论文题目: 恒电量脉冲瞬态响应测试技术及解析方法研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 材料学
作者: 赵永韬
导师: 郭兴蓬
关键词: 电化学,腐蚀测量,恒电量,系统,动力学参数,斜率
文献来源: 华中科技大学
发表年度: 2005
论文摘要: 腐蚀电化学是腐蚀科学基本研究内容与手段。腐蚀电化学研究的深入,要求不断发展适应腐蚀电极特点的研究和测试方法。恒电量方法属于控制电量的测量技术,它是用已知电量激励被测电极,断电测量极化电位,并分析其在这种扰动下的瞬态过程随时间的变化,从而获得电化学信息参数的一种暂态测试方法。目前,这种方法已经成功应用于电化学分析和腐蚀测量等领域。但多数文献报导主要是利用了恒电量快速、断电测量的特点,对恒电量测试技术及其解析方法的研究并不多见,力图将恒电量方法发展为自动化的腐蚀监测技术的基础研究更是稀少。因此,极大地限制了恒电量方法在该领域的拓展。本文重点讨论了恒电量方法对不同腐蚀体系的电化学动力学参数的测量,并提出了新的恒电量瞬态响应的解析方法。同时,也重点研究了恒电量测试参数的自动优化和测试系统的便携化。对于恒电量数据的有效性,采用了稳态极化曲线、电化学阻抗谱和溶液分析等多种手段进行验证,并通过统计分析的方法对基于恒电量的Coul-1系统的测量精度进行了考察。主要的研究结果有: 提出了一种基于数据积分处理的恒电量CSPI 方法,在酸溶液中测定的阴极Tafel斜率和腐蚀速度与消除了溶液欧姆降的塔菲尔外推法有非常好的一致性。并且这种方法与CSPD 方法、Kanno 方法相比,受噪声干扰小、数据利用率高,因此数据的可靠性和重现性更高。另外,利用恒电量CSPI 方法测量混合控制下腐蚀反应过程,其结果与考虑了扩散影响的极化曲线一致。因此,恒电量CSPI 方法不受浓差极化影响,能够快速、有效地测定混合控制下腐蚀过程的电化学动力学参数。提出了恒电量线性响应的频谱分析方法,并利用拉普拉斯变换及其逆运算对恒电量响应方程式进行了推导。这种方法能够简便地推导出多个时间常数体系的电位响应方程式。通过频谱分析恒电量线性响应,容易判断所含时间常数的个数及其数值大小,从而得到更多的动力学信息及电极界面结构的信息。如果利用阻抗谱的解析方法,确定初始值的设置,可以增强多参数拟合的收敛性,并且容易确定具有“真实”物理意
论文目录:
摘要
Abstract
缩略语及符号注释表
插图和表格清单
1 绪论
1.1 引言
1.2 文献综述
1.2.1 恒电量方法的原理与特点
1.2.2 恒电量数据的分析处理
1.2.3 恒电量技术的发展和应用
1.2.4 恒电量腐蚀测试技术的实现及发展
1.3 课题背景和本文研究的主要内容
2 线性体系的恒电量瞬态响应及解析方法
2.1 前言
2.2 时频变换方法
2.3 恒电量瞬态响应随时间变化的方程式推导
2.3.1 单个时间常数体系在恒电量激励下线性响应方程的推导
2.3.2 多时间常数体系在恒电量激励下线性响应方程的推导
2.4 实验
2.4.1 实验材料
2.4.2 电化学测量
2.5 恒电量线性响应方程的验证
2.5.1 仿真实验
2.5.2 模拟电解池测量
2.6 恒电量频谱分析
2.6.1 简单的腐蚀电极系统
2.6.2 多个时间常数的腐蚀电极系统
2.7 小结
3 恒电量瞬态响应测定塔菲尔斜率的方法研究
3.1 前言
3.2 方法原理
3.2.1 恒电量法测定Tafel 斜率的传统算法
3.2.2 恒电量法测定Tafel 斜率的新算法
3.2.3 恒电量弱极化微分法测定Tafel 斜率
3.3 噪声影响Tafel 斜率计算精度的理论分析
3.4 活化控制的腐蚀体系中恒电量强极化法求取Tafel 斜率
3.4.1 实验方法
3.4.2 溶液欧姆降的消除和真实Tafel 斜率的测量
3.4.3 CSPD 与CSPI 算法的比较
3.4.4 Kanno 与CSPI 算法的比较
3.4.5 用多种腐蚀体系进一步验证CSPI 方法的精度
3.5 小结
4 恒电量瞬态响应信号的滤波处理
4.1 前言
4.2 几种滤波方法理论基础
4.2.1 恒电量采样数据的平滑
4.2.2 数字滤波
4.2.3 基于小波变换的滤波去噪
4.2.4 经验模态分解方法滤波
4.3 实验
4.4 结果与讨论
4.4.1 数据平滑的滤波效果
4.4.2 非递归数字滤波器的滤波效果
4.4.3 基于小波分析的滤波效果
4.4.4 基于EMD 的滤波效果
4.4.5 低信噪比恒电量线性响应的滤波效果比较
4.4.6 小波变换的分解层数对滤波的影响
4.4.7 小波变换对恒电量非线性响应滤波初探
4.5 小结
5 基于恒电量的酸性缓蚀剂快速评价方法研究
5.1 前言
5.2 实验方法
5.2.1 材料
5.2.2 极化曲线和电化学阻抗谱测量
5.2.3 恒电量测量
5.3 碳钢在酸溶液中的腐蚀电化学测量
5.4 关于酸性缓蚀剂评价的电化学方法
5.4.1 酸性缓蚀剂的分类
5.4.2 稳态极化曲线
5.4.3 电化学阻抗谱(EIS)
5.4.4 恒电量测量
5.5 小结
6 混合控制下腐蚀过程的电化学动力学参数测定
6.1 前言
6.2 腐蚀金属电极的极化方程式
6.3 由极化曲线拟合估算腐蚀过程的电化学动力学参数
6.3.1 实验方法
6.3.2 由强极化曲线拟合估算腐蚀过程的电化学动力学参数
6.3.3 由单方向弱极化曲线拟合确定腐蚀过程的电化学动力学参数
6.4 恒电量激励下受混合控制的张弛过程分析
6.5 由恒电量瞬态响应计算电化学动力学参数
6.6 碳钢/海水缓蚀体系的腐蚀评定
6.6.1 实验方法
6.6.2 碳钢在海水缓蚀溶液中的EIS 特征
6.6.3 极化曲线法和恒电量法
6.7 小结
7 基于恒电量的便携式腐蚀测量系统
7.1 前言
7.2 Coul-1 腐蚀测量系统的硬件设计与实现
7.2.1 模拟电路的基本设计思路
7.2.2 测量系统的组建
7.2.3 数据采集系统
7.3 Coul-1 腐蚀测量系统的软件设计与开发
7.3.1 CoulTest 腐蚀测量控制软件
7.3.2 CoulView 恒电量数据解析软件
7.3.3 最佳测试条件和数据有效性性的判断
7.4 系统可靠性的实验验证
7.4.1 模拟等效电路的测试与分析
7.4.2 实际腐蚀体系的测试与分析
7.5 小结
8 结论与展望
8.1 主要结论
8.2 展望
致谢
参考文献
附录1 攻读学位期间发表学术论文目录
附录2 多时间常数体系的恒电量线性响应方程的推导
发布时间: 2006-04-05
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