长期以来，涂层下金属腐蚀的无损检测一直是技术上的难题！

    这是因为漆层的失效是一个从量变到质变的过程，而这种转折点往往与金属结构的检查和维护周期有关。

    今天我们来介绍两种金属腐蚀的无损检测方法，这两种方法可以在金属设备表面漆层破裂、金属表面发生明显腐蚀之前检测到金属基体的腐蚀程度，有助于及时对已发生轻微腐蚀的金属件采取防腐补救措施。

    基于多功能涂层的腐蚀显示法

    金属腐蚀是一个电化学的过程，利用pH敏感微囊体技术研发一种多功能涂层，可用于对金属设备进行早期腐蚀检测和保护。

    腐蚀和pH的关系

    金属腐蚀会涉及金属表面和电解质溶液之间的电子转移。

    图1 不同暴露时间下，pH指示剂检测金属腐蚀变化的示例

    如上图，钢铁制品的大部分暴露在水中，中部被铜包裹。pH指示剂颜色的变化表明暴露部分钢铁制品变为酸性（黄色），而外包铜条为碱性（紫色），原因在于氧气减少，释放出氢氧离子。

    核心组成

    该多功能涂层腐蚀检测法的核心为pH触发释放的微囊体，微囊体主要由微囊腐蚀指示剂、腐蚀抑制剂和自我修复系统等构成。金属涂层在pH发生变化时，多功能涂层的反应见下图。

    图2 多功能涂层的反应

    微囊体和金属腐蚀发生作用，微囊体壁会破裂、释放出核心物质。从下图可见，腐蚀发生时，微囊体腐蚀指示剂释放出来后与金属腐蚀产物发生反应，产生不同的颜色来表明腐蚀的存在和腐蚀的程度，从上至下依次为：pH指示剂（抑制剂、自我修复剂）的微囊体、碱性pH（腐蚀）条件下微囊外壳破裂、发生腐蚀时pH指示剂变色，从微囊体释放。

    图3 pH敏感微囊体工作机理示意

    工作原理

    在金属腐蚀应用中，pH敏感微囊体可以包裹多种化合物，如腐蚀指示剂、抑制剂和自我修复剂等。这些微囊体可以加入到多个涂层系统中用于腐蚀检测、保护和金属涂层损害的自我修复。

    图4 多功能涂层应用原理示意

    腐蚀发生时，微囊体会在靠近腐蚀位置释放核心物质（指示剂、抑制剂和自我修复剂）。微囊体扫描电子显微镜（SEM）图像如下图所示，图中上方方框里为腐蚀指示剂，下方方框里为腐蚀抑制剂。

    图5 微囊体扫描电子显微镜图像

    试验验证

    该多功能涂层腐蚀检测法的意义在于在金属结构元件发生故障前，可以通过视觉变化，检测出较难接触区域的腐蚀情况。

    图6 某近海航天发射场内螺栓的隐藏腐蚀情况的检测示意

    在机械设备检测周期内对螺栓进行检测时，发现螺栓端部腐蚀程度并不严重，但拆开后发现螺杆部分已经发生了极严重腐蚀，如图6（a）所示。

    使用多功能涂层腐蚀检测法后，根据螺母颜色变化可以判断出螺杆的腐蚀程度，对不拆解螺栓即可检测出内部腐蚀有重要意义。

    微波检测法

    微波检测法是另一种可用于检测金属设备漆层下腐蚀程度的有效方法，可检测的最大涂层厚度约为20mm。

    工作原理

    微波检测法使用20GHz的毫米波信号穿过漆层对金属腐蚀程度进行检测，并可准确测定出腐蚀位置。

    为防止在两个信号发生器的输出电路中形成互调产物，两个信号发生器提供两组不同的毫米波信号。两组毫米波信号在双向功率合成器中进行合成，然后反馈至双向耦合器。频率和信号级略有不同的两组信号从耦合器输出的直通通路反馈至电介质透镜天线。通过使用电介质透镜天线，两组信号聚焦在待评定物体的表面。金属氧化层为入射的毫米波信号提供了非线性连接面。当这些非线性连接面是金属腐蚀产物时，会产生第三种信号，也就表明金属发生了腐蚀。表面覆盖的其他绝缘材料，如灰尘、油液污物等，本身不含金属氧化物，所以不会对腐蚀检测结果造成影响。

    试验验证

    微波检测法的检测试验装置包括2个信号源、双向合路器、双路耦合器、发射/接收介质透镜天线和频谱分析仪。

    图7 微波检测试验系统原理示意

    在距离天线300mm的位置，介质透镜天线可将双频电子束聚焦在直径25mm的光点上，对表面进行检测，并接收到反射信号。

    图8 漆层下出现腐蚀时的频谱分析仪的显示结果

    图9 漆层下未出现腐蚀时的频谱分析仪显示结果