CN102564935B - 一种金属涂层防腐性能测试方法 - Google Patents

Abstract

一种金属涂层防腐性能测试方法，其工艺过程是一、在未施加极化的情况下，测定被测电极对应参考电极的电位，二、对被测电极即带有涂层的金属板施加恒定的电压极化。仪器的恒电位控制电路处于闭环状态，被测电极也处于闭环状态。三、保持极化电压30分钟，同时监测调节电流即辅助电极的响应电流。四、用30秒释放极化电压，使仪器的恒电位控制电路处理开环状态。五、保持开环状态210分钟，使被测电极的电位逐渐恢复到原始的开环电位，同时监测电压变化曲线。本发明相对于盐雾试验法试验周期短，不需要人为刺破涂层表面，试验是在原位状态下进行，将使试验结果与实际应用更接近。

Description

一种金属涂层防腐性能测试方法

技术领域

本发明涉及一种金属涂层防腐性能测试方法。

背景技术

石油化工生产企业大量地使用涂料来防止金属设备的腐蚀，涂料被涂覆于金属设备表面使金属设备不直接与化工介质接触，以达到金属防腐蚀的目的。暴露于大气环境下的金属设备长期经受雨淋，也会产生腐蚀，尤其靠近海边的炼油厂、化工厂其生产设备长期遭受海洋大气的侵蚀，所以对暴露于空气中的金属设备也会采用涂敷涂料的方式进行防腐。涂料在石油化工领域的应用是非常普遍的，其用量也是巨大的。由于涂层的防腐性能不同，涂敷后保持的时间也不同，无论如何人们都希望延长其使用寿命。涂料被涂敷后它的基本性能就无法改变了，因此，在实际使用之前，涂料的研究、开发、生产单位都要对涂层的防腐性能做大量的研究、试验和测试工作，以取得最好的效果和优质的涂层性能。本发明专利是一种新的涂层防腐性能测试方法和测试仪，它被设计四个通道，可以同时测试和比较四种不同配方或不同涂敷方式的涂层防腐性能，并以较快的时间给出结果，操作便捷，它可以用于研究开发单位作涂层的研究测试设备，也可以用于石油化工企业作为涂料进厂时的试验测试手段和工具。对涂层防腐蚀性能评价通常采用盐雾试验法和电化学交流阻抗谱法，这两种方法应用非常普遍，已成为涂料研究不能缺少的手段。本发明的设计是为了提供以上方法所不能给出的实验数据或过程，而这些实验数据和过程又是重要的。盐雾试验法是将带涂层的金属试片或金属版放置到盐雾箱里，盐雾箱里的温度是可以被设定（比如设定在35度），将配制好的氯化纳溶液（比如氯化纳溶液浓度为3.5%）置于盐雾箱里，启动试验后盐雾箱里会产生饱和湿气，含有氯化纳的饱和湿气作用在带有涂层的金属版上，金属版逐渐地被侵蚀、起泡，导致涂层剥离，质量越差的涂层会率先起泡剥离，质量好的最后起泡和剥离，通过肉眼观察不难分析涂层的好坏，但是盐雾试验无法获取中间数据和精致地了解腐蚀的过程，实验周期相对较长，一般一组实验要做一个月或数月，试验研究工作效率比较低。电化学阻抗谱( EIS) 是用小幅度正弦波信号扰动腐蚀体系，并观察腐蚀体系在稳态时对扰动的跟随情况，同时测量电极的交流阻抗，进而计算电极的电化学参数，通过对所获取的电化学参数进行解析就能够得出涂层性能与涂层的破坏过程。在采用电化学阻抗谱研究涂层时，如果涂层是完好无损的，则电化学阻抗谱图是发散的，就无法从中获得电极的电化学参数，通常在试验时要事先将涂层表面刺破一点，让腐蚀介质向金属基体渗透，以形成一个电化学腐蚀体系，并可以进行阻抗谱测量。虽然电化学阻抗谱方法可以反映涂层的破坏过程，可以筛选出不同涂层的耐腐蚀性能，但是人为刺破涂层表面使得试验不是在原始状态下进行的，另外，人为刺破涂层表面的过程中，深浅程度难以把握，对于比较不同涂层性能来说存在较大的人为误差。本发明是在涂层原始状态下进行试验，对浸泡在腐蚀溶液里的涂层施加电信号扰动，同时测取扰动时的电流或电压响应以及扰动后的信号变化，利用所获取的信号来分析各种涂层的腐蚀性能和破坏过程。本发明如果与盐雾试验结果是一致的，则本发明有望代替盐雾试验，此外，采用本发明试验时，在循环扰动间歇过程也可以进行电化学阻抗谱试验，进一步获取涂层腐蚀体系的电化学参数。

发明内容

本发明的目的就是为克服上述现有技术存在的缺陷，而提供一种金属涂层防腐性能测试方法。该方法是在涂层原始状态下进行试验，对浸泡在腐蚀溶液里的涂层施加电信号扰动，同时测取扰动时的响应以及扰动后的信号变化，利用所获取的信号能够分析各种涂层的腐蚀性能和破坏过程，如果与盐雾试验结果是一致的，则本发明有望代替盐雾试验，此外，采用本发明试验时，在循环扰动间歇过程也可以进行电化学阻抗谱试验，进一步获取涂层腐蚀体系的电化学参数。

采用的技术方案是

一种金属涂层防腐性能测试方法，包括以下工艺步骤：

步骤一、在未施加极化的情况下，测定被测电极（带涂层的金属板）对应参考电极的电位，即测定开环电位。采样间隔1分钟。 

步骤二、对被测电极即带有涂层的金属板施加恒定的电压极化。仪器的恒电位控制电路处于闭环状态，被测电极也处于闭环状态。

步骤三、保持极化电压30分钟，同时监测调节电流即辅助电极的响应电流。采样间隔1分钟。如果响应电流大于25mA/cm²，则仪器自动限流。

步骤四、用30秒释放极化电压，使仪器的恒电位控制电路处理开环状态。

步骤五、保持开环状态210分钟，使被测电极的电位逐渐恢复到原始的开环电位，同时监测电压变化曲线。采样间隔1分钟。 

步骤六、重复步骤二至五。

本发明所采用的试验平台，包括底台、测试瓶及测试仪，底台上设置有被测电极板，测试瓶设置在被测电极板上，测试瓶通过固定夹固定在底台上，测试瓶的底部设置有胶圈，测试瓶的上端口设置有胶皮塞，胶皮塞上插设有参考电极和辅助电极，被测电极板上引出有被测电极引线，参考电极和辅助电极上分别通过参考电极引线和辅助电极引线与测试仪连接，被测电极引线直接与测试仪连接。

基本方法：由测试仪产生最大输出不低于4V的可调的电压信号施到被测电极和参考电极上，该电压被施加后须是恒定的，为使施加在被测电极上的4V电压保持不变，引用一个辅助电极，通过辅助电极进行电流调节，也就是说在辅助电极上需要有一个特定的电流流过才能确保施加在被测电极上的电压是恒定的，实际上参考电极输入电路被设计成高电阻，参考电极将没有电流流过，则流过辅助电极的电流等于流过被测电极的电流，当有各种因素干扰时，电压可能会波动，则测试仪将通过反馈电路自动调节流过辅助电极的电流，将被测电极对参考电极的电压调节到4V。

大多数金属涂层，在选择饱和甘汞电极作为参比电极时，被测电极的电位（开环电位）为-1.4V~-1.5V，当使被测电极达到-4V时，相当于对被测电极施加了-2.5V的极化电压，这将加速对涂层的测量，根据电化学原理，金属和溶液界面之间存在一个双电层，相当于一个电容器，还存在一个极化电阻，当对被测电极施加电压极化时，双电层电容要充电，极化电阻值和双电层电容值决定了充电时间常数，时间常数越大，充电时间越长，时间常数越小充电时间越短，当极化电压被释放时，双电层要进行放电，同样地时间常数越大放电时间越长，时间常数越小放电时间越短。根据电化学原理，极化电阻越大，腐蚀破坏的阻力越大，涂层的保护性能就越好，极化电阻值越大，辅助电极上的调节电流或叫响应电流就越小，因此，按照电压充电和放电曲线以及响应电流的曲线可以分析涂层的防腐性能。

本发明的优点：

1、本方法相对于盐雾试验法试验周期短，而且能够实时测取腐蚀过程的信息，得到涂层腐蚀过程参数，而不仅仅靠肉眼观察来获取试验结果，这对分析判断涂层腐蚀原理和制备优质涂层是有重要意义的。

2、本方法不需要人为刺破涂层表面，试验是在原位状态下进行，将使试验结果与实际应用更接近。

附图说明

图1是本发明实验平台的结构示意图。

图2是涂层1在第18次循环的电流响应曲线。

图3是涂层1在第18次循环的开环电压曲线。

图4是涂层2在第18次循环的电流响应曲线。

图5是涂层2在第18次循环的开环电压曲线。

图6是本方法的基本电路构成。

具体实施方式

一种金属涂层防腐性能测试方法，包括以下工艺步骤：

步骤一、在未施加极化的情况下，测定被测电极（带涂层的金属板）对应参考电极的电位，即测定开环电位。采样间隔1分钟。 

步骤二、对被测电极即带有涂层的金属板施加恒定的电压极化。仪器的恒电位控制电路处于闭环状态，被测电极也处于闭环状态。

步骤三、保持极化电压30分钟，同时监测调节电流即辅助电极的响应电流。采样间隔1分钟。如果响应电流大于25mA/cm²，则仪器自动限流。

步骤四、用30秒释放极化电压，使仪器的恒电位控制电路处理开环状态。步骤五、保持开环状态210分钟，使被测电极的电位逐渐恢复到原始的开环电位，同时监测电压变化曲线。采样间隔1分钟。 

步骤六、重复步骤二至五。

本发明所采用的试验平台，包括底台9、测试瓶7及测试仪12，底台9上设置有被测电极板1，测试瓶7设置在被测电极板1上，测试瓶7通过固定夹8固定在底台9上，测试瓶7的底部设置有胶圈10，测试瓶7的上端口设置有胶皮塞11，胶皮塞11上插设有参考电极2和辅助电极3，被测电极板1上引出有被测电极引线4，参考电极2和辅助电极3分别通过参考电极引线5和辅助电极引线6与测试仪12连接，被测电极引线4直接与测试仪12连接。

涂层防腐性能测试方法，连接四个验试平台，被测电极接公共端，磁饱和开关S1~S4控制参考电极和辅助电极通断。试验平台1进行测试时开关S1接通，试验平台1的参考电极和辅助电极连接到测试电路里，测试步骤如上所述，在开环状态被测电极的电位从参考电极端接入高阻变换电路，并进一步地获得电压曲线，该曲线反映涂层电极的初始电位，开关S闭合后在比例放大器的调节下使被测涂层电极极化，其终止电压达到-4V，一般地涂层的极化阻力是很大的，则响应电流非常小，但是由于极化电压较大，循环激励后涂层会次序破坏，破坏的面积也是持续增大，所以响应电流可能很大，因此在电路里加了一级电流放大，并增加了限流电路，响应电流从被测电极和辅助电极流过，响应电流测量是利用零电阻电流测量电路，直接将电流转换成电压信号，并进一步获得电流响应曲线。当开关S断开后，被测电极又处于开环状态，但是跟最初状态不同，这时被测电极电压要从-4V开始衰减，通过阻抗变换电路和电压曲线输出，获得电压衰减曲线。CPU和A/D转换电路、D/A转换电路、数字接口电路构成了仪器控制单元，它控制开关闭合、给定电位调节、信号采样、数据转换、显示输出等、故障检测电路对主要单元进行帮障检测，它可以测量各主要部件的供电电压是否正常、检测其输出信号是否在正常范围、检测主要开关量是否正常，并给出故障指示。

Claims (1)

1.一种金属涂层防腐性能测试方法，其特征在于包括以下工艺步骤：

步骤一、在未施加极化的情况下，测定被测电极，带涂层的金属板，对应参考电极的电位，即测定开环电位，采样间隔1分钟；

步骤二、对被测电极即带有涂层的金属板施加恒定的电压极化，仪器的恒电位控制电路处于闭环状态，被测电极也处于闭环状态；

步骤三、保持极化电压30分钟，同时监测调节电流即辅助电极的响应电流，采样间隔1分钟，如果响应电流大于25mA/cm²，则仪器自动限流；

步骤四、用30秒释放极化电压，使仪器的恒电位控制电路处理开环状态；

步骤五、保持开环状态210分钟，使被测电极的电位逐渐恢复到原始的开环电位，同时监测电压变化曲线，采样间隔1分钟；

步骤六、重复步骤二至五。

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