2020-10-16
金属腐蚀会导致金属构件的使用寿命大大缩短，增加大量的维护成本。尤其是在含Cl-的海洋大气中，金属构件更易发生因腐蚀导致的失效。我国由于金属腐蚀造成的经济损失是巨大的，2014年中国的腐蚀损失达3100亿美元，占国家GDP的3.34%。点蚀作为最常见的腐蚀形式之一，对自钝化金属（如铝合金、不锈钢等）来说，是最具破坏性且最容易导致金属构件失效的腐蚀形式。研究点蚀的传统电化学方法如电化学阻抗（EIS）、电化学噪声（EN）等，无法准确表征蚀坑深度；物理方法如光学显微镜由于锈层覆盖无法精确测量蚀坑深度，而便携式深度测试仪在除锈情况下只能单个检测，且精度不高。因此，寻找一种能够精确检测金属表面蚀坑的形状和深度的检测方法具有重要意义。
Figure 1. Schematic diagram of an alloy scanned with acoustic microscopy (SAM) using tomographic acoustic microimaging (TAMI).
研究室硕士生祝钰通过超声波测试方法检测金属表面点蚀坑的形貌及深度，在无需清除锈层的情况下，利用扫描声学显微镜（SAM）对铝合金表面蚀坑进行了无损检测，使用超声层析成像技术（TAMI）得到不同剖面层的腐蚀程度和形貌图像，并将图像进行二值化处理，得到精确的腐蚀深度。图片结果表明，深色区域表示对应扫描深度的蚀坑形状，将同一蚀坑不同深度的图像联系起来，就可以得到蚀坑的具体形状。图中的圆形亮点表示已经到达蚀坑底部，对应的扫描深度就是相应的蚀坑深度，统计后可得到蚀坑不同深度的分布比例。
Figure 2. Binary image processing of the SAM image of a 7050 aluminum alloy sample under TAMI scanning (assigning all the gray values of the bright spots to 1, and the surface with no bright spot to 0).
Figure 3. Relationship between the proportion of pits and the TAMI scanning depth in the 7050 aluminum alloy.
除了可以得到点蚀坑的深度信息和总体分布外，单个点蚀坑的直径和面积可以通过C扫描图像得到。灰色区域表示了覆盖在蚀坑表面的腐蚀产物，黑色区域表示了点蚀坑的形状和大小，通过测量计算可得到该蚀坑的面积为2.4 × 10-2 mm2。这说明无论是需要宏观的点蚀分布、蚀坑深度的信息，还是微观的单个蚀坑形貌的信息，都能够进行定量无损检测。
Figure 4. A single pit in the 7050 aluminum alloy sample under C-scanning.
以上研究表明，通过扫描声学显微镜（SAM）和图像二值化处理技术能够在无损条件下定量测量金属表面点蚀坑的形状和深度，超声层析成像技术（TAMI）可以表征点蚀坑的大小和分布情况。在腐蚀的7050铝合金上检测到最大蚀坑深度约为204 μm，平均蚀坑深度为80.51 μm，通过C扫描得到的单个蚀坑图像可以测量其面积为2.4 × 10-2 mm2。这一方法为其他自钝化金属材料的点蚀定量无损检测提供了新的思路。相关成果近期发表在Corrosion Science上，通讯作者为夏大海老师。
全文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0010938X19323340?via%3Dihub
