电位差法（共9篇）
电位差法 篇1
1 电流对油气管道的腐蚀性问题
随着我国经济的不断发展, 各种的民生工程不断的建设。然而, 在我国电气化建设的过程中, 诸多领域的发展有着严重的矛盾。尤其是高压电力、铁路等电气化工程的建设, 其已经形成了一定的网络线。在这些电气化的网络线下, 极易造成油气管道的电腐蚀性问题, 而且电腐蚀的速率比较一般的腐蚀要快速。
管道深埋至土层之中, 土层的金属元素是良好的导电体, 一旦在管道的两端形成电位差, 就容易使得管道表面出现电腐蚀的问题。在现代的高压电线之下, 容易产生感应电流, 这些电流延伸至土层之中, 进而造成管道的电腐蚀。管道在输送的过程中, 一旦出现电腐蚀现象, 就容易造成管道表面出现空洞等问题, 进而加速了管道的老化。
在诸多的情形下, 交流电流造成的管道电腐蚀性问题比较的难以处理。主要是, 一旦发生交流电腐蚀, 其漏电的管道位置难以确定, 进而难以很好的做到应急。所以, 一旦出现交流电腐蚀的问题, 一般都要采取牺牲阳极来保护阴极的办法, 以便很好的控制电腐蚀的发生。而且该种方法主要通过切断管道的循环电流, 进而阻止了管道电腐蚀的进行。
2 管道的阴极保护
在油气管道的输送中, 电腐蚀的问题比较常见。因此, 在进行管道的保护时, 一般采用阴极保护法。阴极保护法最为一种电化学保护法, 其主要是通过人为的外加电流, 进而使得被腐蚀的管道成为阴极, 从而有效的组织利润电化学道德发生, 也就阻碍了管道的腐蚀。阴极保护的防腐法, 主要有牺牲阳极的阴极保护法、强制电压的阴极保护法两种。而其中的牺牲阳极保护法, 在电化学防腐中比较的常用。主要因为高压线路造成的交流电流容易形成磁场。磁场进入土壤之中, 容易对管道表面形成电流, 进而出现电腐蚀的问题发生。
3 基于电位差法的漏电点的检查
电位差法就是在阴极保护中, 通过测量管道的电位差, 由经精确的计算, 进而很好的确定漏电的具体位置。在进行有效的检查中, 主要通过电流在管道周围形成电磁场, 进而根据磁场的衰减情况, 来确定管道的腐蚀情况, 如果管道的腐蚀程度越严重, 说明在该处发生了漏电的问题, 进而对该处进行有效的处置。
在漏电的检查过程中, 其检查的电流衰减会随着腐蚀的状况, 形成一定的电位梯度。而且, 在电位差的检查下, 检查的电流在正常管道上的衰减比较的缓慢, 而一旦遇到漏电的位置时, 其检查的电流会迅速的衰减。因此, 通过这种电流检查过程中的电位衰减差, 来确定漏电的位置。也就是说, 在漏电处得管道, 其周围的会形成较大的感应磁场, 这主要是因为漏电处得电流急剧下降, 造成了比较大的感应电流产生。同时, 基于电位差而形成的感应磁场的分布线, 就可以很好的计算出漏电的位置。并且基于该种检查技术比较的成熟, 在对其进行区分布曲线的计算时, 已经具有了一套良好的计算公式。
在电位差的漏电检查中, 是基于电流的衰减情况进行漏电位置的确定。这就容易在检查的过程中, 受到外界磁场的干扰。从而, 使得电位差的衰减状况比价的混乱, 这对于数据分析带来了很大的困难。同时外界电磁场的干扰, 是阻碍该种电化学法的主要问题。而且, 管道的埋地结构比较的复杂, 加之土壤中的水分和金属元素, 这些实质性问题都严重制约着该种方法的有效检查。因此, 在进行有效的电位差法的检查时, 需要注意这些影响因素对检查结果的影响。
4 电位差法的影响因素
在利用电位差法进行漏电位置的确定时, 其检查的过程受到诸多因素的影响。尤其是来自土壤、外界磁场的干扰, 这些问题的出现都严重影响着检查的准确性, 使得检查的结构与实际情况存在较大的误差, 也就说, 外界的影响因素直接造成了该种技术的检查结果。
4.1 土壤的影响因素
在利用电位差法的检查过程中, 其电位差的有效分布与管道周围的土质有着严重的关系。土壤的土质情况会造成磁场的电位分布图存在较大的误差。一般情况下, 管道周围的土质比较均匀, 这样的话, 检查电流在流经土层的过程中, 其电位的分布曲线比较的有规律, 并且电位分布曲线呈光滑型。而管道周围的土质比较的混杂时, 其电阻率存在较大的差异, 而且电阻的分布不均匀, 进而使得检查电流在流经土层的过程中, 出现杂乱无章的电位分布曲线。于是, 对检查结果的准确性造成很大的影响, 同时基于电位分布曲线的计算结果存在较大的误差。
4.2 外界磁场的干扰因素
随着我国电网不断的建设, 高压线路容易形成感应磁场。因此, 在进行电位差的检查时, 其容易受到外界磁场的干扰。在检查电流的衰减过程中, 受到外界磁场的干扰, 而且在检查电流上形成附加电流, 这样使得电流的电位分布杂乱无章。这种外界磁场干扰严重的话, 其形成的电位分布图像根本不可以确定漏电的位置。同时, 干扰电磁场会影响到检查电流的反馈信号, 也就是说, 外界干扰磁场的存在, 造成了反馈信号的频率发生改变。
4.3 管道掩埋深度的影响因素
在电位差法的检查过程中, 其形成的电位差受到其掩埋深度的影响。而且其掩埋的深度越深, 其形成的电位差分布曲线的变化比较的平稳, 不易于漏电点的确定。反之, 管道的掩埋的蛇毒比较的浅, 其在检查的过程中, 形成的电位差分布曲线的变化比较的明显, 而且变化情况可以很好的反映管道的腐蚀状况, 这样就便于漏电位置的确定。
4.4 漏电点间的相互影响因素
在电位差法的检查过程中, 极易出现漏检的问题出现。这一问题的出现主要源于漏电点间的相互影响。在检查的过程中, 如果漏电点之间的距离过于紧密, 会使得电位差分布图, 出现一致性的变化, 也就是说, 其检查的曲线分布图在计算的过程中, 以一个漏电或少于实际漏电数来进行计算, 同时漏电点过于挨近, 细小的漏电点会被其他的漏电磁场所覆盖, 进而不能做到全面的漏电点的检查。
5 结语
随着我过经济的不断发展, 对于油气管道的依赖性越来越强。而且其在输送过程中的安全性能比较的关键, 其中管道的腐蚀问题最为重要。因此, 在实际的油气输送过程中, 需要采取有效的措施, 对其进行有效的防腐处理。而电位差法的有效利用, 可以很好的用于管道的漏电检查。
参考文献
[1]张其敏, 陈宁.埋地管道阴极保护效果监测技术分析[J].油气田地面工程;2008 (27) .[1]张其敏, 陈宁.埋地管道阴极保护效果监测技术分析[J].油气田地面工程;2008 (27) .
[2]蒋金生.油气管道阴极保护常见问题分析[J].油气田地面工程;2010 (09) .[2]蒋金生.油气管道阴极保护常见问题分析[J].油气田地面工程;2010 (09) .
[3]刘正, 王辉.电化学方法研究交流干扰对阴极保护电位的影响[J].腐蚀与防护;2011 (12) .[3]刘正, 王辉.电化学方法研究交流干扰对阴极保护电位的影响[J].腐蚀与防护;2011 (12) .
[4]王海林.浅谈杂散电流对成品油管道德危害及防护措施[J].大众科技;2011 (11) .[4]王海林.浅谈杂散电流对成品油管道德危害及防护措施[J].大众科技;2011 (11) .
[5]陈立峰, 李自力.埋地油气管道交流干扰腐蚀及防护研究进展[J].防护科学与防护技术;2011 (05) .[5]陈立峰, 李自力.埋地油气管道交流干扰腐蚀及防护研究进展[J].防护科学与防护技术;2011 (05) .
三通道钾钠进出，四极化电位变化 篇2
关键词：极化电位 动作电位 运输方式
一、三通道钾钠进出
钾离子通道供钾离子以协助运输方式进出细胞，钠离子通道供钠离子以协助运输方式进出细胞，钠钾泵通过主动运输方式运输膜内外的钠离子和钾离子。以上三种离子通道都具有以下共性：①它们的化学本质都是蛋白质，都要在适宜的温度、酸碱性条件下才可起作用；②它们所处位置都是细胞膜，故三者都与细胞膜通透性有关。
二、四极化电位变化
四极化电位变化包括：①去极化：钾离子通道闭合，钠离子通道打开，钠离子内流，膜电位由外正内负变为零；②反极化：钠离子继续内流，膜电位渐渐变为外负内正。当膜内外电势差达到最大值，动作电位形成；③负极化：钠离子通道闭合，钾离子通道打开钾离子外流，膜电位变为外正内负；④超极化：a是静息电位的绝对值变大。b是静息电位的负值增大。c是细胞膜内的负电荷增多。这就是超级化和去极化的概念和产生原理：
笔者以神经细胞为实验对象，绘制了超极化和去极化（如图1所示）。
可见，超极化和去极化是细胞膜电荷朝着相反的两个方向变化的结果。如果结合图1，用静息电位绝对值的增大和减小来定义超极化和去极化，也能使学生理解和接受这一知识点。去极化的发生是细胞兴奋的前提，而动作电位是细胞兴奋的标志；超极化的发生是细胞抑制的前提，和去极化的膜电位变化方向相反，背离了动作电位发生的方向，所以细胞无法兴奋而受到抑制。
三、例题分析
在初步了解了神经调节中膜电位变化机制后，笔者以例题讲解的形式深化了学生的理解。
1.极值与离子浓度的关系
例1. 图2为正常神经元和受到一定药物处理后的神经元膜电位变化，此药物作用机理为（ ）
A.阻断部分Na+通道
B.阻断部分K+通道
C.阻碍了部分神经递质释放
D.阻断了部分神经递质作用
解析：神经元未受刺激时，神经细胞膜对K+的通透性增大，K+大量外流，导致膜内外电位表现为外正内负；神经元受刺激时，神经细胞膜对Na+的通透性增大，Na+大量内流，导致膜内外电位表现为外负内正。用药物处理后，动作电位小于正常时动作电位，可推知Na+内流减少，进一步推测该药物可能阻断了部分Na+通道。故正确答案是选项A。
2.由恢复时长得知运输耗能
例2. 图3为神经兴奋过程O2浓度与膜电位变化关系，判断a、b曲线对应氧气浓度。
解析：在前三极化过程中两图像几乎重合，这是因为协助运输不消耗能量。而在超极化过程中，应用了主动运输方式，需消耗能量。当获得能量较少，离子运输速度较慢，恢复时间较长，b用时长于a，故b所对应氧浓度少。
3.静息电位和动作电位的生理基础
例3. 图4表示某时刻神经纤维膜电位状态，图5表示电位随时间变化曲线。下列相关叙述错误的是（ ）
A.丁区域的膜电位一定是K+外流形成的
B.甲区或丙区可能刚恢复为静息状态
C.将图A神经纤维置于低Na+环境中，静息电位将变大
D.若图A的兴奋传导方向是从左到右，则乙处电位可能处于③→④过程
解析：丁区域的膜电位表现为外正内负，属于静息电位，是K+外流形成的，故A项正确；甲区或丙区可能刚恢复为静息状态，故B项正确；静息电位与K+外流有关，低Na+环境不影响静息电位，故C项错误；若图4的兴奋传导方向是从左到右，则乙处电位处于超极化状态，可能处于③→④过程，故D项正确。
四、注意事项
首先，膜电位图像的截距。注意测量神经细腻膜电位时电极摆放位置，然后根据外正负判断截距正负；其次，膜电位的增减。膜外电位降低，膜内电位升高；最后，离子浓度大小。细胞内钾离子浓度恒大于钠离子浓度，膜外则相反。
巧用电位法判断电表的类型 篇3
一、基本物理方法———电位法
水压是形成水流的原因, 有了水位差就存在水压 (如图1所示) , 而水是从高水位流向低水位, 当水位相平时, 水压为零;同理, 电压是形成电流的原因, 有了电位差 (又叫电势差) 就存在电压, 并且电流的方向也是从高电位流向低电位, 当电位相同时, 电压为零.
二、分析思路
1. 在初中物理中, 导线的电阻忽略不计, 根据欧姆定律变形公式U=IR可知, 一截导线两端电压为零, 则电位相同 (如图2所示) , 则A、B两点电位均同为高电位、中电位或低电位.
2. 用电器工作时, 由于它的电阻不能忽略, 根据欧姆定律变形公式U=IR可知, 用电器工作时两端间的电压不为零, 因此两端的电位也不相同, 则用电器工作时两端电位分别为高、低电位, 高、中电位, 或中、低电位等 (如图3所示) .
3. 电流表在电路中的作用除了测电流外, 还相当于一根导线, 因此电阻忽略不计, 根据欧姆定律变形公式U=IR可知, 连入电路的电流表两端电压为零, 则电位相同 (如图4所示) , 则A、B两点电位均同为高电位、中电位或低电位.
4. 在初中物理中, 电压表的电阻一般很大, 根据欧姆定律变形公式U=IR可知, 连入电路的电压表两端电压不为零, 则电位分别为高、低电位, 高、中电位, 或中、低电位等 (如图5所示) .
5. 电源是提供电压的装置, 电源的正极是高电位, 负极是低电位.
6. 当电路中只有两个用电器时, 串联时电位分别为高、中和低共三级不同电位;并联时电位分别为高、低两级电位。当电路中有三个或三个以上用电器时, 串联时电位分别为四级或四级以上电位;并联时电位分别为高、低两级电位.
三、解题方法
1. 根据用电器的连接方式, 确定共有几级电位和具体的电位分配情况.
2. 确定电表两端的电位情况.
3. 根据“电流表两端电位相同, 电压表两端电位不同”确定电表的类型.
四、典型例题
例:如图6所示电路, 甲、乙和丙三处分别接入电流表或电压表.当S闭合后, 两灯均能发光.
(1) 当L1、L2串联时, 甲表是表, 乙表是表, 丙表是表. (2) 当L1、L2并联时, 甲表是表, 乙表是表, 丙表是表.
解析:当L1、L2串联时 (如图7所示电路) , 甲、丙两电表两端电位不同, 是电压表, 乙表两端电位相同是电流表;当L1、L2并联时, (如图8所示电路) , 甲、丙两电表两端电位相同, 则甲、丙是电流表, 乙表两端电位不同是电压表.
电位电压的测定实验报告 篇4
班级：5班姓名： 张洁 学号：1141000031
一、 实验目的
1. 学会万用表的使用。 2. 学会电压源的使用。
3. 用实验方法证明电路中电位的相对性和电压的绝对性。 4. 掌握电路电位图的绘制方法。
二、 实验电路
图2-1-1 测量电位及电压的仿真实验电路
图2-1-2 测量电位及电压的实测实验电路
三、 电位及电压测量数据表
四、 仿真与实测图
图2-1-3 测量电压UDE值和以D为参考点UC电位值的仿真图
图2-1-4 以D为参考点UC电位值实测图
图2-1-5 电压UDE值实测图
五、 根据KCL、KVL列式计算UA和UAB，过程和结果如下：
i1+i2-i3=0i4+i5-i3=0i1=Us1/(R1+R3+R4)=0.013A i2=Us2/(R2+R3+R5)=0.003A
六、 实验结论
1. 根据实验数据，用EXCEL分别绘制两个不同参考点时的电位图，解释为什么以A和D为参考点的两条电位曲线是平行的，你所测量的两条曲线间平行高度是多少?
答：因为电位会随参考点的改变而改变，电压与参考点的选取无关。平行高度为5.566V。
图2-1-6 分别以A点和D点为参考点的电位图
2. 解释以A和D点为参考点分别测量UAB、UBC、UCD、UDE、UEF和UFA两组数据为什么相同。
答：电压是两个点的电位相减，与参考点的选取无关。
3. 总结电位的相对性和电压的绝对性。
电位差法 篇5
传统的相位测量方法是利用各种电或机械式仪表, 采用矢量法、二极管鉴相法、相乘器等方法, 这些方法由硬件电路完成。由于电路的温漂、噪声及干扰信号的影响, 使测量结果产生误差。采用虚拟仪器的相位测量, 着重点在软件算法, 通过软件算法消除温漂、噪声及干扰信号的影响, 使测量结果更加精确。
测量对象的多路信号通过数据采集卡或者其他数据接口设备数字化, 设备驱动程序将数字化的信号送入计算机, 在LabVIEW平台调用各类信号处理函数, 形成具有仪器操作面板的应用程序。
在采用虚拟仪器进行测量的时候, 一共有两种方法, 这里仅介绍相关法测量。相关法是利用两同频正弦信号的互相关函数零时刻值与其相位差的余弦值成正比的原理获得相位差。由于噪声信号通常与有效信号的相关性很小, 因而该方法有很好的噪声抑制能力。
1 相关法分析原理
假如有两个同频信号X (t) 、Y (t) , 都被噪声污染, 其表达式如下:
式中AB——分别为X (t) Y (t) 的幅值;
NXNY———分别为噪声信号。
当τ=0时, 对X (t) 和Y (t) 进行相关运算, 有:
由于噪声和信号之间几乎不相关, 且噪声之间也不相关, 积分后得:
实际处理的信号为采样后的离散点序列, 相应的离散计算公式为:
式中K为采样点。通过信号x (t) 和y (t) 的自相关与互相关函数的计算, 可求得它们的相位差。
2 误差分析
相关分析对于采样转换信号中的直流偏移和噪声等干扰具有很强的抑制能力, 测量误差来源主要是交流信号的频率不稳定。
3 程序设计过程
首先创建两个相位不同正弦波函数发生器, 在LabVIEW8.2版本中信号分析计算子程序中, Cross Correlation.vi可以输出两个信号间的相关系数, 为了模拟在噪声干扰情况下测量效果, 程序中添加了高斯白噪声源。图1是算法框图程序。
为了比较过零法和相关法的测量结果, 程序添加了过零法的检测, 图2是整个程序的前面板。
4 结论
通过实验仿真对比过零法和相关法的测量结果证明利用相关法测量同频信号之间的相位差的方法具有抗噪性能好误差较小等优点, 该方法在LabVIEW平台下实现简单, 只要稍加改进就能应用到实际的测试测量中。
参考文献
[1]杨乐平.LabVIEW程序设计与应用[M].北京:电子工业出版社.2001.
[2]张永瑞.网络、信号与系统[M].西安:西安电子科技大学出版社.1996.
电位差法 篇6
随着目标所处环境复杂性日益增加, 以及目标主动隐身与反探测能力的提高, 现有的计算机目标检测识别方法 (模板匹配、最近邻和决策树等) 遇到较多技术瓶颈, 亟待寻求新的目标探测方法。
人类长期进化的大脑对运动或者敏感目标, 会诱发出一些特殊的神经信息, 这些神经信息可通过脑电信号 (EEG) 来反映, 其中最重要的是P300事件相关电位。P300是一种内源性的与认知功能相关的特殊诱发电位, 通过检测脑电信号中的P300电位, 可以快速实现对目标的探测分选, 进而实现分类识别。
近些年来, 脑-机接口 (brain-computer interace, BCI) 技术的研究在国际上引起了广泛的关注并获得了快速的研究进展。通过利用EEG等来实现人机交互, 是一种新型的人机接口方式。BCI技术在助残、康复、辅助控制、神经机器人、特殊环境条件下的军事应用等领域有着广泛的应用前景[1]。利用人类的脑电波结合先进的认知处理算法, 充分利用人的智能和现有机器的智能结合提高对目标的探测概率。
1 P300电位的形成及特点
人类在长期进化过程中形成的EEG中的事件相关P300电位是一种内源性事件相关电位 (event related potentials, ERP) , 一般出现在刺激发生后300ms左右, 具有时域波形特征, 通常采用Oddball范式诱发。所谓Oddball范式, 是指在标准刺激 (大概率刺激) 的序列中, 偏差刺激或靶刺激 (小概率刺激) 诱发的ERP。偏差刺激或靶刺激出现的概率越小, 诱发的P300振幅越大[2]。自1965年Sutton等人发现P300电位以来, P300电位一直是ERP研究的重要内容, 也是脑科学研究的重要途径之一。Farewell和Donchin等最早将P300作为控制信号应用于BCI[3], 他们设计了基于P300的虚拟打字机, 这样可以使瘫患者通过拼写单词实现与外界交流[4]。此后基于P300的BCI研究大都建立在Farwell等的工作基础之上。例如Hoffman等[5]将呈现的矩阵改为6张生活图片, 同样通过闪烁摸一张图片来诱发P300, 6张图片包含开灯、开窗和看电视等内容。结果发现这一系统能满足患者的某些活动需要。Perez-marcos等[6]用P300电位控制机器人, 是机器人能够实时地写出受试者所注视的字符。
P300电位的波形特点是位于刺激点后约300ms出现一个正向的峰值电位, 其波形如图1所示。
事件相关电位 (ERP) 是大脑对某种事件进行信息加工时诱发产生的一系列电活动, 其中P300是一种内源性的时间相关电位, 与大脑注意力有关, 是对发生概率相对较小的外界事件或刺激的反应。P300一般出现在刺激发生后300ms左右, 它也因此而得名。
P300是一种内源性的与认知功能相关的特殊诱发电位 (Sutbn等人1965年发现) , 主要与心理因素相关。P300即为晚成分的第3个正波, 也称为P3。经典的P300可在Oddball实验范式下出现。该范式是指当对同一感觉通路的一系列刺激由两种刺激组成时, 一种刺激出现的概率很大, 如85%, 通称为标准刺激或背景刺激;另一种刺激出现的概率很小, 如15%, 称为敏感刺激或偏差刺激。由于两种刺激出现的顺序随机, 所以, 对受试者来说偏差刺激具有偶然性。当要求受试者发现偏差刺激后尽快按键或记忆其数目时, 此时偏差刺激也称为靶刺激。在偏差刺激后约300ms就可观察到P300。
P300的测量指标和其他一般诱发电位一样, 主要为潜伏期和波幅。P300的头皮分布广泛, 相对集中在中线部位 (Fz, Cz, Pz, Oz) , 如图2所示。其波幅在顶后部 (Pz) 最大, 中央顶部 (Cz) 次之, 主要特点是具有稳定的时间窗, 对特征识别敏感等, 成分较大易于测量。
综上所述, P300电位的优势特点如下:
(1) P300是完全可以通过视觉刺激诱发的, 所以可以用于目标探测;
(2) P300是与注意相关的信号, 对于新异性目标的出现有较强的反应幅度。而且新异性越强幅度越高, 有利于模式识别算法对信号的处理。能够很好的保证识别准确率和识别时间。
(3) P300由于信号幅度较大, 可以避免传统ERP数据处理过程中大量的叠加平均。只需要少次叠加, 甚至单次即可实现对P300信号可靠稳定的提取。
基于P300电位的特点, 我们设计了P300电位的目标探测系统进行目标的快速精准探测, 使用该系统可以很好地提高目标探测的准确率和降低虚警率。
2 基于P300电位的目标探测系统设计
2.1 系统构成
基于P300电位的目标探测系统主要由八个互相通信的主要模块构成。每个功能模块通过一些可选的过程和算法完成一部分相对独立的工作, 系统的硬件架构组成模块及关系如图3所示。
2.2 实验系统搭建
实验系统搭建的示意图如图4。
2.3 系统工作流程
系统通过图像采集与处理分析模块为BCI系统提供足以诱发出P300的图像序列 (如图5所示) , 然后每次图像出现在显示器上时, 都会将该图像所对应的EEG信号打一个时间开始标签。在模式识别时, 对标签后250ms~350ms的一段数据利用训练好的SVM (支持向量机, Support Vector Machine) [7,8,9,10]进行识别。对分类识别出的P300信号, 依据时间关系, 反推追溯出引起该P300的图像, 从而达到对特定目标探测的功能。
2.4 EEG信号处理
在EEG脑电信号采集过程中, 极易受到各种伪迹噪声的干扰, 因此在预处理模块中, 要对脑电数据进行滤波, 一方面是为了去除脑电中存在的大量噪声, 另一方面可以提取重要成分进行后续处理。这里我们采用空间变换方法[11], 去除各种伪迹干扰。
在特征提取模块中, 小波和时频谱分析[12]、相干平均、小波包分解分析、Hilbert-Huang变换、公共空间模式 (CSP) [13,14,15]方法被用于提取预处理后的EEG信号特征;最后, 在模式分类模块中, 一个SVM被训练来分类从每段EEG中提取出的特征向量。
3 目标探测系统实验测试
本实验具体过程分为训练和测试。训练过程用来得到一个分类效果较好的分类器。测试过程, 也就是对目标识别探测的过程。
实验设置:基于Oddball范式, 标准刺激为缓慢变化的沙漠背景图像和海洋图像 (如图6所示) , 偏差刺激为沙漠或海洋背景中出现飞机、坦克、军舰等图像, 刺激过程中每幅图像呈现的时间为600ms, 且偏差图像出现的概率为16.7%, P300成分采用在线单次提取方法获取, 原始信号波形图和主要特征如图7和图8所示, 其中训练时采用十五导联 (采集受试者大脑的顶部、枕部) 数据, 横坐标为样本点数目, 纵坐标为EEG信号的幅度 (μV) 。
(其中红线表示偏差刺激特征图;蓝线表示标准刺激特征图;绿色条表示偏差刺激与标准刺激的t显著性检验量.)
在这里, 我们以目标探测率和虚警率作为衡量系统的两个标准, 这里虚警包括误警和漏警。实验选取了6名年龄25~29岁的健康男性受试者。在安静, 光照略低的室内环境中进行。首先要对受试者进行训练。实验测试结果如表1所示, 每个测试者的测试结果为多次测试, 取平均值作为最终结果。
4 结论
电位溶出法测定儿童血铅方法探讨 篇7
1 实验材料及方法
1.1 实验仪器
山东电讯七厂生产的MP2型电位溶出仪;所用电极:甘汞电极, 铂电极, 玻碳电极;MP2型电位溶出仪所自带工作站;使用5%硝酸处理过的各种所需玻璃仪器。
1.2 实验用试剂
优级纯高氯酸、优级纯硝酸, 优级纯硫酸, 1+1乙醇;含量为100μg/mL实验用铅标准液 (该标准物质购自国家标准物质中心) ;铅标准应用液的制备:使用时临时加以配制, 取10mL含量为100μg/mL的储备液于100mL容量瓶中, 加入1%硝酸稀释液, 定容;实验用水非特别说明, 均为去离子水。
1.3 玻璃电极的度膜
用1+1乙醇在滤纸上旋转反复擦洗电极, 然后用去离子水冲洗干净, 再取镀膜液20mL, 镀汞, 反复4次。
1.4 度汞仪器的相关参数置入
富集电位 (v) --1.10清洗电位 (v)
上限电位 (v) --0.90下限电位 (v)
富集时间 (s) 40清洗时间 (s)
灵敏度 (μA) 20
1.5 样品的处理
称取1g样品, 并置于150mL烧瓶中, 加入4+1+1混合酸6mL, 消化 (置于沙浴上) , 将样品消化到无色即可。如果样品呈现黄色, 需再滴加浓硝酸继续消化, 然后再加去离子水20mL除酸2次, 静置冷却后, 移入10mL比色管中 (用去离子水) , 同样品一样做试剂空白。
1.6 样品的测定
取样品消化液及空白液1mL分别于25mL烧杯中, 加去离子水19mL, 进行上机测定。
1.7 工作曲线的制作
准确加入1mL=10μg的铅标准应用液0.00, 0.01, 0.02, 0.03, 0.04, 0.05, 0.06μg于25mL烧杯中, 其它操作和样品的测定一样。
1.8 仪器工作参数的设定
富集电位 (v) --1.10清洗电位 (v) --0.10
上限电位 (v) --0.90下限电位 (v) --0.20
富集时间 (s) 60清洗时间 (s) 0
灵敏度 (μA) 20
1.9 结果计算
铅含量 (mg/kg) = (样品峰高-空白) /标准峰高×标准/样品的克数。
2 实验结果与讨论
(1) 由于样品组分各不相同, 在混合液用量的选择上, 使用硝酸+硫酸+高氯酸 (比例为4+1+1) 。在混合酸的用量方面, 用量太大, 影响电极及实验的结果, 如果用量太小消化则不完全。通过实验表明, 加6mL混合酸消化样品效果最佳。
(2) 底液的酸度也对电极的汞膜有一定的影响。通过实验, 当底液pH=2左右时, 灵敏度和重现性较好。
(3) 工作曲线与酸性介质的关系。当pH=2实验条件下, 铅标准溶液的浓度在0~0.06μg范围内时, r=0.9992, 峰高呈良好线性关系。
(4) 本实验方法的检出限。测定试剂空白20次 (同测定样品的相同实验条件) , 计算其标准差与平均值, 以3倍的空白计算标准差, 得方法的检出限为0.88μg。
(5) 方法的准确度实验。在所有同一批样品中, 准确加入铅标准应用液 (1mL=10μg) 0.1, 0.3, 0.5μg。每一种浓度再做6个平行, 并在相同的条件下进行消化测定。
(n=6)
从表可以得出:低、中、高3个浓度铅回收率分别为98%~104%。表明该方法回收率良好, 测定血铅含量的结果比较满意。
(6) 方法的精密度实验。称取样品1g放入150mL容量瓶中, 准确加入铅应用液 (1mL=10μg) 0.5μg, 同等条件下消化样品, 平行测定10次。
(n=10)
从表中可以看出, 相对标准偏差RSD均为1.43%, 符合卫生分析的要求。
3 结语
本方法采用电位溶出法测定儿童血铅的方法研究, 其准确度, 以加标回收率表示为:98%~104%, 其精密度, 以相对标准差表示:RSD均为1.43%, r=0.9992表明线性关系良好, 而且所用仪器价廉, 简便快捷, 实用性很强。
参考文献
[1]傅松涛.儿童铅中毒防治[M].太原:山西科技出版社, 2003.
电位差法 篇8
半电池电位法是钢筋锈蚀无损检测的主要电化学方法之一, 因其测试简单, 适于现场检测, 应用广泛。但该方法只能给出钢筋锈蚀的定性判断, 具体的锈蚀程度和锈蚀速率无法判断。本文利用锈蚀电位和锈蚀电流密度的近似关系, 结合法拉第定律, 给出了利用半电池电位法定量确定钢筋锈蚀速率, 近似预测构件使用寿命;最后对某一工程改造构件的钢筋锈蚀进行了无损检测, 并预测了其使用寿命。
1 半电池电位法钢筋锈蚀检测
混凝土内钢筋的锈蚀是一种金属的电化学腐蚀过程。混凝土内碱度的下降, 将导致钢筋表面氧化铁钝化膜的破坏, 钢筋被腐蚀。
钢筋锈蚀无损检测的电化学方法主要有线形极化法、混凝土电阻率法、交流阻抗法、半电池电位法等。半电池电位法因测试设备简单, 测试速度快, 适于现场检测而应用广泛。
钢筋的电化学腐蚀过程在钢筋表面形成阳极区和阴极区, 不同电位的区域之间的混凝土内部将产生电流, 形成半个弱电池组, 与其他电位值相对恒定的参比电极 (如Cu+CuSO4饱和溶液) 串联形成全电池系统。混凝土中钢筋因锈蚀产生的化学反应将引起全电池电位值的变化, 由此可评估钢筋锈蚀状态。
2 半电池电位法近似预测构件寿命
2.1 锈蚀电位与锈蚀电流密度的近似关系
半电池电位法只能大概判断钢筋的锈蚀状态, 无法得知钢筋的瞬时锈蚀速率。文献[2]
对121组钢筋瞬时锈蚀电流密度icorr与锈蚀电位E进行最小二乘法拟合, 得到拟合公式:
在要求不是很高的工程中, 为了节约时间, 可直接用测得的钢筋锈蚀电位, 依据此经验公式得到钢筋锈蚀速率。
根据法拉第定律, 钢筋腐蚀电流密度为理论上相当于11.6μm的锈蚀速率[3]。
2.2 构件寿命的近似预测
经t年后钢筋的平均锈蚀深度[4]s (t) =11.6×10-3×icorr×t。式中s (t) 为钢筋锈蚀t年后的平均锈蚀深度 (mm) ;icorr为钢筋锈蚀电流密度 (μA/cm2) 。
钢筋锈蚀t年后的平均截面损失率:
式中A0为原始钢筋截面积 (mm2) ;A1为平均锈蚀深度为s (t) 时的钢筋截面积 (mm2) ;D为钢筋的原始直径 (mm) 。
相关研究表明[5], 截面损失率在5%～10%时, 钢筋伸长率、屈服强度和极限强度均明显降低。因而定义钢筋开始锈蚀后, 其截面损失达到5%时, 钢筋的力学性能达到适用极限。由公式 (2) 得s (tj) =0.0253D式中s (tj) 为钢筋锈蚀tj年后的极限锈蚀深度 (mm) 。因而:
半电池电位法测得电位值, 由近似公式 (1) 得到钢筋锈蚀电流密度icorr, 由公式 (3) 计算构件总的适用寿命, 减去已使用年限, 即为近似的构件剩余寿命。
3 钢筋锈蚀无损检测的工程应用
3.1 工程概况
某市高校一单层双跨钢筋混凝土厂房, 柱距4.8m, 跨度15m, 单台吊车10t, 服役近10年, 为提高屋架结构安全性, 现将混凝土屋面改造为轻钢屋面, 对此厂房原混凝土屋面板的配筋和钢筋锈蚀情况进行了现场检测。
3.2 半电池电位法检测钢筋锈蚀电位
在混凝土屋面板上, 纵向与横向均以100mm为间距画出4×7的网格, 网格的节点为测点, 采用钢筋锈蚀检测仪SW-3C, 测得各点的电位如图1, 其中所标数值为其左下测点的电位值。
依据ASTMC876-91评判标准, 所有测点的腐蚀电位都小于-200mV, 有50%腐蚀概率, 其中个别点电位小于-350mV, 为95%的腐蚀概率。但无法判断腐蚀程度和腐蚀速率。破除混凝土保护层暴露钢筋见图2, 发现钢筋已全部锈蚀。
3.3 混凝土屋面板寿命预测
选择2根钢筋各3处用游标卡尺测量锈蚀后的钢筋直径以及砂纸去锈后的钢筋直径, 得到两种钢筋直径差值的平均值为0.083mm, 考虑钢筋锈蚀后体积膨胀2-3倍假设体积膨胀为3倍, 则实际钢筋锈蚀深度为, 推测钢筋原始平均直径为3.72mm。
混凝土屋面板电位平均值为-290.1mV, 由公式 (1) 求得腐蚀电流。
根据本屋架为易于替换的结构构件[30]其设计使用年限为25年, 则由式 (3) 得钢筋锈蚀电流密度的临界值为:
故按目前的锈蚀速率, 能够满足25年的设计使用年限要求。
4 结论
半电池电位法可简单快速地测得钢筋锈蚀电位, 利用锈蚀电位和锈蚀电流密度的近似关系, 结合法拉第定律, 半电池电位法可近似预测混凝土构件的使用寿命, 工程检测表明该法可行、实用。
参考文献
[1]洪定海.混凝土中钢筋的锈蚀与保护[M].北京:中国铁道出版社, l998
[2]朱晓娥.线性极化法检测混凝土中钢筋锈蚀的实验研究[D].汕头:汕头大学.2006:28-30
[3]白新德, 彭德全, 耿怀之.混凝土中钢筋腐蚀速率的现场无损检测技术[J].材料保护, 2002, 35 (8) :17-19
[4]俞海勇, 张贺, 王琼.濒海地区混凝土中钢筋锈蚀的电化学综合检测与评价[J].混凝土, 2008, 10:34-37
电位差法 篇9
常温磷化能耗低、工艺稳定性好, 已成为进一步研究开发的热点技术[1], 但目前对常温磷化成膜规律的认识仍不清楚。随着电化学测试技术的广泛应用, 在金属表面处理工艺和机理的研究方面不断推出新的成果。电位-时间曲线属电化学暂态测试技术, 可用于电极表面快速反应的测试和跟踪。近期, Hegazy[2]用电位-时间曲线研究了碳钢在磷酸中的腐蚀过程, 结合塔菲尔极化曲线选择出了最佳的缓蚀剂浓度。方峰等[3]采用电位-时间曲线配合扫描电镜研究了低温磷化成膜过程的3个阶段及与晶核的形成、长大的关系。冯绍彬等[4]用电位-时间曲线配合X射线光电子能谱、表面增强拉曼光谱等研究了铁表面金属电沉积的初始过程, 提出了解释电镀层与金属基体结合的“电位活化”概念, 又用电位-时间曲线跟踪铝及其合金表面的置换镀锌过程, 优选出一次浸锌工艺[5]。本工作用开路电位-时间曲线法跟踪了铁表面的磷化过程, 并对曲线中的反应斜率、成膜时间等重要参数进行研究, 采用X射线衍射 (XRD) 对反应过程中不同时间的图谱进行了分析讨论, 并结合扫描电镜 (SEM) 、动电位极化曲线测试腐蚀电流等方法研究了温度对常温磷化成膜的影响规律, 为选择合适的磷化温度范围和认识磷化过程等提供相关理论依据。
1 试验
1.1 基材前处理
基材为厚度0.5 mm的工业铁皮, 将其裁成50mm×30 mm的矩形试片, 经细砂纸打磨光亮, 化学除油, 并用10%的盐酸浸泡除锈, 蒸馏水冲洗后备用。
1.2 磷化
磷化液配方为13.9 g Zn O, 23.5 g HNO3, 14.0 g H3PO4, 0.96 g柠檬酸, 68.6 g H2O。配制方法:先将Zn O加少量的蒸馏水搅拌成糊状, 在不断搅拌下加入HNO3, 待溶液稍冷却后, 再加入H3PO4、柠檬酸, 待固体盐全部溶解后, 补加余量的蒸馏水, 搅拌均匀。对配制好的磷化液进行铁试片浸泡熟化处理:用铁试片浸泡2次, 每次浸泡时间为1 h, 使磷化液 (总酸25~30, 游离酸0.8~1.2) 的颜色由透明变成稳定的棕黄色[6]。
磷化处理时间为10, 40, 200, 1 800 s, 磷化温度为15, 25, 35, 45℃, 采用浸入式磷化。磷化处理后用蒸馏水反复冲洗、吹干, 放置一夜后用于测试, 或再作其他处理。
1.3 测试分析
1.3.1 磷化膜过程的跟踪
在CHI660E电化学工作站上通过测试开路电位-时间曲线跟踪磷化成膜过程:采用两电极体系, 工作电极为铁试片, 工作面积为20 mm×20 mm, 参比电极为饱和甘汞电极, 测试范围为0~400 s。分别在15, 25, 35, 45℃条件下测试开路电位-时间曲线, 测试方法为试片浸入磷化液的同时立即同步测试开路电位-时间曲线。
1.3.2 耐蚀性
在CHI660E电化学工作站上采用三电极体系测试塔菲尔极化曲线, 工作电极为不同条件下的磷化试样, 辅助电极为铂电极, 参比电极为饱和甘汞电极, 电解液为3%Na Cl溶液, 扫描速度为1 m V/s, 扫描范围为相对开路腐蚀电位±200 m V。
参照GB 6807-86进行硫酸铜点滴试验, 检测液配方为Cu SO4·5H2O 41 g/L, Na Cl 35 g/L, 0.1 mol/L HCl13 m L/L。具体方法:在室温下向磷化膜表面滴少量检测液, 同时启动秒表记录液滴内部出现明显红色的时间。
1.3.3 形貌及成分
采用JSM-7500F型扫描电镜 (SEM) 观察样品形貌。采用D8ADVANCE型X射线衍射仪 (XRD) 分析不同反应时间和不同温度所得磷化膜的组成。
2 结果与讨论
2.1 开路电位-时间曲线
2.1.1 开路电位-时间曲线与磷化成膜过程的跟踪
铁表面的磷化是一个受铁的腐蚀反应控制的固/液相成膜过程, 典型的磷化过程的开路电位-时间曲线见图1。由图1可知:曲线ABCDE可明显分为快速腐蚀、成膜和相对稳定阶段。
(1) AB快速腐蚀阶段
铁试件从接触到磷化液的瞬间开始, 首先发生的是铁表面氧化层的化学溶解和铁的电化学腐蚀, 伴随铁的电化学腐蚀有氢气的大量析出。由此引起电极表面荷电状态的变化使电位迅速负移。电位负移至最低点B记为φ蚀。电极/溶液界面铁离子浓度的不断增加和p H值的上升, 可为磷化成膜提供前提条件。φ蚀是曲线中的最负电位, 是与磷化液成分和反应条件有关的重要参数之一。铁的腐蚀可视为磷化过程的推动力并伴随磷化过程的始终。这也是磷化区别于一般的固/液相化学成膜的重要特征之一。
(2) BCD成膜阶段
由近似为斜线BC和抛物线CD两部分组成。BC段明显受晶核形成速度的影响, 而CD段电位上升变缓。笔者认为, BC为斜线, 其斜率k是与反应性质有关的参数。它显示的是磷化的初始过程, 与磷化晶核的形成速度有关。虽然在此阶段腐蚀依然在进行中, 腐蚀只需极短的时间即可进入稳态, 达到稳态后腐蚀电位一般不会再有大的变化。因此斜率k是与反应性质有关的又一个重要参数。
反应进入CD段后电位上升明显变缓, 也是电极表面荷电状态变化的结果。随着铁表面磷化膜覆盖程度的增加, 能发生腐蚀的铁表面积不断缩减, 腐蚀速度将明显减缓, 动力的减弱也必然使成膜速度放缓, 直至成膜反应进入稳定阶段。在CD阶段, 晶粒不断形成长大、铺展并增厚, 电位正移的速度明显变缓, 随着磷化时间的增长, 已有的磷化晶粒会进一步长大, 同时会有新的细小晶粒产生, 即新核的形成与晶粒的长大同时进行, 由此可能最终形成的晶粒的尺寸不同[3]。
BC和CD合起来构成了整个成膜阶段电位的变化。这段时间在暂态测试技术中常称为“过渡时间”, 可视为磷化成膜主要完成时间, 用τ表示。成膜时间τ是研究磷化的第3个重要参数。一般认为, 磷化过程初期晶核的最初形成和再生长分别为吸热和放热过程, 该过程受温度影响较大。较高温度下, 晶核形成较快, 而晶核的生长过程受到动力学的控制, 可能需要多个阶段的晶粒生长和再溶解才能最终稳定[7,8]。大量晶核的析出需较长的时间才实现对铁表面的覆盖从而使成膜时间τ增加。
(3) DE相对稳定阶段
在此阶段, 相对完整的磷化膜已经形成。膜层趋于稳定, 腐蚀仅在膜层的孔隙间进行, 电位也基本稳定, 此时氢气的析出量也越来越少并与成膜速度保持平衡。膜层结构成分的不同, 导致膜层的性能不同, 带电状态不同, 从而可显示不同的稳定电位值。因此, 电位-时间曲线最后阶段的稳定电位值成为磷化成膜过程的最后一个参数, 记为φ膜。
从以上分析中已经可以看出, 磷化过程中的这4个参数存在着一定的相关性, 它们都与磷化成膜的反应性质有关, 是磷化成膜反应与腐蚀反应共同作用的结果。时间-电位曲线可较好地跟踪整个过程, 给出各阶段的特点信息和关键参数的数值, 这将为磷化工艺的改进和理论探讨提供手段和依据。作为例证, 以下重点讨论温度的影响。
2.1.2 温度对磷化过程时间-电位曲线的影响
温度对时间-电位曲线的影响见图2。可以看出, 25, 35, 45℃下腐蚀的最低电位φ蚀均在-0.48 V左右, 说明在25~45℃范围内, 温度对φ蚀的影响不大。15℃下的φ蚀为-0.45 V, 当属另一种类型, 与高温 (25~45℃) 时有着明显的差别, 随后结合膜层的性能和形貌的测试结果再作进一步的讨论。
比较25, 35, 45℃成膜阶段。初始上升阶段均呈线性上升, 且此阶段直线的斜率k随温度的升高而依次上升, 即e1, e2, e3段 (近似为直线) 的斜率随温度的升高而增大, 斜率正比于晶核的生成速度。由图2可知温度对该阶段有显著影响, 随着温度的升高, e段越陡, 即成核加快[9]。较高温度下, 晶核的形成数量较多, 其生长的稳定时间更长, 如25, 35℃, 再经历图1中CD段的成膜阶段, 使得最终晶粒形成较为致密[7]。45℃条件下优质磷化膜的生成需要更长时间。
再来讨论进入稳态的膜电位问题, 仅针对25~45℃的曲线。由图2知, φ膜同样随着温度的提高依次上升 (正移) 。膜电位的变化实质是膜层性质和微观结构的变化。
至此, 温度在25~45℃范围对时间-电位曲线的影响规律已十分清楚。温度的升高使反应斜率上升, 成膜时间延长, 膜的稳定电位正移, 抗蚀性能提高。其原因应与温度的提升更有利于晶核的大量析出有关, 随后将结合XRD谱、膜层性能和形貌再作进一步讨论。
2.2 磷化膜成分
2.2.1 反应时间对磷化膜成分的影响
35℃下不同反应阶段的磷化膜试样的XRD谱见图3。磷化膜层由Zn3 (PO4) 2·4H2O, Zn2Fe (PO4) 2·4H2O组成[10,11], 10 s (对应图1的BC段) 磷化初期, 磷化膜峰强度较弱, 此时的磷化晶粒包含Zn3 (PO4) 2·4H2O, Zn2Fe (PO4) 2·4H2O。由40 s和200 s (分别对应图1的CD段、DE段) 的XRD谱可知, 这两个阶段的峰强度明显变强, 说明结晶更为充分。但其磷化膜成分仍然是Zn2Fe (PO4) 2·4H2O和Zn3 (PO4) 2·4H2O。
2.2.2 磷化温度对磷化膜成分的影响
不同磷化温度下, 磷化30 min所得磷化膜表层的XRD谱见图4。可以明显看到15℃即低温下不利于磷化膜的生成, 仅在10°附近有一个很弱的峰。随着温度的增加, 25, 35, 45℃的XRD谱的出峰位置基本一致, 峰高总体升高。这说明成分未变但结晶度整体提升[12], 即结晶更为致密。这与时间-电位曲线所反映结果基本一致。
2.3 温度对磷化膜耐蚀性能的影响
2.3.1 极化曲线
温度对膜层耐蚀性能的影响见图5。由图5可通过Tafel线外推法分别求出不同温度下的腐蚀电流Ic, 腐蚀电流密度Jc和腐蚀电位值φc, 结果见表1。
由图5和表1可以看出:温度为25~45℃时, 随着磷化温度的升高, 试片的腐蚀电流逐渐降低, 磷化试片腐蚀电流比未磷化的铁片小, 说明磷化后的试片耐腐蚀性能不断增强, 15℃磷化试片腐蚀电流明显比未磷化试片高, 腐蚀电位负移。一般经验认为是低温条件下磷化不完全, 未能形成完整的磷化膜。这一结果也与2.1.2节中15℃的电位-时间曲线的异常相互印证, 图4的XRD谱说明温度过低可能形成的颗粒较细且数量过少。综上所述, 温度对磷化膜的耐腐蚀性能有着显著影响, 且存在一个最佳范围, 本工作所给的工艺配方以35~45℃磷化效果最好。
2.3.2 硫酸铜点滴
作为油漆底层的快速磷化膜、常温磷化膜, 则硫酸铜点滴时间大于30 s为合格, 测试结果见表2, 随着磷化温度增加, 耐硫酸铜点滴时间延长, 15℃磷化试片点滴时间小于30 s, 抗腐蚀性能不达标, 而25, 35, 45℃抗腐蚀性能超过合格标准并依次提高, 说明理论与实际测试相符。
2.4 形貌
不同温度所得磷化膜的SEM形貌见图6。从图6可以看出, 15℃的结晶形貌与其他温度的明显不同。15℃为“针叶”状, 25~45℃为“石砾”状颗粒。结合试片XRD谱、耐腐蚀性能、Fouladi M[7]的扫描电镜测试结果可认定磷化膜的晶体形貌为“石砾”状。随着温度的升高, 晶核的形成量增加, 15℃时晶核形成量很低, 低温也不利于金属的腐蚀和晶核的生长, 且成膜离子的浓度达不到溶度积。25℃的晶粒尺寸较35, 45℃时的大, 与25℃时的成核量低有关。而35, 45℃晶核形成量多, 使膜层更加致密[7], 这也与腐蚀电流的结果一致。磷化膜表面的晶粒变细, 排布更有序, 即随着温度的升高, 膜层致密性和耐腐蚀性能自然增加。而15℃磷化试片以“针叶”状颗粒为主, “石砾”状颗粒较少, 说明该温度下磷化成核量很低, 显示出与膜层不同的结构, 有文献认为是混合膜, 晶粒过薄、过细, 出现漏白, 耐腐蚀性能差[13], 这与XRD谱的分析结果一致。总之SEM测试结果与时间-电位曲线、X射线衍射谱 (XRD) 、硫酸铜点滴试验、腐蚀电流结果可相互得到印证, 也与生产实践的结果一致。
2.5 机理分析
根据以上讨论, 可对磷化的电化学机理作进一步分析:
(1) 电化学反应
阳极过程:Fe-2e→Fe2+
阴极过程:2H++2e→H2
H+和氧化剂的阴极还原与铁的阳极溶解组成共轭反应, 铁的电化学腐蚀使界面的p H值升高, 为随后的成膜准备反应物和成膜条件。腐蚀反应将贯穿整个成膜过程, 并随铁表面的不断覆盖而下降, 与膜的生成速度相协调。
(2) 次级成膜反应
Me2+为不同系列的氧化剂 (Zn2+、Mn2+、Ca2+等二价金属原子) 。
成膜过程属固相表面的化学结晶过程, 服从结晶学的规律, 即晶核需依附活性中心形成、铺展、长大。从上文可知, 温度的升高有利于晶核的大量析出, 提高膜层结晶的致密度。
(3) 沉渣反应
新生成的固体一部分参与成膜, 另一部分沉于槽底成为沉渣。常温磷化可减少沉渣, 减少能耗, 提高工艺的稳定性。
3 结论
(1) 电化学暂态开路电位-时间曲线能够较好地对磷化过程进行原位跟踪, 且方法简单可靠。电位随时间的变化可提供磷化过程各阶段的反应信息、变化规律和特征参数, 为今后改进评价工艺和探索认识磷化过程提供帮助。
(2) 35~45℃是低常温磷化工艺较适宜温度。温度的升高可加速晶核的析出速度, 提高反应速率, 稳态膜电位更正, 并最终形成结构致密, 耐蚀性能高的优质膜层。温度过低 (15℃及以下) 时晶核形成量很低, 不利于磷化膜的形成。
摘要：目前对磷化成膜机理及规律的认识受限于测试手段等因素, 影响了工艺开发和理论探讨。在工业铁皮表面磷化成膜, 采用电化学方法, 通过开路电位-时间曲线, 原位跟踪了磷化成膜过程, 用X射线衍射仪 (XRD) 对磷化过程不同阶段的磷化膜成分进行了测试、分析;通过动电位极化曲线、硫酸铜点滴试验和扫描电镜 (SEM) 等研究了温度对磷化成膜的影响;讨论了磷化成膜的电化学机理。研究表明:开路电位-时间曲线中的反应斜率、成膜时间等是研究磷化成膜过程的重要特征参数;温度对低常温磷化成膜过程和膜层的耐蚀性能有显著影响, 推荐铁基体低常温磷化以35~45℃为佳。