從氧氣變化洞悉金屬腐蝕行為：PyroScience 精準助力腐蝕研究
金屬腐蝕是影響永續、安全、健康與經濟效益的重要課題。為了更準確地評估腐蝕速率及分析不同環境下的腐蝕機制，研究人員亟需能夠即時、原位（in situ）監測的技術。
德國亞琛工業大學（RWTH Aachen University）腐蝕與防蝕研究團隊開發出一種基於呼吸分析（respirometry）概念的創新方法，透過監測腐蝕過程中關鍵的陰極反應——氧氣還原反應（Oxygen Reduction Reaction, ORR）與氫氣析出反應（Hydrogen Evolution Reaction, HER），來間接追蹤金屬氧化與腐蝕速率。
實驗方法
研究團隊將金屬試樣放置於密閉玻璃腔體中，控制體積與環境條件。樣品可暴露於潮濕空氣中（模擬大氣腐蝕），或浸沒於含氣層的電解液中（模擬浸漬腐蝕）。
圖 1 以玻璃腔體密封環境監測螺絲氧氣消耗變化。
在此實驗中使用了 PyroScience PICO-O2 氧氣量測模組 搭配 PIC-FIB2 光纖探頭，以非接觸式氧氣感測貼片 OXSP5 即時監測腔體中氧氣的濃度與分壓（圖 1）。
同時，系統也整合了壓力感測器，用以量測氫氣的分壓。透過理想氣體定律與法拉第定律（Faraday’s Law），研究人員可計算出氧氣消耗與氫氣生成的莫耳數，進而換算出總腐蝕電荷與速率。
研究結果與應用
結果顯示（圖 2），可同時追蹤金屬螺帽與螺栓在腐蝕過程中 HER 與 ORR 的動力學變化。兩者速率的總和代表整體陰極反應速率，即為腐蝕速率。
隨著氫氣生成反應的啟動，反應速率上升，顯示可能因材料間的電偶效應導致縫隙腐蝕加劇。
該技術可用於：
- 比較不同合金組成、熱處理與組織結構下的腐蝕特性
- 評估防蝕塗層與抑制劑（inhibitors）的效果
- 模擬動態環境，如濕乾循環（wet-dry cycles），並即時觀測腐蝕速率與陰極反應比例變化
圖 2 以 PICO-O2 監測含融冰鹽污染的螺帽與螺栓，在潮濕空氣中發生的大氣腐蝕行為。
🔧 研究採用之 PyroScience 解決方案
PICO-O2：高精度光學氧氣 OEM 模組
OXSP5：非接觸式光學氧氣感測貼片
PIC-FIB2：專用光纖讀取探頭
PyroScience 的光學氧氣監測技術，讓腐蝕研究能以高靈敏度、低干擾、可長期連續監測的方式進行，協助科研人員深入解析腐蝕機制，推動材料與防蝕技術的創新。
資料來源：PyroScience 官方網站
