電化學(xué)噪聲 （EN） 是指電化學(xué)動(dòng)力系統(tǒng)演化過(guò)程中系統(tǒng)狀態(tài)參量 （電極電位、外測(cè)電流密度等） 的隨機(jī)非平衡波動(dòng)現(xiàn)象[1]。EN技術(shù)能夠原位、連續(xù)、無(wú)損地監(jiān)測(cè)局部腐蝕萌生與發(fā)展，將其應(yīng)用于腐蝕監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的關(guān)鍵是通過(guò)合適的信號(hào)處理方法提取有效的特征參數(shù)，然后關(guān)聯(lián)其與特定腐蝕機(jī)制或腐蝕發(fā)展過(guò)程。國(guó)內(nèi)外有學(xué)者[1,2,3,4,5]針對(duì)EN技術(shù)在腐蝕領(lǐng)域的研究進(jìn)行了綜述，然而他們更多關(guān)注的是EN技術(shù)在點(diǎn)蝕、涂層等方面的研究，對(duì)應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂 （SCC） 關(guān)注較少，這一定程度上限制了EN在SCC研究中的應(yīng)用。鑒于此，本文首先以評(píng)價(jià)腐蝕機(jī)制為背景介紹了EN信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，然后綜述了SCC研究中EN的測(cè)試方法及信號(hào)處理技術(shù)，最后討論了EN原位監(jiān)測(cè)高溫高壓水SCC的研究狀況和存在的主要問(wèn)題。

1 EN信號(hào)處理技術(shù)

       EN信號(hào)通常是電位和電流的時(shí)間序列，這些時(shí)間序列中包含了豐富的與腐蝕機(jī)制相關(guān)的信息。最早人們嘗試通過(guò)觀察時(shí)間序列特征建立EN信號(hào)與腐蝕類型之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。這種方法簡(jiǎn)單有效，例如鈍化態(tài)具有類似白噪聲特征，亞穩(wěn)態(tài)點(diǎn)蝕往往對(duì)應(yīng)成對(duì)電位和電流暫態(tài)，而穩(wěn)態(tài)點(diǎn)蝕的發(fā)生會(huì)伴隨著電位噪聲急劇降低、電流噪聲迅速增加等等。然而，許多情況下暫態(tài)混疊以及腐蝕系統(tǒng)的非周期性特點(diǎn)會(huì)使EN信號(hào)復(fù)雜化，單一觀察并不有效，因此多年來(lái)人們不斷提出新的方法處理EN信號(hào)。

1.1 統(tǒng)計(jì)分析

       早期人們通過(guò)對(duì)噪聲時(shí)間序列進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，提取一些有用的特征參數(shù)。這些參數(shù)包括平均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差、偏度、峰度以及由這些參數(shù)演繹而來(lái)的指標(biāo)，比如：局部因子、點(diǎn)蝕因子、關(guān)聯(lián)系數(shù)、噪聲電阻等。

       標(biāo)準(zhǔn)偏差及其演繹參數(shù)：一般而言，標(biāo)準(zhǔn)偏差與噪聲信號(hào)中暫態(tài)數(shù)目和幅度有關(guān)[6]，暫態(tài)數(shù)目越多，幅度越大，標(biāo)準(zhǔn)偏差越大，反之亦然。電流噪聲暫態(tài)一般與局部腐蝕事件相關(guān)，而電位噪聲暫態(tài)則由局部腐蝕事件和膜雙電層電容所決定[7]。鈍化態(tài)由于暫態(tài)的缺失，標(biāo)準(zhǔn)偏差很小，點(diǎn)蝕則往往對(duì)應(yīng)高標(biāo)準(zhǔn)偏差，而均勻腐蝕具有高幅度電流暫態(tài)和低雙電層電容特征，因此其電位標(biāo)準(zhǔn)偏差很小而電流標(biāo)準(zhǔn)偏差很大。噪聲電阻定義為電位標(biāo)準(zhǔn)偏差除以電流標(biāo)準(zhǔn)偏差，因而均勻腐蝕具有低噪聲電阻，鈍化態(tài)具有高噪聲電阻，而局部腐蝕的噪聲電阻則居于中間。需要注意的是，標(biāo)準(zhǔn)偏差和噪聲電阻均是有量綱參數(shù)，其在不同體系中的統(tǒng)一判別標(biāo)準(zhǔn)值得商榷。

       根據(jù)平均值可以簡(jiǎn)單快速判定腐蝕機(jī)制：高的電流噪聲平均值預(yù)示著腐蝕比較嚴(yán)重。偏度反映信號(hào)的不對(duì)稱性，峰度反映信號(hào)中快速暫態(tài)的存在，通常局部腐蝕可以造成高的偏度和峰度[8]。盡管統(tǒng)計(jì)參數(shù)可以快速監(jiān)測(cè)腐蝕，但仍存在一些問(wèn)題。首先，統(tǒng)計(jì)特征參數(shù)與直流漂移去除密切相關(guān)，合適的直流分量去除一定程度上決定了統(tǒng)計(jì)參數(shù)的判別效果。值得關(guān)注的是，直流漂移去除以后，平均值是否可以作為有效監(jiān)測(cè)指標(biāo)仍需考察。其次，計(jì)算統(tǒng)計(jì)參數(shù)時(shí)每部分包含的采樣點(diǎn)可能會(huì)對(duì)判別效果有一定影響，目前普遍接受間隔為512~1024 s。另外，很多時(shí)候統(tǒng)計(jì)參數(shù)具有很大的離散型，這會(huì)給決策者帶來(lái)一定的困擾。

1.2 頻域及時(shí)-頻分析

        將時(shí)域信號(hào)通過(guò)傅里葉變換 （FFT） 或者最大熵方法 （MEM） 轉(zhuǎn)化為頻域信號(hào)進(jìn)行功率譜密度 （PSD） 分析是信號(hào)分析中常用手段，腐蝕研究者關(guān)注的重點(diǎn)則是PSD中哪些參數(shù)可以與腐蝕機(jī)制建立有效關(guān)聯(lián)。目前普遍認(rèn)為，PSD中低頻平臺(tái)、截止頻率和低頻衰減斜率可以用來(lái)進(jìn)行腐蝕監(jiān)測(cè)。Cheng等[9]認(rèn)為低頻衰減斜率可以和不同的暫態(tài)類型建立關(guān)聯(lián)。Cottis等[10]發(fā)現(xiàn)截止頻率可以用來(lái)評(píng)價(jià)腐蝕機(jī)制。低頻平臺(tái)一般與信號(hào)強(qiáng)度密切相關(guān)，一些學(xué)者則提出截止頻率和低頻衰減斜率配合低頻平臺(tái)一起使用可能更加有效[11]。另外值得一提地是，頻域分析最大貢獻(xiàn)可能在于譜噪聲電阻的計(jì)算，譜噪聲電阻定義為電位噪聲PSD除以電流噪聲PSD。相比于時(shí)域噪聲電阻，譜噪聲電阻類似于阻抗模值具有頻率依賴性質(zhì)，從而可以在不同頻率段進(jìn)行分析，可一定程度地消除高頻噪聲干擾。Bertocci等[12]認(rèn)為理論上低頻噪聲阻抗和低頻阻抗模值具有可比性。

       進(jìn)行頻域分析時(shí)一個(gè)重要假設(shè)是信號(hào)需滿足周期性條件，而腐蝕過(guò)程產(chǎn)生的噪聲信號(hào)顯然無(wú)法嚴(yán)格滿足。因此，一些學(xué)者提出了利用小波變換或者Hilbert-Huang變換進(jìn)行時(shí)-頻分析，其中前者更是被腐蝕研究者稱為“腐蝕指紋”。一般通過(guò)離散小波變換后獲得小波系數(shù)能量分布圖，通過(guò)能量分布圖可以了解主導(dǎo)腐蝕事件的時(shí)間尺度，從而判別腐蝕機(jī)制。鈍化屬于高頻事件，均勻腐蝕對(duì)應(yīng)低頻尺度，而點(diǎn)蝕屬于中低頻事件[13]。另外，一些學(xué)者認(rèn)為小波熵也可以用來(lái)判斷腐蝕機(jī)制[14]。對(duì)于Hilbert-Huang變換，Homborg等[15,16]在評(píng)價(jià)腐蝕機(jī)制、微生物腐蝕監(jiān)測(cè)等方面開(kāi)展了一些研究。如Homborg所言，Hilbert-Huang可能是一種更加有效的EN分析方法，然而目前仍沒(méi)有充分證據(jù)表明Hilbert-Huang在判定腐蝕機(jī)制方面比小波分析有本質(zhì)提升。

1.3 散粒噪聲

       散粒噪聲理論認(rèn)為腐蝕是由一系列短時(shí)、恒電荷的事件所組成。通過(guò)散粒噪聲理論可以從EN信號(hào)中提取出兩個(gè)特征參量：特征頻率 （fn） 和特征電荷 （q） 進(jìn)行腐蝕機(jī)制的判定[8]。一般認(rèn)為fn與腐蝕事件發(fā)生頻率有關(guān)，而q與單個(gè)腐蝕事件產(chǎn)生電荷相關(guān)。利用fn和q的二維交互圖可以快速判斷腐蝕機(jī)制：均勻腐蝕具有大q、大fn；局部腐蝕，比如點(diǎn)蝕具有大q、小fn；而鈍化具有小q、大fn。盡管散粒噪聲參數(shù)有一定的物理意義，其本質(zhì)類似于統(tǒng)計(jì)參量和PSD分析結(jié)合的產(chǎn)物，二者在判別效果上具有相似之處。同時(shí)應(yīng)注意的是，類似于噪聲電阻，散粒噪聲特征參數(shù)在判斷腐蝕機(jī)制時(shí)依靠的是不同腐蝕機(jī)制量值的差異，其在不同腐蝕體系中的判別效果同樣值得考究。

1.4 混沌分析

       混沌分析屬于非線性分析方法范疇。不同于時(shí)-頻方法關(guān)注事件的時(shí)間尺度，混沌分析更多關(guān)注的是隨機(jī)信號(hào)的決定性行為?；煦绶治鲆话銓r(shí)域信號(hào)經(jīng)過(guò)相空間重構(gòu)獲取其系統(tǒng)軌跡，然后剝離出一些特征參數(shù)進(jìn)行分析。Xia等[17]利用混沌分析對(duì)316L不銹鋼的典型腐蝕機(jī)制進(jìn)行了判別，發(fā)現(xiàn)關(guān)聯(lián)維數(shù)可以較好的將點(diǎn)蝕從均勻腐蝕和鈍化中區(qū)分。此外，一些學(xué)者嘗試?yán)眠f歸圖和定量遞歸分析對(duì)EN信號(hào)進(jìn)行解析。一些遞歸參量比如遞歸率、決定率、香儂熵等在判別腐蝕機(jī)制、監(jiān)測(cè)局部腐蝕動(dòng)力學(xué)過(guò)程等方面顯示出很強(qiáng)的能力。Hou等[18]利用定量遞歸方法結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)對(duì)Q235鋼不同腐蝕機(jī)制進(jìn)行了區(qū)分，發(fā)現(xiàn)通過(guò)遞歸參量建立的機(jī)器學(xué)習(xí)模型可以很好區(qū)分均勻腐蝕、點(diǎn)蝕和鈍化。Hou等的工作基于統(tǒng)計(jì)分析，而對(duì)遞歸參量的物理意義關(guān)注較少。García-Ochoa等[19]利用定量遞歸分析研究了銅的點(diǎn)蝕動(dòng)力學(xué)過(guò)程，發(fā)現(xiàn)決定率越高，點(diǎn)蝕傾向越大，而決定率接近于0則對(duì)應(yīng)隨機(jī)信號(hào)。Yang等[20]認(rèn)為決定率越高越容易穩(wěn)態(tài)點(diǎn)蝕，而遞歸率與點(diǎn)蝕形核相關(guān)。Zhang等[21]研究了304不銹鋼在不同濃度FeCl3溶液中點(diǎn)蝕行為，發(fā)現(xiàn)亞穩(wěn)態(tài)點(diǎn)蝕具有高遞歸率和決定率，而穩(wěn)態(tài)點(diǎn)蝕遞歸率和決定率均偏低。可見(jiàn)，目前遞歸變量和點(diǎn)蝕動(dòng)力學(xué)過(guò)程之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)仍不清晰，這可能是由于不同材料體系點(diǎn)蝕所產(chǎn)生EN信號(hào)有所差異。未來(lái)需要對(duì)不同材料體系進(jìn)行系統(tǒng)研究以獲取統(tǒng)一判據(jù)。

2 EN原位監(jiān)測(cè)應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂 （SCC）

2.1 EN測(cè)試方法

       美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì) （ASTM） 建議了實(shí)驗(yàn)室EN測(cè)試的三電極體系：兩個(gè)名義相同的電極作為工作電極通過(guò)零電阻電流計(jì) （ZRA） 耦合測(cè)試電流噪聲，其中一個(gè)工作電極與低噪聲參比電極連接測(cè)試電位噪聲。然而在SCC實(shí)驗(yàn)中一個(gè)工作電極施加應(yīng)力模擬SCC，這顯然無(wú)法滿足標(biāo)準(zhǔn)EN測(cè)試體系。目前，SCC研究中使用的電極體系有兩種。一是偽傳統(tǒng)方法。這種方法基本和上述傳統(tǒng)測(cè)試方式類似：加應(yīng)力試樣為一個(gè)工作電極，用同材質(zhì)、同大小或者大小一定比例的試樣作為另一個(gè)工作電極。這種方法最接近標(biāo)準(zhǔn)建議方法，目前使用最多。但值得注意的是它屬于非對(duì)稱電極體系，那么在進(jìn)行后續(xù)信號(hào)分析時(shí)一些針對(duì)對(duì)稱電極體系的特征參數(shù)可能會(huì)不適用。二是電化學(xué)發(fā)射譜方法。這種方法要求一個(gè)工作電極為施加應(yīng)力試樣，另一個(gè)工作電極為微陰極，例如很小的鉑絲。微陰極的存在對(duì)加應(yīng)力試樣造成的極化影響基本可以忽略不記，因此可以進(jìn)行準(zhǔn)原位研究。這種方法最早由Chen等[22]提出。Wang等[23]和Du等[24]在點(diǎn)蝕或者SCC研究中使用了此種方法。然而，一些研究[25,26]認(rèn)為這種方法的理論基礎(chǔ)存在缺陷。

       實(shí)際上無(wú)論哪種測(cè)試方法，在利用EN技術(shù)進(jìn)行SCC監(jiān)測(cè)時(shí)，關(guān)鍵在于應(yīng)使加應(yīng)力試樣SCC產(chǎn)生的陽(yáng)極電荷盡可能經(jīng)過(guò)ZRA在另一個(gè)工作電極上消耗，從而形成可偵測(cè)的噪聲信號(hào)。在SCC研究中EN電極體系應(yīng)盡量?jī)?yōu)化以使電流效率提高，從而盡可能完全反映出SCC裂紋萌生與擴(kuò)展事件。因此在開(kāi)展EN監(jiān)測(cè)SCC的實(shí)驗(yàn)中，施加應(yīng)力工作電極的處理是一個(gè)需要重點(diǎn)關(guān)注的地方。一般需采取一些絕緣手段比如涂抹面漆、環(huán)氧樹(shù)脂粉末，盡可能只將標(biāo)距段暴露于電解質(zhì)溶液中從而將電流效率最大化。另外，Kovac等[27]工作表明：面漆邊緣最好避開(kāi)標(biāo)距段，這樣可以排除縫隙腐蝕的影響。

2.2 EN信號(hào)解析

2.2.1 時(shí)域分析

       相比于點(diǎn)蝕的EN研究，SCC過(guò)程EN信號(hào)研究相對(duì)較少，且目前大部工作集中于將EN時(shí)域特征與SCC萌生與擴(kuò)展過(guò)程相關(guān)聯(lián)。一些學(xué)者認(rèn)為EN信號(hào)的直流分量可以與SCC動(dòng)力學(xué)過(guò)程關(guān)聯(lián)。Kovac等[28]利用多種原位手段包括EN、聲發(fā)射 （AE） 和形貌觀察研究了敏化態(tài)304不銹鋼缺口板狀試樣在硫代硫酸鈉溶液中恒載荷加載SCC動(dòng)力學(xué)過(guò)程，發(fā)現(xiàn)電流噪聲的直流分量隨著溶解強(qiáng)度增加而增加，并且直流分量與活性裂紋溶解產(chǎn)生的陽(yáng)極區(qū)域面積有很好的關(guān)聯(lián)。Bolivar等[29]對(duì)敏化600鎳基合金的研究認(rèn)為恒載荷加載下SCC遵循裂紋萌生數(shù)目快速增加、裂紋萌生與裂紋纏結(jié)競(jìng)爭(zhēng)活性裂紋數(shù)目達(dá)到峰值、裂紋纏結(jié)和遮蔽效應(yīng)占據(jù)主導(dǎo)活性裂紋數(shù)目下降的動(dòng)力學(xué)過(guò)程，同時(shí)EN監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示：電位噪聲開(kāi)始快速下降隨后趨于穩(wěn)定，電流噪聲開(kāi)始維持較高水平隨后下降，這與SCC動(dòng)力學(xué)過(guò)程一致，因此他們認(rèn)為EN直流趨勢(shì)可以反映SCC動(dòng)力學(xué)過(guò)程。此外對(duì)于EN信號(hào)直流部分的物理意義，Macdonald等[30]研究了敏化態(tài)304不銹鋼緊湊拉伸 （CT） 試樣在硫代硫酸鈉溶液中的SCC裂紋擴(kuò)展行為，發(fā)現(xiàn)耦合電流噪聲水平與應(yīng)力強(qiáng)度因子和敏化程度具有很強(qiáng)關(guān)聯(lián)，而應(yīng)力強(qiáng)度因子和敏化程度在一定程度上決定了SCC裂紋擴(kuò)展速率，因此認(rèn)為利用耦合電流噪聲水平可以表征裂紋擴(kuò)展速率，然而目前仍缺乏二者之間的定量模型。

       盡管上述研究表明直流趨勢(shì)可能包含反映SCC動(dòng)力學(xué)過(guò)程的信息，但直流趨勢(shì)影響因素復(fù)雜，使得EN直流趨勢(shì)與SCC關(guān)聯(lián)的可靠性值得商榷。例如：上述研究均針對(duì)恒載荷加載，如果使用慢應(yīng)變速率加載，那么塑性變形會(huì)對(duì)信號(hào)直流趨勢(shì)產(chǎn)生影響；另外電化學(xué)體系長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的漂移也會(huì)對(duì)信號(hào)解釋帶來(lái)一定困擾。因此，開(kāi)展類似研究時(shí)應(yīng)注意加載方式的選擇以及正式加載前電化學(xué)體系的穩(wěn)定時(shí)間。

       正是由于EN直流部分包含很多不確定性，因此大部分EN研究將直流部分去除，只關(guān)注信號(hào)的暫態(tài)特性。關(guān)于EN信號(hào)直流分量去除方法已有很多研究[31]，這里不再贅述。將EN暫態(tài)與SCC關(guān)聯(lián)的重點(diǎn)是理解特殊SCC行為會(huì)產(chǎn)生何種特征暫態(tài)。大量研究均發(fā)現(xiàn)：SCC過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生典型的快速上升和緩慢下降電流暫態(tài)，這與點(diǎn)蝕非常相似[32,33,34,35]。對(duì)于此種暫態(tài)人們利用膜破裂模型進(jìn)行解釋，一般認(rèn)為這種暫態(tài)預(yù)示著裂紋萌生。通過(guò)對(duì)暫態(tài)特征包括持續(xù)時(shí)間、形狀、積分電量等進(jìn)行分析，研究者嘗試將不同暫態(tài)類型與一些特定的物理過(guò)程，比如韌帶撕裂、裂紋沿晶界擴(kuò)展、裂紋纏結(jié)等對(duì)應(yīng)。Watanabe等[36]研究了不同敏化程度的304不銹鋼慢應(yīng)變速率加載下SCC過(guò)程的EN特征，發(fā)現(xiàn)低敏化和高度敏化程度試樣加載過(guò)程暫態(tài)很少，但高度敏化試樣一旦屈服，電流噪聲迅速增加，這可能和裂紋萌生和快速穩(wěn)態(tài)擴(kuò)展有關(guān)；而中等程度敏化試樣屈服以后出現(xiàn)大量暫態(tài)伴隨電流基線增加，這種特征和碳鋼亞穩(wěn)態(tài)點(diǎn)蝕向穩(wěn)態(tài)點(diǎn)蝕轉(zhuǎn)變極其類似，似乎對(duì)應(yīng)于亞穩(wěn)態(tài)微裂紋向穩(wěn)態(tài)裂紋擴(kuò)展；同時(shí)他們嘗試將暫態(tài)幅度與微裂紋尺度對(duì)應(yīng)，發(fā)現(xiàn)這些暫態(tài)可能與長(zhǎng)度10 μm的裂紋相關(guān)。Leban等[37]研究了敏化態(tài)304不銹鋼緩慢增加載荷加載下SCC過(guò)程EN信號(hào)的暫態(tài)特征，發(fā)現(xiàn)了兩種暫態(tài)：一種具有長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間，另一種持續(xù)時(shí)間較短。他們認(rèn)為短持續(xù)時(shí)間暫態(tài)是由于金屬韌帶機(jī)械撕裂露出新鮮表面造成，長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間暫態(tài)則是由于SCC裂紋沿晶擴(kuò)展造成。Breimesser等[38]研究了類似體系恒載荷加載SCC過(guò)程的EN特征，認(rèn)為大于0.1 μA的臺(tái)階式電流暫態(tài)預(yù)示著裂紋的擴(kuò)展；同時(shí)發(fā)現(xiàn)快速上升和持續(xù)數(shù)千秒下降的暫態(tài)可以對(duì)應(yīng)于單個(gè)沿晶應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂裂紋的萌生和擴(kuò)展，而其他暫態(tài)則對(duì)應(yīng)亞穩(wěn)態(tài)點(diǎn)蝕、裂紋纏結(jié)或者裂紋擴(kuò)展。

2.2.2 其他分析

       如前所述，EN信號(hào)處理技術(shù)除了時(shí)域分析之外，還包括頻域、時(shí)-頻、混沌分析等。針對(duì)SCC產(chǎn)生的EN信號(hào)，一些研究者嘗試多角度分析這些信號(hào)，試圖提取簡(jiǎn)單的特征參數(shù)，從而有效監(jiān)測(cè)SCC，然而目前仍未形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。Anita等[39]對(duì)316不銹鋼U彎試樣在NaCl溶液中SCC過(guò)程的EN信號(hào)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)和PSD分析，發(fā)現(xiàn)電位噪聲標(biāo)準(zhǔn)偏差和噪聲電阻可以區(qū)分裂紋萌生與擴(kuò)展，而PSD低頻衰減斜率似乎對(duì)于SCC意義不大。Calabrese等[40]發(fā)現(xiàn)，恒載荷加載下散粒噪聲累積特征電荷可以很好的判定SCC孕育期、裂紋萌生和小裂紋擴(kuò)展、穩(wěn)態(tài)裂紋擴(kuò)展和最終塑性斷裂。García-Ochoa等[41]則嘗試使用EN信號(hào)定量遞歸方法對(duì)316不銹鋼環(huán)境促進(jìn)開(kāi)裂進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)在整個(gè)監(jiān)測(cè)周期內(nèi)點(diǎn)蝕產(chǎn)生的EN信號(hào)的決定率都很高，而一旦有裂紋形成則會(huì)使決定率降低；隨著裂紋擴(kuò)展決定率會(huì)再次升高。對(duì)于SCC產(chǎn)生EN信號(hào)的時(shí)-頻域特征目前未見(jiàn)明確報(bào)道。

3 EN監(jiān)測(cè)高溫高壓水SCC

       我國(guó)目前正在大力發(fā)展核電，設(shè)備服役安全是影響核電發(fā)展的關(guān)鍵因素。核電結(jié)構(gòu)材料長(zhǎng)期服役高溫高壓且具有放射性水溶液中，腐蝕損傷特別是SCC時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重威脅核電站的安全運(yùn)行。發(fā)展有效在線監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)于保障核電站安全運(yùn)行意義重大。核電材料特殊的服役環(huán)境限制了可以采用的監(jiān)測(cè)手段非常有限，而SCC的電化學(xué)本質(zhì)與EN技術(shù)的連續(xù)、無(wú)損等特點(diǎn)決定了EN技術(shù)在監(jiān)測(cè)核電設(shè)備SCC方面的潛在能力。針對(duì)EN監(jiān)測(cè)高溫高壓水SCC，國(guó)外有少數(shù)研究組開(kāi)展了相關(guān)工作，而國(guó)內(nèi)在這方面的研究仍十分缺乏。

       90年代Stewart等[42]，Manahan和MacDonald[43]開(kāi)創(chuàng)性將EN技術(shù)應(yīng)用于高溫高壓水SCC研究中，探索了EN監(jiān)測(cè)高溫高壓水環(huán)境SCC的可行性。Stewart等[42]在模擬沸水堆 （BWR） 環(huán)境中成功監(jiān)測(cè)到了敏化304不銹鋼SCC過(guò)程產(chǎn)生的噪聲暫態(tài)信號(hào)，通過(guò)將暫態(tài)信號(hào)與裂紋特征關(guān)聯(lián)奠定了EN技術(shù)在監(jiān)測(cè)高溫高水SCC裂紋萌生的可能性；Manahan和MacDonald[43]則更多關(guān)注EN技術(shù)在監(jiān)測(cè)SCC裂紋擴(kuò)展速率方面的能力。Manahan和MacDonald基于環(huán)境耦合模型成功實(shí)現(xiàn)了敏化304不銹鋼CT試樣在BWR環(huán)境中SCC產(chǎn)生的電流噪聲與應(yīng)力強(qiáng)度因子之間的關(guān)聯(lián)，證明了EN技術(shù)監(jiān)測(cè)高溫高壓水SCC裂紋擴(kuò)展的能力。

       此后，其他學(xué)者陸續(xù)對(duì)EN技術(shù)監(jiān)測(cè)高溫高壓水SCC的能力進(jìn)行了研究。不同工作各有創(chuàng)新之處，共同推進(jìn)了EN技術(shù)在高溫高壓水環(huán)境中的應(yīng)用。Watanabe等[44]研究了EN在壓水堆 （PWR） 環(huán)境中的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)高壓泵引起的周期性波動(dòng)是產(chǎn)生環(huán)境噪聲的主要因素，同時(shí)他們將噪聲信號(hào)與滑移溶解和氫致開(kāi)裂機(jī)制關(guān)聯(lián)。Arganis-Juarez等[45]系統(tǒng)研究了固溶和敏化304不銹鋼在BWR環(huán)境中SCC過(guò)程的EN信號(hào)，重點(diǎn)關(guān)注了穿晶SCC和沿晶SCC的暫態(tài)特征。Kim等[46]利用EN技術(shù)監(jiān)測(cè)了600鎳基合金Pb致SCC，他們工作的貢獻(xiàn)在于利用EN信號(hào)隨機(jī)分析方法將SCC過(guò)程從高溫高壓水氧化膜形成過(guò)程中區(qū)分出來(lái)，同時(shí)對(duì)SCC進(jìn)行了定量比較。近期Paul Scherrer Institute （PSI） 實(shí)驗(yàn)室重新考察了EN技術(shù)監(jiān)測(cè)高溫高壓水SCC的能力[47,48]，他們的研究結(jié)果強(qiáng)調(diào)了參比電極位置在監(jiān)測(cè)電位暫態(tài)中的重要意義。由于高溫純水或者硼鋰溶液低電導(dǎo)率的特質(zhì)，實(shí)驗(yàn)中參比電極應(yīng)盡量靠近裂紋尖端以使開(kāi)裂事件盡可能在電位噪聲中反映出來(lái)。常規(guī)外置壓力平衡Ag/AgCl顯然無(wú)法達(dá)到這個(gè)要求，他們嘗試將鉑絲置于裂紋口附近。同時(shí)他們的另一個(gè)重大貢獻(xiàn)在于嘗試使用直流電位降 （DCPD） 技術(shù)與EN信號(hào)相互驗(yàn)證[48]。盡管DCPD中直流電的存在會(huì)對(duì)EN信號(hào)產(chǎn)生干擾，但是他們的研究似乎指明了未來(lái)研究的方向。

4 存在問(wèn)題與展望

        綜上所述，EN技術(shù)具有原位監(jiān)測(cè)SCC動(dòng)力學(xué)過(guò)程的能力，具有工業(yè)化應(yīng)用的可能性，且在監(jiān)測(cè)高溫高壓水SCC方面有很好前景，但是目前這方面的研究仍存在一些問(wèn)題，主要集中于以下幾點(diǎn)：

（1） EN特征參數(shù)眾多、優(yōu)劣不一，局部腐蝕EN信號(hào)離散嚴(yán)重，將EN應(yīng)用于工業(yè)在線監(jiān)測(cè)時(shí)數(shù)據(jù)龐大，如何克服這些問(wèn)題是將EN技術(shù)推向工業(yè)化應(yīng)用必須考慮的關(guān)鍵。近期一些研究表明[49]，將EN技術(shù)與人工智能技術(shù)相結(jié)合是一個(gè)可能的方向。

（2） SCC過(guò)程中EN監(jiān)測(cè)的物理基礎(chǔ)仍不牢固，目前研究缺乏EN暫態(tài)與裂紋尺度之間明確的對(duì)應(yīng)關(guān)系。例如：EN可監(jiān)測(cè)最小裂紋尺度等。未來(lái)在小尺寸試樣上開(kāi)展系統(tǒng)研究可能是建立二者之間對(duì)應(yīng)關(guān)系的一個(gè)可能途徑。

（3） SCC過(guò)程中EN信號(hào)處理仍處于時(shí)域分析階段。將眾多先進(jìn)的EN信號(hào)處理技術(shù)應(yīng)用于SCC研究，獲取有效監(jiān)測(cè)參數(shù)仍是未來(lái)需要努力的方向。

（4） EN技術(shù)監(jiān)測(cè)高溫高壓水SCC目前國(guó)外仍處于測(cè)試方法的探索階段，國(guó)內(nèi)基本為空白。未來(lái)在提高和驗(yàn)證EN測(cè)試結(jié)果可靠性方面仍需探索，PSI實(shí)驗(yàn)室經(jīng)驗(yàn)表明，將EN技術(shù)與其他監(jiān)測(cè)手段耦合是一個(gè)有效的研究方向，而DCPD已被證明效果并不理想。嘗試將EN技術(shù)與其他高溫高壓水監(jiān)測(cè)手段如AE技術(shù)耦合或許是一種可能的途徑。

免責(zé)聲明：本網(wǎng)站所轉(zhuǎn)載的文字、圖片與視頻資料版權(quán)歸原創(chuàng)作者所有，如果涉及侵權(quán)，請(qǐng)第一時(shí)間聯(lián)系本網(wǎng)刪除。