CN101373180A - 镁合金牺牲阳极电化学性能检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种镁合金牺牲阳极电化学性能测试方法，包括如下步骤：准备至少两支设定质量的镁合金牺牲阳极试样、与镁合金牺牲阳极试样对应数量的钢制阴极试验坩埚、以及饱和硫酸钙-氢氧化镁溶液；将饱和硫酸钙-氢氧化镁溶液注入钢制阴极试验坩埚内，再将镁合金牺牲阳极试样插入钢制阴极试验坩埚，并使直流电源、第一库仑计、镁合金牺牲阳极试样、钢制阴极试验坩埚连通构成串联导电回路；所述导电回路中通以恒定电流，到达设定测试时间后，停止该恒定电流，并测量整个试验阶段流经镁合金牺牲阳极试样的电量、以及每个镁合金牺牲阳极试样在试验前后损失的质量，二者之商即为试样损失每单位质量所得的安培小时数据。

Description

镁合金牺牲阳极电化学性能检测方法

技术领域

本发明涉及一种测试方法，尤其涉及一种镁合金牺牲阳极电化学性能检测方法，即检测镁合金牺牲阳极试样在饱和硫酸钙和氢氧化镁介质中工作时的电极和试样损失每单位质量所得到的安培小时的方法。

背景技术

近年来，随着我国镁合金牺牲阳极制造企业与国际专业防腐公司和镁合金牺牲阳极制造商的合作，我国镁合金牺牲阳极特别是挤压镁合金牺牲阳极的品种及规模发展非常迅速，现我国挤压镁合金牺牲阳极产品已占国际市场份额约80％。

随着镁合金牺牲阳极产品品种、规模的不断扩大，客户对挤压镁合金牺牲阳极的验收技术要求越来越严格，生产厂家都是采取各自的企业标准为国内外客户供货，但各企业标准内容各不相同，导致镁合金牺牲阳极产品的检验结果也普遍存在误差。

安装于地下的镁合金牺牲阳极通常被一种填充材料所环绕，这种填充材料的典型成份是：75％的石膏(CaSO₄·2H₂O)，20％的膨润土及5％的硫酸钠。镁合金牺牲阳极在上述环境中工作时的电极和试样损失每单位质量所得到的安培小时是其重要的电化学性能，也是衡量其品质好坏的重要指标。

镁合金牺牲阳极所处的石膏-膨润土-硫酸钠填充料环境可用硫酸钙、氢氧化镁试验电解液进行模拟。测得镁合金牺牲阳极在饱和硫酸钙和氢氧化镁介质中工作时的电极和试样损失每单位质量所得到的安培小时数据，也即得到了镁合金牺牲阳极在实际工况下的性能参数。

发明内容

本发明提供一种检测镁合金牺牲阳极试样在饱和硫酸钙和氢氧化镁介质中工作时的电极和试样损失每单位质量所得到的安培小时的方法，藉以确定镁合金牺牲阳极在实际工况下的电化学性能参数。

本发明所述的镁合金牺牲阳极电化学性能测试方法，包括如下步骤：

步骤一，准备至少两支设定质量的镁合金牺牲阳极试样、与镁合金牺牲阳极试样对应数量的钢制阴极试验坩埚、以及饱和硫酸钙—氢氧化镁溶液；

步骤二，将饱和硫酸钙—氢氧化镁溶液注入钢制阴极试验坩埚内，再将镁合金牺牲阳极试样插入钢制阴极试验坩埚，并使直流电源、第一库仑计、镁合金牺牲阳极试样、钢制阴极试验坩埚连通构成串联导电回路；

步骤三，所述导电回路中通以恒定电流，到达设定测试时间后，停止该恒定电流，并测量整个试验阶段流经镁合金牺牲阳极试样的电量、以及每个镁合金牺牲阳极试样在试验前后损失的质量，所述流经镁合金牺牲阳极试样的电量与该镁合金牺牲阳极试样损失的质量的商即为试样损失每单位质量所得的安培小时数据。

本发明所述的镁合金牺牲阳极电化学性能测试方法的步骤三中，取流经各个镁合金牺牲阳极试样的电量与该对应镁合金牺牲阳极试样损失的质量的商的平均值为试样损失每单位质量所得的安培小时数据。

本发明所述的镁合金牺牲阳极电化学性能测试方法的步骤二中，增加设置第二库仑计，并使直流电源、第一库仑计、镁合金牺牲阳极试样、钢制阴极试验坩埚、第二库仑计连通构成串联导电回路。

本发明所述的镁合金牺牲阳极电化学性能测试方法中，所述第一库仑计或第二库仑计为铜库仑计时，所述流经镁合金牺牲阳极试样的电量A·h计算公式为：

A·h＝M·(M2-M1)

其中：

M为常量，单位为安培·小时/克；

M2为铜库仑计阴极线的最后质量，单位为克；

M1为铜库仑计阴极线的初始质量，单位为克。

本发明所述的镁合金牺牲阳极电化学性能测试方法中，所述第一库仑计或第二库仑计为电子库仑计时，所述流经镁合金牺牲阳极试样的电量A·h计算公式为：

A·h＝Q/3600

其中：

Q为从电子库仑计上测得的电量值，单位为安培·小时。

本发明所述的镁合金牺牲阳极电化学性能测试方法中，所述镁合金牺牲阳极试样为圆柱体，其一端为加工面，且该加工面用水和丙酮清洗烘干后用环氧树脂封好。

本发明所述的镁合金牺牲阳极电化学性能测试方法中，所述镁合金牺牲阳极试样先清洗，再经烘干、冷却，最后称其质量。

本发明所述的镁合金牺牲阳极电化学性能测试方法的步骤一中，利用喷砂、或金属丝刷、或切削方式去除钢制阴极试验坩埚表面的高电阻涂层。

本发明所述的镁合金牺牲阳极电化学性能测试方法中，所述钢制阴极试验坩埚具有橡胶塞，所述镁合金牺牲阳极试样穿过该橡胶塞后，插入到钢制阴极试验坩埚中。

本发明所提供的镁合金牺牲阳极电化学性能测试方法，原理简单，实际操作简单方便，并且测得数据客观准确，极大的方便了镁合金牺牲阳极的检验过程。

附图说明

图1为本发明实施例所述镁合金牺牲阳极电化学性能测试方法的流程示意图；

图2为本发明实施例所述镁合金牺牲阳极电化学性能测试方法中的电路连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明所述镁合金牺牲阳极电化学性能测试方法做详细说明。

本发明基于如下原理而进行：

利用饱和硫酸钙—氢氧化镁溶液模拟镁合金牺牲阳极材料长期处于石膏—膨润土—硫酸钠填充料的环境，测量镁合金牺牲阳极在试验前后的质量损失数据以及流经镁合金牺牲阳极的总的安培小时，从而确定镁合金牺牲阳极损失每单位质量获得的安培小时，即得到了镁合金牺牲阳极的电化学性能参数。

如图1所示，为本发明所述镁合金牺牲阳极电化学性能测试方法的流程示意图。

本发明所述镁合金牺牲阳极电化学性能测试方法，包含如下步骤：

步骤101，准备至少两支设定质量的镁合金牺牲阳极试样、与镁合金牺牲阳极试样对应数量的钢制阴极试验坩埚、以及饱和硫酸钙—氢氧化镁溶液。

本发明中，需测量串联电池组在电解液中的电量及每个电池的质量损失数据，因此，本实施例中，取五支设定质量的镁合金牺牲阳极试样，并取五支钢制阴极试验坩埚，这样，每支镁合金牺牲阳极试样与对应的钢制阴极试验坩埚、饱和硫酸钙—氢氧化镁溶液就构成了一个电池，五支镁合金牺牲阳极试样及对应的钢制阴极试验坩埚、饱和硫酸钙—氢氧化镁溶液构成了包含五支电池的电池组。

所述电解液，即饱和硫酸钙—氢氧化镁溶液按如下比例配置：将5.0g试剂级硫酸钙(CaSO₄·2H₂O)、0.1g试剂级氢氧化镁(Mg(OH)₂)加入1000mL的IV型或更高的试剂级水中。

所述镁合金牺牲阳极试样，可分为从镁合金铸造阳极上取样及挤制得镁合金阳极上取样。

当从镁合金铸造阳极上取样时，沿铸造阳极宽度方向离边缘约13mm处截得所需试样，从铸造阳极上锯得的试样尺寸为16mm×16mm×180mm，然后对每个试样进行机械加工，首先机械加工的正方截面(其上应加盖标记号)，然后用加工速度为800r/min、进刀速率为0.5mm/转、切割深度≤1.9mm的加工方法获得直径为12.7mm试棒，并将加工好的试样切割成152mm长，其中一端为加工面。该加工端面用水和丙酮清洗烘干后用环氧树脂封好。

当从镁合金挤制阳极上取样时，可从一挤制的镁阳极成品中部沿阳极宽度方向截得所需试样5支，并将试样上述加工方法进行加工(即用加工速度为800r/min、进刀速率为0.5mm/转、切割深度≤1.9mm的加工方法获得直径为12.7mm试棒，并将加工好的试样切割成152mm长，其中一端为加工面)。该加工端面用水和丙酮清洗烘干后用环氧树脂封好。

按上述方法获得镁合金牺牲阳极试样后，需要在试验进行前称量其质量，称量质量的步骤为先清洗试样、再烘干试样、再冷却、最后称量。

例如，用水和丙酮清洗每个机加工试样，然后在烘箱中于105℃干燥30min，冷却，称重，并精确至0.1mg。需要注意的是：用丙酮清洗后，为避免试样污染，必须戴手套拿试样。

所述钢制阴极试验坩埚侧壁设置有供接线用螺母，顶部设置有橡胶塞，该橡胶塞设置有通孔，以供镁合金牺牲阳极试样穿过。

本发明中所使用的钢制阴极试验坩埚应保证其表面无高电阻涂层。若表面覆盖高电阻涂层，则可用喷砂、或金属丝刷、或切削等方式去除。

步骤102，将饱和硫酸钙—氢氧化镁溶液注入钢制阴极试验坩埚内，再将镁合金牺牲阳极试样插入钢制阴极试验坩埚，并使直流电源、第一库仑计、镁合金牺牲阳极试样、钢制阴极试验坩埚连通构成串联导电回路。

如图2所示，为本发明进行测试时的电路连接示意图。

将饱和硫酸钙—氢氧化镁溶液注入钢制阴极试验坩埚5、6、7、8、9中，并使所述溶液的液面距钢制阴极试验坩埚顶端15毫米，再将镁合金牺牲阳极试样10、11、12、13、14分别穿过钢制阴极试验坩埚5、6、7、8、9顶部的橡胶塞插入其中。

需要说明的是，镁合金牺牲阳极试样插入钢制阴极试验坩埚前，需要进行如下处理：

若为铸造镁合金阳极试样，则从加工端面100mm处开始到距未加工端面13mm处，用导电胶带罩住每个称重的试样，浸入电解液的区域是加工端面及长度为100mm的侧面，浸入面积为41.2cm2。本实施例中，通过试验电路的电流为1.6mA，阳极电流密度为0.039mA/cm2。

若为挤制镁合金阳极试样，则从用环氧树脂封好的加工端面103mm处开始到距未加工端面10mm处，用导电胶带罩住每个称重的试样，浸入电解液的区域是加工端面及长度为103mm的侧面，浸入面积为41.2cm2(用环氧树脂封好的加工端面面积不计)。本实施例中，通过试验电路的电流为1.6mA，阳极电流密度为0.039mA/cm2。

将一直流电源1的正极连接导线2，并经过第一库仑计3连接到第一镁合金牺牲阳极10上，所述第一钢制阴极试验坩埚5的侧壁螺母通过导线与第二镁合金牺牲阳极11相连，所述第二钢制阴极试验坩埚6的侧壁螺母通过导线与第三镁合金牺牲阳极12相连，所述第三钢制阴极试验坩埚7的侧壁螺母通过导线与第四镁合金牺牲阳极13相连，所述第四钢制阴极试验坩埚8的侧壁螺母通过导线与第五镁合金牺牲阳极14相连，所述第五钢制阴极试验坩埚9的侧壁螺母通过导线2与连接直流电源1的负极，从而构成串联导电回路。

本实施例中，在第五钢制阴极试验坩埚9与直流电源1的负极之间还增加设置了第二库仑计4，并使直流电源1、第一库仑计3、镁合金牺牲阳极试样5、6、7、8、9，钢制阴极试验坩埚10、11、12、13、14，第二库仑计连4通构成串联导电回路。该第二库仑计4与第一库仑计3的功能相同，均为测量试验期间流经电池的电量。优点在于，增加设置的第二库仑计4，在计算时可提供更丰富数据，便于取平均值，以使测量结果更接近实际工作情况。

步骤103，所述串联回路中通以恒定电流，到达设定测试时间后，停止该恒定电流，并测量整个试验阶段流经镁合金牺牲阳极试样的电量、以及每个镁合金牺牲阳极试样在试验前后损失的质量，所述流经镁合金牺牲阳极试样的电量与该镁合金牺牲阳极试样损失的质量的商即为试样损失每单位质量所得的安培小时数据。

本步骤中，须保证串联回路电流为1.61mA，且为恒定值。同时，还须保证硫酸钙—氢氧化镁溶液的温度在22℃±5℃范围内。

到达设定的测试时间后，例如，设定的测试时间为14天，停止串联回路中的恒定电流，拆除镁合金试样上的导线，然后将镁合金试样从硫酸钙—氢氧化镁溶液取出，拔去橡胶塞，最后将镁合金试样上的导电胶带去掉。

对试验后的镁合金试样称量其质量时，需先清洗、再经烘干、冷却，最后称其质量。例如，用60℃～80℃的清洗液(将250g试剂级CrO₃加入到1000mL的IV型或更高的试剂级水中配置而成)清洗，再在烘箱中105℃下干燥30min，再冷却到室温，之后称重，质量精确至至0.1mg。

试验前后镁合金试样的质量之差即为镁合金试样损失的质量。

整个试验阶段流经镁合金牺牲阳极试样的电量可由库仑计测得。所述第一库仑计3或第二库仑计4为铜库仑计时，流经镁合金牺牲阳极试样的电量A·h计算公式为：

A·h＝M·(M2-M1)

其中：

M为常量，单位为安培·小时/克；

M2为铜库仑计阴极线的最后质量，单位为克；

M1为铜库仑计阴极线的初始质量，单位为克。

本实施例中，所述常量M的值取0.8433。

所述第一库仑计3或第二库仑计4为电子库仑计时，所述流经镁合金牺牲阳极试样的电量A·h计算公式为：

A·h＝Q/3600

其中：

Q为从电子库仑计上测得的电量值，单位为安培·小时。

在确定流经镁合金牺牲阳极试样的电量及该镁合金牺牲阳极试样损失的质量后，就可以计算试样损失每单位质量所得的安培小时数据。

具体为所述流经镁合金牺牲阳极试样的电量与该镁合金牺牲阳极试样损失的质量的商即为试样损失每单位质量所得的安培小时数据。此安培小时数据即为表征镁合金牺牲阳极电化学性能的数据。用公式可以表示为：

每块镁合金试样损失每单位质量得到的安培·小时/克(A·h/g)值：

A·h/g＝(A·h)/(M_Mg1-M_Mg2)

式中：

M_Mg1——镁阳极试样的初始质量，单位为克(g)；

M_Mg2——镁阳极试样的最后质量，单位为克(g)。

本发明中，可取流经各个镁合金牺牲阳极试样的电量与该对应镁合金牺牲阳极试样损失的质量的商的平均值为试样损失每单位质量所得的安培小时数据。所述流经各个镁合金牺牲阳极试样的电量既可由第一库仑计3测得，也可由第二库仑计4测得，也可取二者测得结果的平均值。

应用本发明中所述设备，还可测量其他试验数据。例如，将钢制阴极试验坩埚的橡胶塞上开两个通孔，其中一个通孔供镁合金牺牲阳极试样插入，另一个通孔则可供饱和甘汞参比电极15插入。

当使用饱和甘汞参比电极15时，一电位计的一端接该饱和甘汞参比电极15，另一端接镁合金牺牲阳极12。仍以前述设定的测试时间为14天为例，在第1天、第7天、第14天测得镁合金试样的闭路电位，进行测量时，饱和甘汞参比电极15的尖端必须处于距饱和硫酸钙—氢氧化镁溶液的液面10mm范围内。

在试验14天后，关闭直流电源的情况下，1个小时后测量镁合金试样的开路电位，测量方法同前述闭路电位的方式，在此不赘叙。

本发明所提供的镁合金牺牲阳极电化学性能测试方法，原理简单，实际操作简单方便，并且测得数据客观准确，极大的方便了镁合金牺牲阳极的检验过程。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种镁合金牺牲阳极电化学性能测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，准备至少两支设定质量的镁合金牺牲阳极试样、与镁合金牺牲阳极试样对应数量的钢制阴极试验坩埚、以及饱和硫酸钙—氢氧化镁溶液；

步骤二，将饱和硫酸钙—氢氧化镁溶液注入钢制阴极试验坩埚内，再将镁合金牺牲阳极试样插入钢制阴极试验坩埚，并使直流电源、第一库仑计、镁合金牺牲阳极试样、钢制阴极试验坩埚连通构成串联导电回路；

步骤三，所述导电回路中通以恒定电流，到达设定测试时间后，停止该恒定电流，并测量整个试验阶段流经镁合金牺牲阳极试样的电量、以及每个镁合金牺牲阳极试样在试验前后损失的质量，所述流经镁合金牺牲阳极试样的电量与该镁合金牺牲阳极试样损失的质量的商即为试样损失每单位质量所得的安培小时数据。

2.如权利要求1所述的镁合金牺牲阳极电化学性能测试方法，其特征在于，所述步骤三中，取流经各个镁合金牺牲阳极试样的电量与该对应镁合金牺牲阳极试样损失的质量的商的平均值为试样损失每单位质量所得的安培小时数据。

3.如权利要求1所述的镁合金牺牲阳极电化学性能测试方法，其特征在于，所述步骤二中，增加设置第二库仑计，并使直流电源、第一库仑计、镁合金牺牲阳极试样、钢制阴极试验坩埚、第二库仑计连通构成串联导电回路。

4.如权利要求1或3所述的镁合金牺牲阳极电化学性能测试方法，其特征在于，所述第一库仑计或第二库仑计为铜库仑计时，所述流经镁合金牺牲阳极试样的电量A·h计算公式为：

A·h＝M·(M2-M1)

其中：

M为常量，单位为安培·小时/克；

M2为铜库仑计阴极线的最后质量，单位为克；

M1为铜库仑计阴极线的初始质量，单位为克。

5.如权利要求4所述的镁合金牺牲阳极电化学性能测试方法，其特征在于，所述常量M的值为0.8433。

6.如权利要求1或3所述的镁合金牺牲阳极电化学性能测试方法，其特征在于，所述第一库仑计或第二库仑计为电子库仑计时，所述流经镁合金牺牲阳极试样的电量A·h计算公式为：

A·h＝Q/3600

其中：

Q为从电子库仑计上测得的电量值，单位为安培·小时。

7.如权利要求1所述的镁合金牺牲阳极电化学性能测试方法，其特征在于，所述镁合金牺牲阳极试样为圆柱体，其一端为加工面，且该加工面用水和丙酮清洗烘干后用环氧树脂封好。

8.如权利要求1所述的镁合金牺牲阳极电化学性能测试方法，其特征在于，所述镁合金牺牲阳极试样先清洗，再经烘干、冷却，最后称其质量。

9.如权利要求1所述的镁合金牺牲阳极电化学性能测试方法，其特征在于，所述步骤一中，利用喷砂、或金属丝刷、或切削方式去除钢制阴极试验坩埚表面的高电阻涂层。

10.如权利要求1所述的镁合金牺牲阳极电化学性能测试方法，其特征在于，所述钢制阴极试验坩埚具有橡胶塞，所述镁合金牺牲阳极试样穿过该橡胶塞后，插入到钢制阴极试验坩埚中。

Images