氢探针腐蚀检测技术

石油天然气输送管线、锅炉酸洗过程由于腐蚀析氢使得原子氢在没有形成氢分子之前就已经渗入钢铁的内部，使其内部原子氢的浓度不断增加，原子氢在钢的内部积累导致钢制设备的韧性下降脆性增加，产生氢损伤并引发突发性恶性破坏事故。因此工业上需要有一种智能型原子氢探测技术来检测或监检测钢铁结构中氢腐蚀的速率，钢铁中原子氢的含量，并显示设备内部由于氢的积集将要发生腐蚀破坏的危险性。

对于氢渗透速率，简单的方法可以采用恒电位方式进行，如果需要在阴极面进行充氢，则必须采用下面的 Devanathan-Stachurski 特 殊 装 置。

Devanathan-Stachurski 发明测定金属中原子氢的扩散速率的电化学方法见图 1 所示，测量装置是由两个互不相通的电解池组成左端是充氢室（阴极室），电解充氢时试样的 C 面是施加的是阴极电流ic, 发生反应 H++e → H，产生原子氢一部分复合成分子氢放出，另一部分扩散进入试样内部；试样 A 端是另一电解池的阳极，当加上阳极恒定电位后，从 C面扩散过来的氢原子在试样的 A 面被电氧化，即 H-e → H+ 而产生阳极电流 ia.

如果不存在表面反应 H+H → H2（通过在碳钢表面镀钯或镀镍以及加上足够大的阳极电位就可抑制表面反应的进行），则经过一定的时间后从 C 面产生的原子氢在到达 A 面后将全部被氧化，即试样 A 面上的原子氢的浓度 cA=0,这时原子氢的氧化电流 Ia 达到最大值称为稳态电流密度用 Imax 表示，故达到稳态时根据 Fick 第一定律得式中：

F 为法拉第常数；D 为扩散系数；Δx=L 为试样的厚度，cA=c1=0, 因为 A 端 H 原子已全部氧化成为 H+;c0=cC 是充氢端浓度，当充氢电流 Ic 恒定时，它也是常数，故式（1）也可写成：Imax=FDc0/L, 或 c0=L*Imax/DF通过测量渗氢电流密度 Imax, 即可由式（2）计算出钢中的原子氢的浓度。

找到渗氢曲线中 It/Imax=0.63 所对应的滞后时间 tL，代入公式 D=L2/6tL，来计算不同温度下的扩散系数 D 值，典型的渗氢电流曲线如图 2 所示。

测量研究电极与辅助电极间的电流可得到氢渗电流与时间的关系曲线，分析该曲线可得到氢在金属中的扩散系数、材料中的氢浓度、氢陷阱数以及氢致开裂的行为等；测量阴极超电位并绘制超电位与时间的关系曲线，结合氢渗电流与时间的关系曲线可分析材料出现异常氢致开裂时氢在材料内部的行为机理。

（图2.氢渗透电流曲线示意图）

（图3.氢渗透探针示意图）