试验材料为X80高强钢，其化学成分(质量分数)为0.063%C、Si%0.28、1.83%Mn、0.011%P、 0.03%Cr、0.03%Ni、余量为Fe。将试样清洗后，打磨其表面至镜面，以减少划痕等对试验结果的影响。

试验溶液为近中性NS4溶液，采用分析纯药剂和去离子水(电阻率为18.2MΩ·cm)配制，其中离子质量浓度为0.122g/LKCl、0.483g/LNaHCO3、0.181g/LCaCl2·2H2O、0.131g/LMgSO4，采用冰醋酸和氨水将溶液酸碱性调节为近中性，实测溶液pH为7.29；试验温度为25℃，通过恒温箱控制。

图1为交流干扰和阴极保护共同作用下X80钢腐蚀试验装置图。通过交流信号源施加交流干扰，正负两极材料均为Pt，交流电流密度为50A/m2，频率为60Hz；通过电化学工作站进行阴极保护，保护电位为-1.0V(相对于 SCE)，其中X80钢(25cm2)为负极，Pt电极为正极。试验时间为60h，每2h设置一组试样，共计30组，每组设置3个平行试样。当交流干扰和阴极保护施加完成后，通过电化学工作站和三电极体系开展极化曲线测试，扫描速率为0.01667mV/s，扫描电位区间为-250~+250mV(相对于开路电位)。

在交流干扰和阴极保护共同作用下同步进行浸泡试验。浸泡完成后清洗试样表面腐蚀产物，然后称量，采用失重法计算腐蚀速率，同时观察试样表面形貌提取特征参数。

图1 交流干扰和阴极保护共同作用下X80钢腐蚀试验装置图

基于图像的灰度特征，通过机器学习方法提取腐蚀图像特征参数，描述腐蚀的发展趋势。

定义图像的灰度 :

式中：ri为灰度级；L为灰度级种类数；n为图像中具有灰度级ri的像素的个数；N为图像总像素的个数。

在图像蚀坑实际扫查过程中，一般给与一个基准面，以及其他位置与基准面的相对坐标(采用X/Y/X分别描述位置、面积和最大蚀坑深度)。但是灰度给出的是腐蚀图像整体的特征值，无法提取具体的特征变量。因此根据上述描述,定义一定距离(d)内的灰度相对值 pd (i，j) (i和j分别表示两个不同位置的灰度)，获得灰度共生矩阵pd：

在灰度共生矩阵中，共有28个特征变量，基于前期的研究基础，选择其中两个特征变量(二阶矩和角二阶矩)开展研究。

二阶矩(惯性矩)是基于图像灰度分布的统计标量值，反映了图像本身的清晰度，见式(3)。当金属发生腐蚀尤其是点蚀时，表面形貌的局部变化加剧，导致图像不同区域的灰度对比度显著增大，从而使惯性矩值发生变化。

角二阶矩(能量矩) 主要体现局部区域的均匀程度，见式(4) 。当金属发生腐蚀时，其表面分为明显的腐蚀区域和未腐蚀区域，腐蚀越不均匀，其能量矩值越大。

考虑到腐蚀类型、腐蚀形态和腐蚀特征的复杂性，作者首先根据原有的1846张腐蚀图像(包括大气腐蚀、土壤腐蚀、杂散电流腐蚀、多相介质腐蚀等)开展训练，形成腐蚀图像特征参数识别的数据基础，进而采用Matlab工具箱中灰度共生矩阵的计算函数graycomatrix()对试验获得的腐蚀图像开展特征分析，提取腐蚀图像的二阶矩和角二阶矩。

2. 1. 1  腐蚀速率

图2为在交流干扰和阴极保护共同作用下X80钢的腐蚀速率随腐蚀时间的变化曲线。从图中可以看出，腐蚀时间延长，X80钢的腐蚀速率逐渐增大，表现为指数型变化形式，这与单纯交流干扰下的腐蚀规律类似。在阴极保护作用下，腐蚀速率仍然持续增长，其原因可能是阴极保护提供的电子不足以抵消交流干扰正半周期的消耗。并且随着腐蚀时间的延长，X80钢表面腐蚀位点逐渐增多，这进一步加剧了腐蚀，表现为腐蚀速率增长加快，即指数型变化规律。

图2 交流干扰和阴极保护共同作用下X80钢的腐蚀速率随腐蚀时间的变化曲线

2. 1. 2  腐蚀图像

图3为腐蚀不同时间后X80钢的腐蚀图像。根据腐蚀图像得到腐蚀时间与X80钢的腐蚀面积比和蚀坑数量的关系曲线，如图4所示。从腐蚀图像可以看出，按照腐蚀时间腐蚀大致可以分为三个阶段：0~20h、20~40h、40~60h。

图 3   交流干扰和阴极保护共同作用下腐蚀不同时间后X80钢的腐蚀图像(左:全尺寸图；中：局部3D图，×500；右：局部2D图，×500)

图4 交流干扰和阴极保护共同作用下腐蚀时间与X80钢的腐蚀面积比和蚀坑数量的关系曲线

在第一阶段(0~20h)，从宏观形貌可以看出，X80钢表面的点蚀坑数量显著增加。当腐蚀时间为20h时，蚀坑数量为1106个；在该阶段蚀坑尺寸略有减少，但呈现密集状分布；根据3D图像可知，在该阶段最大蚀坑深度变化不大(27μm→42μm)，腐蚀主要以点蚀位点的萌生为主。

在第二阶段(20~40h)，X80钢表面蚀坑数量逐渐减少，但是表面出现明显的腐蚀区域，表面不平整度显著增加；此外，试样表面出现尺寸较大的蚀坑。

在第三阶段(40~60h)，试样表面蚀坑数量持续减少，试样表面的均匀性显著增加，结合图4可以看出，在该阶段试样表面蚀坑数量减少速率显著降低，并且腐蚀面积的增加逐渐趋于稳定，这说明在交流干扰和阴极保护共同作用下，X80钢表面腐蚀状态和腐蚀特征逐渐趋于稳定。

2. 1. 3  腐蚀图像特征

图5为X80钢腐蚀图像二阶矩和角二阶矩随腐蚀时间的变化规律。从图5(a)中可以看出，X80钢腐蚀图像的二阶矩与蚀坑数量的变化规律基本相同，都随腐蚀时间的延长先迅速增大，达到最高点后分为两个阶段减小，满足上文中提出的三个阶段变化规律。从图5(b)可见，随着腐蚀时间的延长，角二阶矩的变化趋势逐渐减小，表现为对数函数变化规律，与腐蚀面积比例呈相反的变化规律。这是因为角二阶矩体现了腐蚀图像表面的不均匀程度。根据图3可以看出，随着腐蚀时间的延长，试样表面的不均匀程度最终减小，腐蚀趋于稳定状态，因此角二阶矩值逐渐减小。

图5 交流干扰和阴极保护共同作用下腐蚀时间与X80钢腐蚀图像二阶矩和角二阶矩的关系曲线

图6为交流干扰和阴极保护共同作用下X80钢的极化曲线及其拟合结果。从图中可以看出，在试验条件下，X80钢电化学参数(腐蚀电位Ecorr和腐蚀电流密度Jcorr) 随时间延长的腐蚀分为三个阶段：第一阶段为0~20h，在该阶段腐蚀以点蚀的孕育萌生为主，因此当时间由10h延长至20h时，腐蚀电位(-751.201mV→-741.694mV) 和腐蚀电流密度(3.41μA/cm2→35. 50μA/cm2) 基本不变；第二阶段为20~40h，在该阶段腐蚀以典型的活化腐蚀为主，部分蚀坑聚集形成明显的腐蚀区域，因此腐蚀电位(-741.694mV→ -664.711mV) 和腐蚀电流密度(35.50μA/cm2→114.66μA/cm2) 变化相对较大；第三阶段为40~60h，在该阶段腐蚀趋于稳定，X80钢表面逐渐形成稳定的腐蚀区域和未腐蚀区域，几乎不再有新的腐蚀位点萌生，腐蚀逐渐表现为不均匀的全面腐蚀。

图6 交流干扰和阴极保护共同作用下X80钢的极化曲线及其拟合结果