電化學氫滲透測量方法用于測定金屬中的氫吸收與氫傳輸行為，對應標準 EN ISO 17081:2014（ASTM G148）。

下文將展示若干典型測試曲線，并說明如何使用本公司EcmWin軟件完成此類滲透測量。

針對金屬（以鋼材為主）開展電化學氫滲透測試存在多種實現方案。所有測試流程的共同點：對金屬進行充氫，可采用陰極電流電化學充氫，或者采用酸液化學充氫。充氫過程會產生氫離子，以吸附氫原子形式附著于金屬試樣表面。一部分氫原子侵入金屬內部；另一部分重新復合生成氫氣，形成氣泡逸出。

如果在無鈀鍍層、無促進劑條件下開展測試，測量靈敏度很高，建議在法拉第屏蔽籠內完成測試，否則有效測試信號很難分辨。但該測試方案接近材料實際工況行為。

圖1：鋼試樣氧化側的電流測量

圖注：充氫電流?5mA條件下，電流上升至1.5~2μA

試樣前處理（除氣溫度）不同，會導致等待時間長短不一，直至本底殘余電流降至1?μA以下。該閾值針對普通碳素鋼確定；高合金鋼的本底電流可低至納安(nA)級別。測試剛開始時本底電流可達30~50?μA，會快速衰減趨近1?μA；部分試樣衰減耗時會更長。

若過早啟動充氫，幾乎觀測不到電流變化；即便增大充氫電流，測試曲線也不會出現明顯響應，表現為氫傳輸過程受限制。

充氫開始后，氧化側檢測電流會存在一定延遲才發生變化。曲線上升階段代表金屬晶格空位逐步被氫原子占據（氫致脆化過程）。只有晶格空位全部被氫填滿之后，電流才會達到穩定平臺，甚至出現小幅下降。

實際工程中更常用的方案：試樣氧化側單面鍍鈀開展滲透測試。鈀起到催化作用，促進氫原子從金屬內部析出。圖2可以清晰體現該特點。

首先，本底電流衰減時間顯著縮短。經驗表明普通碳鋼一般僅需10?min即可使電流降到1?μA以下。充氫啟動后，初期電流快速上升，之后上升速率放緩，需要一定時間趨近水平平臺。當充氫電流逐級階躍增大，氧化側檢測電流會快速跟隨，迅速重新達到平臺。

由此可以判斷：測試初期晶格空位持續捕獲氫原子，不斷有氫殘留在鋼材基體內部；當晶格空位全部飽和后，氧化側測得電流才會和充氫電流呈現比例對應關系。未鍍鈀試樣無法觀測到此種規律。

圖2：單面鍍鈀鋼材試樣氧化側電流測量曲線

標注：?5mA、?10mA、?20mA、?40mA（逐級增大充氫電流）

采用酸液作為充氫介質，對鍍鈀試樣測試，也能觀察到相似規律。圖3為表面處理廠商提供試樣的測試結果；測試體系添加緩蝕劑，目的是減少酸洗過程中自生氫的生成，該曲線為此類工藝的典型響應。

圖3：鍍鈀鋼試樣氧化側電流測量

標注：15?min后約700?nA；再經過10?min約45?μA

2 使用IPS系統開展滲透測量

我司提供兩套滲透測試系統：

系統一：經濟型PguTouch?H2系統

由兩臺PguTouch恒電位儀/恒電流儀，搭配小型可加熱Devanathan雙電解池組成；電解池可從遠東采購獲得，成本更優。

單池容積約150?mL；對電極為鍍鉑鈦棒；參比電極采用Ag/AgCl電極。

圖4：PguTouch?H2系統

兩臺儀器最大輸出電流500?mA，最小電流量程1?nA。儀器設計將工作電極接設備電源地，電流在對電極回路完成采集。

該設計下設備之間的電氣隔離要求不高；無論哪臺儀器，電流均流向參考地，不會出現虛擬地儀器常見的雜散誤差電流。

但高合金鋼測試時滲透電流極低，依然建議放置于法拉第籠內測量。

系統二：PGU?OEM?H2雙恒電位儀系統

采用一體化雙恒電位儀；充氫側最大輸出電流可達2?A；氧化側最大輸出100?mA，同時可分辨低至皮安(pA)級微弱電流。

電流采集基于ZRA零電阻安培計+虛擬地架構，因此模塊必須實現可靠電氣隔離，本設備采用雙重隔離實現該要求。

該設備同樣適用于二氧化碳還原同步電化學pH測量研究。

PGU?OEM雙恒電位儀通常配套更大容積的可加熱Devanathan電解池；大電流工況下更大電解液體積更有利。

電解池可以互換：PguTouch主機也可以搭配大電解池；PGU?OEM主機也可以使用小型電解池，也可選用我司非加熱型電解池。

圖5：PGU?OEM?H2系統（文檔配圖略）

測試操作流程

開展滲透測試時，氧化側通常灌注0.1~1?mol/LNaOH溶液。

如果試樣氧化側帶有鈀鍍層，則電解液要求寬松；即使試樣無鍍層，NaOH溶液也可以抑制腐蝕電流，測得電流僅為無充氫條件下的背景本底電流；充氫后測得即為氫滲透電流。

無鈀鍍層試樣的有效信號與本底差值很小，數據處理時必須扣除背景本底電流。

測試第一步安裝試樣。初次調試可選用厚度0.05?0.1?mm薄鋼板。

電解池結構設計使密封墊圈夾持牢固不易脫落；試樣直接裝入兩側法蘭之間，鎖緊法蘭完成密封。

需要重點關注密封性能；只有電解池灌入電解液之后才能判斷是否存在泄漏。

純電化學充氫模式下：充氫側注入0.1?1?mol/L氯化鈉NaCl電解液。

可以測試開始時兩側同時注液；也可以等待氧化側本底電流充分衰減之后再給充氫側加電解液。

當氧化側本底電流穩定后，充氫側施加陰極電流，電解液中生成氫。3?5?min延遲后氧化側應觀測到電流上升。

如果剛啟動充氫就出現尖銳電流峰或者氧化側電流瞬間飆升，說明裝置存在故障，需要重新檢查裝配。試樣位置泄漏會造成非常明顯異常信號。故障表現為：本底電流無法降到1?μA以下；或者電解池兩側出現地環路（電流環路）的電耦合干擾。

整套測試流程可由我司 EcmWin軟件控制。兩臺恒電位儀通過交換機連接計算機；計算機上啟動兩份獨立EcmWin軟件實例，分別控制一臺設備。打開測量對話框，可先使用交互模式運行實驗。

圖6：EcmWin軟件啟動界面

左側界面：充氫側控制，儀器工作于恒電流模式；

右側界面：氧化側控制，儀器工作于恒電位模式；

兩側均選用Holdvalue（恒定保持）試驗模式。

兩個參數設定窗口可以保持打開，實驗運行過程中仍可修改參數。

充氫側設定目標電流密度 \boldsymbol{-50\ A/m^2}；試樣暴露面積1?cm2對應總電流?5?mA；測試時長預設30?min，可設置更長避免實驗提前終止。

氧化側設定電位350?mV；測試時長預設100?h，實驗可隨時點擊Stop手動停止。

操作人員先啟動氧化側測量。軟件會顯示典型電流曲線：初始電流50?100?μA，隨后逐步衰減。

當氧化側電流下降至1?μA以下，點擊啟動按鈕開啟充氫。如前文所述，數分鐘之后氧化側電流開始上升：電流先快速增大，之后增速放緩，最終趨于平臺，甚至小幅下降。

到達平臺階段，即可停止充氫；曲線開始回落，試樣內部儲存的氫向外析出。

該過程可以手動重復多次，充分掌握試樣與整套系統的響應特性。

如果需要全自動循環測試，操作如下：氧化側軟件右上角方法選擇切換為 H2App模式；充氫側軟件會同步自動切換H2?App模式；兩套軟件互相通信，氧化側程序同步管控充氫側。

圖7：EcmWin軟件通信聯動

右側彈窗為自動測試控制參數輸入界面

彈窗可以設置：充氫電流、循環次數、氧化側電流閾值。

下限電流閾值：觸發啟動充氫；上限電流閾值：觸發停止充氫。

除電流閾值外，也可以通過dI/dt電流變化速率、時間條件觸發切換。每項觸發條件可以單獨啟用；若同時啟用電流閾值、dI/dt、時間，全部條件同時滿足才會切換下一階段。

借助該功能，整套測試可以循環運行，研究試樣多次充氫?析氫循環后的性能變化。

原始測試數據以ASCII文本格式存儲，實驗結束后可開展數據分析。

測試過程軟件持續計算累積電荷量；每一個測試階段結束可手動清零電荷量；各階段最終電荷量記錄保存在對應文件頭內。