CN101451941A - 一种电化学原位测量的电解池装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于材料腐蚀研究技术领域，涉及一种对金属材料进行腐蚀疲劳裂纹扩展试验用的电化学原位测量的电解池装置，主体结构包括前槽体、后槽体、三点弯曲试样、螺栓、出水孔、进水孔、辅助电极、盐桥、参比电极和锥形瓶；前槽体和后槽体为对称式半体结构，两者对正后构成盒式结构的电解池，用长螺栓将前、后槽体固定在三点弯曲试样两侧，在前槽体的前板内侧中心位置设置有凹槽放置辅助电极；盐桥一端通过腐蚀液与辅助电极和工作电极连通，另一端通过装有饱和氯化钾溶液的锥形瓶与参比电极连接，左、右后侧板与左、右前侧板同高同宽，为对称式形状和结构，其整体结构简单实用，可测功能多，使用寿命长，测量精度高，准确性好。

Description

一种电化学原位测量的电解池装置

技术领域：

本发明属于材料腐蚀研究技术领域，涉及一种能够对各种金属材料进行腐蚀疲劳裂纹扩展试验用的电化学原位测量的电解池装置。

背景技术：

腐蚀疲劳是指腐蚀性介质和交变应力或脉动应力的协同作用所引起的金属材料断裂现象。工程实践中各种承受循环载荷的结构都可能发生腐蚀疲劳破坏，造成重大事故，给国民经济带来重大损失。现代工业的发展要求构件能够承受更苛刻的腐蚀与载荷条件，使得腐蚀疲劳问题更为严重。在腐蚀疲劳破坏中，其寿命主要由裂纹扩展行为所控制，因此研究金属腐蚀疲劳的裂纹扩展规律及其影响因素具有突出的意义。20世纪60年代末，加拿大已经出现了关于腐蚀疲劳装置的专利；80年代起，日本也出现大量关于腐蚀疲劳的专利，其中有关于腐蚀疲劳试验中腐蚀装置的专利，这表明日本在进行腐蚀疲劳试验时开始重视腐蚀装置的设计和安装，将疲劳和腐蚀有机结合起来研究对实际应用更具有指导意义。国内梁健发明的一种盐雾腐蚀疲劳装置也实现了腐蚀与机械疲劳的有机结合，能够对更加恶劣条件下材料的疲劳性能进行研究。但是以上这些技术只是将腐蚀作为机械疲劳发生的环境条件，并未进一步对腐蚀在腐蚀疲劳过程中的影响进行研究。如果将没有力学影响的材料腐蚀的一些研究手段如电化学测量引入腐蚀疲劳，就能够从腐蚀疲劳机理上进一步研究腐蚀在腐蚀疲劳中所起的作用。对现有的腐蚀疲劳技术及其腐蚀装置都是针对疲劳试样进行设计的，但是腐蚀疲劳裂纹扩展试样采用相同的腐蚀装置却无法进行电化学测量。目前有关金属材料腐蚀疲劳裂纹扩展中电化学原位测量的技术很少有报道，仅有腐蚀疲劳试验中有关腐蚀试验设计的简单介绍，如：航空工业标准HB 6626-92《金属材料在含水介质中疲劳裂纹扩展速率试验方法》中有关于标准的紧凑拉伸C(T)试样的循环腐蚀槽和电化学测量连接示意图，但是不适用于三点弯曲试样。所以，现有技术中普遍存在着难以实现对腐蚀疲劳裂纹扩展试样进行电化学测量的缺点，特别是缺少装置对电化学原位进行测量。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术装置中存在的缺点，设计研制一种能够在金属材料腐蚀疲劳裂纹扩展试验中对试样表面裂纹区进行电化学原位测量的电解池装置，该装置同时也是材料腐蚀疲劳裂纹扩展试验的腐蚀装置；能够避免试样与疲劳机在腐蚀液中电接触的问题。

为了实现上述目的，本发明的主体结构包括前槽体、后槽体、工作电极(或三点弯曲试样)、螺栓、出水孔、进水孔、辅助电极、盐桥、参比电极和锥形瓶；前槽体和后槽体为对称式半体结构，两者对正后构成盒式结构的电解池，用长螺栓将前、后槽体固定在三点弯曲试样两侧，在前后两槽体与试样对接之处设置有密封垫，密封垫能够有效防止腐蚀液的渗漏；前槽体由前板、左侧板、右侧板和底板合围构成，其中前板为H型板式结构，其四个顶角上分别制有圆孔用于螺栓固定，上下圆孔之间的距离大于三点弯曲试样的上下宽度；在前槽体的前板内侧中心位置设置有凹槽放置辅助电极；左侧板上设置有一圆孔用来串通放置盐桥，盐桥一端通过腐蚀液与辅助电极和工作电极连通，另一端通过装有饱和氯化钾溶液的锥形瓶与参比电极连接，右侧板上设置有一圆孔用作进水孔；左、右两侧板的高度均大于三点弯曲预制裂纹试样的V型缺口底端高度；与前槽体对称结构的后槽体由后板、左后侧板、右后侧板和后底板合围组成，其中后板与前板的尺寸、形状相同，右后侧板上设置有一圆孔用作出水孔；左、右后侧板与左、右前侧板同高同宽，为对称式形状和结构。

本发明同时作为电化学测量的电解池装置，将电化学测量引入到腐蚀疲劳裂纹扩展试验中，在三点弯曲试样随加载频率上下运动时，电解池装置随试样同步运动，实现试样与参比电极、辅助电极的相对静止，避免了相对运动对电化学测量结果的影响；为了防止腐蚀溶液的渗漏，电解池的前、后槽体与试样之间加有密封垫，并用螺栓使电解池前、后槽体夹紧在试样两侧，前、后槽体和试样之间只存在两个平行于试样与槽体接触面的摩擦力，该摩擦力相对于试样上下的加载载荷也是平行的，而且远远小于载荷，相对载荷可以忽略不计；试样发生疲劳断裂的方向是垂直于这个摩擦力的，因此试样断裂时不会破坏槽体，腐蚀液也不会因此流出，避免腐蚀液对试验台造成腐蚀。

本发明的前槽体和后槽体的左右侧板高度均大于三点弯曲预制裂纹试样的V型缺口底端高度但小于试样高度，实现腐蚀液从前槽体流入而从后槽体流出，形成循环；在前槽体的前板内侧凹槽中的辅助电极中心正对着试样的预制裂纹，参比电极用盐桥和甘汞电极，其鲁金毛细管尖端正对着试样裂纹的中心；三点弯曲试样和疲劳试验机夹具的三个接触点都不在腐蚀液里，避免了夹具和试样之间的电偶腐蚀，不会对试样的电化学测量带来干扰；本电解池装置主体采用透明的有机玻璃板，试验同时可以观察裂纹处试验现象，实现整体结构装配和拆卸方便。

本发明与现有技术相比其整体结构简单实用，可在腐蚀疲劳裂纹扩展试验的同时完成多种电化学原位测量，如开路电位、线性极化、电化学噪声以及电化学交流阻抗等；电解池的槽体和试样之间用普通的密封垫作水密封，装配和拆卸方便；实现了三点弯曲试样腐蚀疲劳裂纹扩展试验中电化学原位测量，在得到力学参数随试验时间的变化规律的同时得到电化学参数随试验时间的变化规律，实现材料腐蚀疲劳裂纹扩展过程中扩展参数的电化学表征，从而实现材料腐蚀疲劳剩余寿命的表征。

附图说明：

图1为本发明主体的立体结构原理示意图。

图2为本发明进行腐蚀疲劳裂纹扩展过程中的腐蚀速度随扩展时间的变化曲线。

图3为本发明进行腐蚀疲劳裂纹扩展过程中的极化电阻(Rp)随扩展时间的变化曲线。

具体实施方式：

下面通过实施例并结合附图作进一步说明。

实施例：

本实施例的主体结构包括前槽体7、后槽体3、工作电极或三点弯曲试样1、螺栓2、出水孔4、进水孔5、辅助电极6、盐桥8、参比电极9和锥形瓶10；前槽体7和后槽体3为对称式半体结构，两者对正后构成盒式结构的电解池盒体，用长螺栓2将前、后槽体7和3固定在三点弯曲试样1两侧，在两槽体与试样之间连接处设置有密封垫，密封垫可防止腐蚀液的渗漏；前槽体7分为前板、左侧板、右侧板和底板，其中H型前板的四个顶角上分别制有圆孔用于螺栓2固定，上下圆孔之间的距离大于三点弯曲试样1的上下宽度，在前板内侧中心位置设置有凹槽内放置辅助电极6；左侧板上设置有一圆孔用来串通放置盐桥8，盐桥8一端与辅助电极6连通，另一端通过装有饱和氯化钾溶液的锥形瓶10与参比电极9连接，右侧板上设置有一圆孔用作进水孔5；左右两侧板的高度均大于三点弯曲预制裂纹试样1的V型缺口底端高度；后槽体3与前槽体7为对称式结构，后槽体3由后板、左后侧板、右后侧板和后底板组成，其中后板与前板尺寸、形状相同，右后侧板上设置有一圆孔用作出水孔4；左、右后侧板与左右前侧板同高同宽，为对称式形状和结构。

本实施例装配时，先将辅助电极6用防水胶粘在前槽体7的前板内部中心位置的凹槽内，将密封垫分别粘在前槽体和后槽体紧贴三点弯曲试样1的部位，然后将四只螺栓2穿在前后两槽体7和3上先不全拧紧，最后将三点弯曲试样1放在中间，待中心对准后再拧紧四只螺栓2；试验之前注入循环腐蚀液，然后安放好盐桥8。

附图2和3是低合金钢材料制作成三点弯曲试样时，采用本实施例在腐蚀疲劳裂纹扩展过程中进行线性极化原位测量的结果，对不同时间段的线性极化曲线进行分析，得到三点弯曲试样在腐蚀疲劳裂纹扩展过程中的极化电阻(Rp)和瞬时腐蚀速度随扩展时间的变化规律。

Claims (2)

1、一种电化学原位测量的电解池装置，主体结构包括前槽体、后槽体、工作电极或三点弯曲试样、螺栓、出水孔、进水孔、辅助电极、盐桥、参比电极和锥形瓶，其特征在于前槽体和后槽体为对称式半体结构，两者对正后构成盒式结构的电解池，用长螺栓将前、后槽体固定在三点弯曲试样两侧，在前后两槽体与试样对接之处设置有密封垫防止腐蚀液的渗漏；前槽体由前板、左侧板、右侧板和底板合围构成，前板为H型板式结构，四个顶角上分别制有圆孔用于螺栓固定，上下圆孔之间的距离大于三点弯曲试样的上下宽度；在前槽体的前板内侧中心位置设置有凹槽放置辅助电极；左侧板上设置有一圆孔用来串通放置盐桥，盐桥一端通过腐蚀液与辅助电极和工作电极连通，另一端通过装有饱和氯化钾溶液的锥形瓶与参比电极连接，右侧板上设置有一圆孔用作进水孔；左、右两侧板的高度均大于三点弯曲预制裂纹试样的V型缺口底端高度；与前槽体对称结构的后槽体由后板、左后侧板、右后侧板和后底板合围组成，后板与前板的尺寸、形状相同，右后侧板上设置有一圆孔用作出水孔；左、右后侧板与左、右前侧板同高同宽，为对称式形状和结构。

2、根据权利要求1所述的一种电化学原位测量的电解池装置，其特征在于在前槽体的前板内侧凹槽中的辅助电极中心正对着试样的预制裂纹；参比电极用盐桥和甘汞电极，其鲁金毛细管尖端正对着试样裂纹的中心。

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