件
• 2.4 本章小结
• 第三章 电化学频率调制技术与应用
• 3.1 引言
• 3.2 电化学动力学参数的计算
• 3.2.1 EFM响应的数学模型
• 3.2.2 欧姆降补偿
• 3.3 EFM技术的有效性检验
• 3.3.1 模拟电化学等效电路
• 3.3.2 实际腐蚀体系中的应用
• 3.3.2.1 实验方法和实验材料
• ^-1H₂SO₄ 体系'>3.3.2.2 Q235/0.05 mol·L^-1H₂SO₄体系
• -1 NaCl体系'>3.3.2.3 Q235/0.6 mol·L^-1NaCl体系
• 3.3.2.4 304SS/HCl体系
• 3.3.2.5 不同体系的综合比较
• 3.4 EFM在碳钢/海水体系中的适用性研究
• 3.4.1 实验方法和实验材料
• 3.4.2 EFM测试参数的影响
• 3.4.3 碳钢/海水体系EFM测试结果与分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 海洋腐蚀试验站全浸区碳钢试片的现场电化学检测
• 4.1 引言
• 4.2 实验室人工模拟海洋环境中的腐蚀电化学检测
• 4.2.1 实验技术
• 4.2.2 实验室电化学测试结果与分析
• 4.3 舟山海洋腐蚀试验站现场电化学测试
• 4.3.1 现场试验
• 4.3.2 现场电化学测试结果与分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 电化学噪声技术在核电材料早期损伤检测及铝合金大气腐蚀监测中的应用
• 5.1 引言
• 5.2 电化学噪声数据解析及程序实现
• 5.2.1 直流趋势剔除
• 5.2.2 统计分析
• 5.2.2.1 基于基本统计计算的参数
• 5.2.2.2 高阶统计参数
• 5.2.2.3 概率密度
• 5.2.2.4 基于散粒噪声理论的参数
• 5.2.3 功率谱密度（PSD）计算
• 5.2.3.1 PSD特征参数
• 5.2.3.2 PSD计算过程
• 5.2.3.3 PSD的平滑处理
• 5.2.3.4 功率谱的分辨率、带宽和单位
• 5.2.3.5 其它基于PSD的参数
• 5.2.4 小波变换（WT）
• 5.2.5 短时傅立叶变换（STFT）
• 5.3 C型环应力腐蚀试样的电化学噪声谱解析
• 5.3.1 实验材料和实验方法
• 5.3.2 电化学噪声谱数据解析
• 5.4 铝合金大气腐蚀的电化学噪声检测
• 5.4.1 大气腐蚀电化学噪声监测系统
• 5.4.2 液膜干燥试验
• 5.4.3 户外大气腐蚀监测试验
• 5.5 本章小结
• 第六章 接地网腐蚀检测系统与应用
• 6.1 引言
• 6.2 小孔限流型传感器介绍
• 6.3 测试系统和测试技术
• 6.3.1 测试系统构成
• 6.3.2 测试技术原理
• 6.3.3 数据解析软件
• 6.3.3.1 滤波
• 6.3.3.2 数据拟合计算
• 6.4 现场测试结果与分析
• 6.4.1 限流效果
• 6.4.2 恒电流阶跃与恒电位阶跃方法比较
• 6.4.3 检测设备的选择
• 6.4.4 盘山、安定、高井三站腐蚀状况比较
• 6.5 本章小结
• 第七章 全文总结
• 7.1 论文工作总结
• 7.2 主要创新点
• 7.3 不足之处与改进设想
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢