CN102494989B

CN102494989B - 一种用于加载过程的多参数可调控电解池装置

Info

Publication number: CN102494989B
Application number: CN2011103580293A
Authority: CN
Inventors: 张慧霞; 程文华
Original assignee: 725th Research Institute of CSIC
Current assignee: 725th Research Institute of CSIC
Priority date: 2011-11-14
Filing date: 2011-11-14
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2031-11-14
Also published as: CN102494989A

Abstract

本发明属于腐蚀技术领域，涉及一种用于加载过程的多参数可调控电解池装置，圆筒式保温溶液槽内竖向制有试样，试样的上端与恒电位仪相连通，试样穿过保温溶液槽底部中心，保温溶液槽的内腔中上部一侧制有与恒电位仪连通的辅助电极，保温溶液槽的上部一侧制有与溶液调配槽相通的保温胶管，防渗漏装置的下部一侧上通过微型水泵与腐蚀溶液管道连通；参比电极下端插入鲁金毛细管的竖直端口中，参比电极的上端与恒电位仪电连通，鲁金毛细管的横平段串过保温溶液槽的侧壁与试样连接式相通；其总体结构简单，设计原理可靠，使用安全性好，自动调节作用强，可控测量性能好，环境污染小。

Description

一种用于加载过程的多参数可调控电解池装置

技术领域：

本发明属于腐蚀技术领域，涉及一种对金属材料在特殊、复杂溶液体系中的拉伸、疲劳情况进行原位电化学测量的电解池设备，特别是一种用于加载过程的多参数可调控电解池装置。

背景技术：

金属材料在腐蚀环境中受到应力或交变应力作用就会发生应力腐蚀或腐蚀疲劳，海洋结构工程中任何受到应力或交变应力的构件都可能遭受到应力腐蚀或腐蚀疲劳破坏，尤其是受到阴极保护的金属材料或构件，其应力腐蚀或腐蚀疲劳的敏感性更强，这些腐蚀破坏将给国民经济带来重大经济损失，研究应力和交变应力作用下金属材料和构件的腐蚀行为尤为迫切。早在上世纪70年代，美国的《疲劳测试手册》中就有轴向加载试样与水介质试验容器联合使用进行金属材料腐蚀介质下疲劳寿命测试的描述；C.E.贾斯克等等所著《海洋工程中金属的腐蚀疲劳》提到应当控制腐蚀介质的温度、溶解氧含量、pH值、压力和试样的极化电位，并介绍了与疲劳机和拉伸机联合使用可以对试样施加阴极极化的腐蚀试验装置。国内也有人发明了可以与疲劳或拉伸机联合使用的腐蚀装置，用于控制腐蚀介质的温度和浓度；如申请号为200810146899.2的发明专利“一种在腐蚀疲劳过程中实现控温控湿设备”通过将试样腐蚀段密封于尺寸合适密封性好留有介质循环进出口的腐蚀箱内，再将试样固定在拉伸机或疲劳机上，实现了疲劳或拉伸的同时，利用介质的循环流动实现金属材料腐蚀部位处于恒定的温度和介质浓度，使实验室模拟金属构件加载时在各种不同腐蚀气氛中的腐蚀疲劳和应力腐蚀试验成为可能；申请号为200810012951.5的发明专利“在加载过程中实现同步干湿交替加速腐蚀的设备及其应用”解决了试样受应力作用同时受到干湿交替，且处于一定湿度、温度范围时金属构件性能的评定，即载荷及大气腐蚀同时作用环境下金属构件的性能试验评定方法；但是以上两个专利提到的装置都不适合用于水介质中的应力腐蚀和腐蚀疲劳试验；申请号为200810049624.7的发明专利“一种对金属材料进行腐蚀疲劳试验的海水循环系统”，可实现循环海水中的低周腐蚀疲劳试验，解决了腐蚀疲劳试验中水介质的循环问题，但是仅局限于悬臂弯曲试样；申请号为200810167021.7的发明专利“一种腐蚀环境下疲劳裂纹扩展速率试验环境装置”，可实现C(T)试样在水介质中的裂纹扩展试验，解决了水介质中应变规腐蚀问题，但是也仅局限于C(T)试样一种试样。申请号为200810249619.0的发明专利“一种电化学原位测量的电解池装置”中解决了三点弯曲试样在疲劳裂纹扩展速率试验中应变规腐蚀问题和电化学测量问题，但是仅限于三点弯曲试样。综上所述，在腐蚀疲劳和应力腐蚀过程中，目前还没有一种装置既能够解决水介质循环以及腐蚀溶液盐度、温度、溶解氧含量、pH值和试样极化电位等多参数调控问题，也能实现试样原位电化学测量，为评定复杂多变溶液体系中金属材料和构件的腐蚀疲劳和应力腐蚀性能，在加载过程中能够实现腐蚀溶液的盐度、温度、溶解氧含量、pH值和试样的极化电位等多参数可调控的腐蚀槽兼电解池装置研制显得非常迫切。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计一种能同时调节腐蚀溶液中盐度、pH值、温度和溶氧量的电解池装置，配合拉伸机或疲劳机实现不同腐蚀溶液体系中的应力腐蚀或腐蚀疲劳试验，为应力或交变应力条件下金属材料的耐蚀性评价提供可靠手段；在试样加载过程中对腐蚀介质参数和试样极化电位进行自动调控的电解池装置或腐蚀试验槽，能够通过腐蚀介质盐度、温度、溶氧量和pH值等参数的自动调节以及极化电位的控制，实现金属材料在可控腐蚀条件下的应力腐蚀和腐蚀疲劳试验，通过三电极体系，实现外加应力或应力交变条件下试样腐蚀过程的电化学原位测量，为复杂条件下金属材料腐蚀过程的可控测量提供设备。

为了实现上述发明目的，本发明的主体结构包括保温胶管、辅助电极、圆筒式保温溶液槽、试样、防渗漏装置、鲁金毛细管(盐桥)、参比电极、微型水泵、溶液调配槽、温度调节循环水、腐蚀溶液、盐度调节储液瓶、pH值调节储液瓶、溶氧量调节气瓶、自动控制装置、温度调节开关、盐度调节开关、pH值调节开关、溶氧量调节开关、盐度控制阀、pH值控制阀和溶氧量控制阀；圆筒式保温溶液槽内竖向制有试样，试样的上端与恒电位仪相连通，试样穿过保温溶液槽底部中心，并采用防渗漏装置密封防止试样拉伸过程中腐蚀溶液渗漏，保温溶液槽的内腔中上部一侧制有与恒电位仪连通的辅助电极，保温溶液槽的上部一侧制有与溶液调配槽相通的保温胶管，防渗漏装置的下部一侧上通过微型水泵与腐蚀溶液管道连通；参比电极下端插入鲁金毛细管的竖直端口中，参比电极的上端与恒电位仪电连通，鲁金毛细管的横平段串过保温溶液槽的侧壁与试样连接式相通；pH值调节储液瓶和溶氧量调节气瓶分别与pH值控制阀和溶氧量控制阀连通；盐度调节储液瓶通过盐度控制阀与腐蚀溶液的底部管道式相连通；夹层式结构的溶液调配槽的内外壁之间充满温度调节循环水；自动控制装置的正侧表面上自上而下依次排列分别制有溶氧量调节开关、pH值调节开关、盐度调节开关和温度调节开关，并分别与相应的溶氧量控制阀、pH值控制阀、盐度控制阀和溶液调配槽电连通，实现自动调节的控制功能。

本发明的电解池装置的主体由保温溶液槽、防渗漏装置、参比电极、辅助电极和鲁金毛细管(盐桥)组成，保温溶液槽由双层有机玻璃密封成槽状结构，防渗漏装置在保温溶液槽底部中心与试样相连处，盛放腐蚀溶液的溶液调配槽为双层夹套结构，里层用于盛放腐蚀溶液，外层涂覆着保温层，恒温循环水流经两层结构之间，用于腐蚀溶液的水浴加热或冷却；溶液加注循环控制系统包括微型水泵、保温胶管和水流控制阀，其中保温胶管外包覆一层保温层；自动控制装置由盐度、pH值、溶氧量和温度调节四部分组成；其调控参数盐度为3.0％～3.5％，pH为7～8.5，溶氧量为0～8mg/L，温度为0～90℃；极化电位的调控通过恒电位仪对试样进行极化来实现。

本发明与现有技术相比，通过腐蚀介质盐度、温度、溶氧量和pH值等参数的自动调节以及极化电位的控制，实现金属材料在可控腐蚀条件下的应力腐蚀和腐蚀疲劳试验，能够通过三电极体系，实现外加应力或应力交变条件下试样腐蚀过程的电化学原位测量，为复杂条件下金属材料腐蚀过程的可控测量提供手段；其总体结构简单，设计原理可靠，使用安全性好，自动调节作用强，可控测量性能好，环境污染小。

附图说明：

图1为本发明的主体结构原理示意图。

图2为本发明的实施例测量结构的曲线示意图。

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保温胶管1、辅助电极2、双层有机玻璃槽3、试样4、防渗漏装置5、鲁金毛细管(盐桥)6、参比电极7、微型水泵8、溶液调配槽9、温度调节循环水10、腐蚀溶液11、盐度调节储液瓶12、pH值调节储液瓶13、溶氧量调节气瓶14、自动控制装置15、温度调节开关16、盐度调节开关17、pH值调节开关18、溶氧量调节开关19、盐度控制阀20、pH值控制阀21和溶氧量控制阀22；圆筒式防渗漏装置4内竖向制有试样3，试样3的上端与恒电位仪相连通，防渗漏装置4的内腔中上部一侧制有与恒电位仪连通的辅助电极2，防渗漏装置4的上部一侧制有与溶液调配槽8相通的保温胶管1，防渗漏装置4的下部一侧上通过微型水泵7与腐蚀溶液10管道连通；参比电极6下端插入鲁金毛细管5的竖直端口中，参比电极6的上端与恒电位仪电连通，鲁金毛细管5的横平段串过防渗漏装置4的侧壁与试样3连接式相通；pH值调节储液瓶12和溶氧量调节气瓶13分别与pH值控制阀20和溶氧量控制阀21连通；盐度调节储液瓶11通过盐度控制阀19与腐蚀溶液10的底部管道式相连通；夹层式结构的溶液调配槽8的内外壁之间充满温度调节循环水9；自动控制装置14的正侧表面上自上而下依次排列分别制有溶氧量调节开关18、pH值调节开关17、盐度调节开关16和温度调节开关15，并分别与相应的溶氧量控制阀21、pH值控制阀20、盐度控制阀19和溶液调配槽8电连通，实现自动调节的控制功能。

本实施例采用已制备的电解池装置实现极化电位为-1.2V条件下不同溶氧量对低合金钢焊接件应力腐蚀敏感性的影响实验，应力腐蚀试验采用上述电解池装置作为腐蚀溶液槽，试验之前先配好溶液的盐度、pH值的腐蚀溶液盛放在溶液调配槽8中，组装好电解池后打开微型水泵7将电解池中通上循环腐蚀溶液，并分别打开溶氧量调节开关18和盐度控制阀19调节溶氧量到2mg/L，打开温度调节开关15将温度控制在4℃，将辅助电极2、试样3和参比电极6连接到恒电位仪并对试样3施加极化电位-1.2V，然后在以上条件下开始拉伸试验，试验过程中通过自动控制装置14自动调节腐蚀溶液的温度、盐度、pH值和溶氧量分别为80℃、3.2％、8和6mg/L，并使整个试验过程中的溶液参数稳定；然后重复以上步骤进行溶氧量分别为2-8mg/L条件下的应力腐蚀试验，结果如附图2所示。

Claims

1.一种用于加载过程的多参数可调控电解池装置，包括保温胶管、辅助电极、试样、保温溶液槽、防渗漏装置、鲁金毛细管、参比电极、微型水泵、溶液调配槽、温度调节循环水、腐蚀溶液、盐度调节储液瓶、pH值调节储液瓶、溶氧量调节气瓶、自动控制装置、温度调节开关、盐度调节开关、pH值调节开关、溶氧量调节开关、盐度控制阀、pH值控制阀和溶氧量控制阀；其特征在于圆筒式保温溶液槽内竖向制有试样，试样上端与恒电位仪相连通，试样穿过保温溶液槽底部中心，并采用防渗漏装置密封防止试样拉伸过程中腐蚀溶液渗漏，保温溶液槽的内腔中上部一侧制有与恒电位仪连通的辅助电极，保温溶液槽上部一侧制有与溶液调配槽相通的保温胶管，防渗漏装置的下部一侧上通过微型水泵与腐蚀溶液管道连通；参比电极下端插入鲁金毛细管的竖直端口中，参比电极的上端与恒电位仪电连通，鲁金毛细管的横平段串过圆筒式保温溶液槽的侧壁与试样连接式相通；pH值调节储液瓶和溶氧量调节气瓶分别与pH值控制阀和溶氧量控制阀连通；盐度调节储液瓶通过盐度控制阀与腐蚀溶液的底部管道式相连通；夹层式结构的溶液调配槽的内外壁之间充满温度调节循环水；自动控制装置的正侧表面上自上而下依次排列分别制有溶氧量调节开关、pH值调节开关、盐度调节开关和温度调节开关，并分别与相应的溶氧量控制阀、pH值控制阀、盐度控制阀和溶液调配槽电连通，实现自动调节的控制功能。

2.根据权利要求1所述的用于加载过程的多参数可调控电解池装置，其特征在于圆筒式保温溶液槽由双层有机玻璃密封成槽状结构，防渗漏装置在保温溶液槽底部中心与试样相连，盛放腐蚀溶液的溶液调配槽为双层夹套结构，里层用于盛放腐蚀溶液，外层涂覆保温层，恒温循环水流经两层结构之间，用于腐蚀溶液的水浴加热或冷却；保温胶管外包覆一层保温层；自动控制装置由盐度、pH值、溶氧量和温度调节四部分组成，其调控参数盐度为3.0%～3.5%，pH为7～8.5，溶氧量为0～8mg/L，温度为0～90℃；极化电位的调控通过恒电位仪对试样进行极化来实现。