X射线计算机断层扫描技术

X射线计算机断层扫描技术

X射线计算机断层扫描 （X射线CT）[26]是一种用于获取物体三维几何形状和属性等数字信息的非破坏性技术。使用X射线照射试样，通过电脑的三维技术重建出断层影像，将断层影像层层堆叠形成立体影像，从而实现物体表面信息的可视化研究。

X射线CT技术在过去十几年中有着快速的发展，其空间分辨率和图像重建时间有相当大的改善，这从根本上提高了从3D图像中收集到的信息水平[27]。X射线CT可以获取材料表面的3D图像并进行定量分析，进而从图像中提取相应的腐蚀信息参数，目前已成为材料腐蚀领域常用的研究工具[28-30]。

X射线CT技术由于能够通过在连续的3D图像之间进行比较，量化材料的结构演变并进行建模，已被应用于金属腐蚀原位监测领域。Almuaili等[31]通过使用微型三电极电化学体系结合X射线CT原位研究了304L不锈钢在腐蚀介质中的3D点蚀动力学，其装置如图5所示。通过原位观察到3个离散蚀坑的形成，获得了3D蚀坑生长动力学。认为使用X射线CT获得的蚀坑体积与使用Faraday定律计算的金属溶解体积有着良好的拟合性。由X射线CT测量的蚀坑表面积大于通过假设为半球形生长的蚀坑计算所得的表面积，而且蚀坑的形状接近细长的碟形而不是完美的半球形，实验过程的原位X射线CT图像如图6所示。

图5 用于304L不锈钢试样原位X射线断层扫描实验的可施加应变的微型电化学系统和X射线CT原位装置[31]

Fig.5 Photo of the miniature electrochemical cell with the capability to apply strain to a type 304L stainless steel wire sample in in-situ X-ray tomography experiment (a) and in-situ cell used in X-ray CT experiment (b)[31]

图6   第一次电化学极化扫描后试样的X射线CT图像，第二次电位-动态极化扫描后的X射线CT图像和试样的SEM像[31]

Fig.6 Reconstructed X-ray CT images of the wire sample after the 1st electrochemical polarization scan (a) and the 2nd potentio-dynamic polarization scan (b) and SEM image of the sample with three pits (c)[31]

利用X射线CT可以原位获得腐蚀的三维形貌图像，对腐蚀进行数量和形态的三维表征，从而可以研究导致腐蚀坑生长甚至形成裂纹的因素。Almuaili等[32]利用X射线CT成像技术原位研究了在应变和电化学极化协同作用下304L不锈钢腐蚀坑的再活化现象，获得了电化学极化对微坑形态和溶解动力学影响的三维信息。认为蚀坑的再活化过程与直接相邻的新蚀坑的形成有关。？rnek等[33]对暴露于含氯化物的大气环境中的2202和2205双相不锈钢进行了比较，用X射线CT原位观测研究了其腐蚀行为。通过三维可视化表征，认为两种双相不锈钢都出现了大气氯化物诱导的SCC，其裂纹扩展深度达到了100 μm；且2205不锈钢的腐蚀更局部化并且优先在深度方向发生；而2202不锈钢的腐蚀主要沿着金属表面，产生更大面积的表面腐蚀。

X射线CT作为目前较为先进的表征技术，应用在腐蚀原位研究领域中的特点是可以对腐蚀的数量和形态进行实时三维表征，从而提供腐蚀演变的位置、程度和动力学等非破坏性原位信息。通过原位X射线CT测量，能够对局部腐蚀进行可视化和量化研究，获得腐蚀深度、表面腐蚀面积、腐蚀体积和局域腐蚀速率等参数，所得数据为构建材料寿命预测模型提供可靠的信息。

转载请注明精川材料检测地址：www.jctest.vip