很多从事材料腐蚀研究的朋友对腐蚀电化学噪声测试技术都不陌生,并且很多人畏之如虎,将其视为很高深的技术,看到此类文章就头疼,其原因可能在于:电化学噪声谱的解析涉及到较多的高等数学知识(比如傅里叶转换、小波分析等);电化学噪声技术是一种新兴的、正在发展中的技术,很多相关理论还不清晰,还处于争论之中,但笔者认为,造成大家对腐蚀电化学噪声技术敬畏的另一原因是对电化学噪声的本质、噪声的时-频转换分析的意义不明造成的。下面,笔者这对这几方面展开讨论。
众所周知,腐蚀是材料在服役过程中材料界面与环境介质相互作用而造成的材料性能的恶化或几何尺寸的变化,其实质是材料对服役环境介质刺激所作出的响应。人们研究材料的腐蚀行为就是研究不同材料对不同环境介质作出的响应规律。其中电化学噪声就是材料对腐蚀介质刺激所作出的响应信号之一,是金属材料在电化学腐蚀过程中电位、电流的随机非平衡波动。电化学噪声技术作为一门新兴的监监测手段在腐蚀与防护科学领域得到了长足的发展。关于腐蚀电化学噪声的测试极其简单,仅需一零阻电流计即可进行,但对其谱图的解析却很存在着很大的困难和争议,张鉴清和曹楚南先生曾在《中国腐蚀与防护学报》(2001年)上连续发表了关于电化学噪声分析的综述性的文章,对当前电化学噪声技术的发展和遇到的挑战做了很全面的报道。关于电化学噪声图谱的解析主要有两类:时域解析和频域解析。
实际上,所有的关于腐蚀电化学噪声频域上的分析均基于傅立叶变换,只不过针对傅立叶变换对于低频和高频信号分辨率方面不能兼顾进行了多方面的完善。
电化学腐蚀从微观上来说是以单个原子的得失电子来进行的,从宏观上来讲,局部腐蚀如点蚀,具有孕育、亚稳态、死亡周期性生长的特征,微观意义上的电化学腐蚀(均匀)进行的速度较快,也就是进行的频率较高;而点蚀周期性进展较慢,频率较低。这种宏、微观的腐蚀电化学过程交织在一起构成了材料不同类型的腐蚀。为了更准确的监测不同类型的腐蚀,很多学者在快速傅里叶转换的基础上,将小波分析等转换方法引入电化学噪声分析,是的腐蚀电化学噪声分析理论日趋完善。
总之,腐蚀电化学噪声技术是一种新兴的、有待发展完善的技术。通过对电化学时域和频域的分析,可以得到关于材料腐蚀性能的非常丰富的信息。尽管电化学噪声分析,尤其是时-频转换,涉及到令人眼晕的傅里叶转换方程、小波分析等,但对这些方程、积分的求解早已解决,并且已有专门的软件(如Matlab)。因此,大家在阅读相关文章时,不必在这些数学公式上耗费时间,只需关注作者使用的是何中时-频转换技术?相比快速傅里叶转换有何中改进或优势?经这种技术转换后,可以获得哪些关于材料腐蚀的可靠新信息?