CN103528944B - 一种缝隙腐蚀电化学性能试验装置 - Google Patents

Abstract

一种缝隙腐蚀电化学性能试验装置，属于金属材料防腐领域。包括塑料夹具、聚四氟乙烯压头、O型密封垫圈、试样、塑料螺栓、导线、弹簧、双圆筒型溶液池及三电极电化学测试系统。O型密封圈置于试样测试面上，将试样与密封圈压紧在溶液池螺纹孔顶部进行密封。导线连接弹簧由塑料螺钉螺帽中心引出。样品表面放置带凸起的聚四氟乙烯压头，用不同凸起高度的压头，制造不同宽度的缝隙。借助溶液池内圆筒外壁的键槽，用塑料夹具将压头压紧在试样表面，溶液池设三电极电化学测试体系，外接电化学工作站，对试样在腐蚀过程中的电化学信息进行实时采集或电化学测试，实现各种材料在特定缝隙宽度和溶液环境下缝隙腐蚀的研究。

Description

一种缝隙腐蚀电化学性能试验装置

技术领域

本发明涉及一种金属材料的缝隙腐蚀试验装置，试验环境可控，能精确测量材料在不同溶液、温度与缝隙宽度下随缝隙腐蚀进行试样表面的电化学信息。

背景技术

缝隙腐蚀是发生在金属构件缝隙处的局部腐蚀。大多数金属构件的螺钉、铆、焊等连接件或焊接接头缺陷处都存在狭窄的缝隙，尤其是缝宽在0.025mm～0.1mm的缝隙，足以使电解质溶液进入。随着腐蚀的发展，缝隙内由于溶氧困难，氧气消耗完后氧化还原反应终止，阴极溶氧过程依靠缝隙外部进行，缝隙内部继续发生阳极溶解，构成供氧浓差电池；同时缝隙内部阳极溶解过程的产物扩散受到限制，缝隙内部的金属阳离子发生水解反应Mⁿ⁺+nH2O=M(OH)_n+nH⁺，结果使缝内pH下降，这就促使缝内金属溶解速度增加，相应缝外邻近表面的阴极过程，即氧的还原速度也增加，缝内金属与缝外金属构成短路原电池。外部表面得到阴极保护，在缝内发生强烈的阳极溶解，产生斑点或溃疡形的宏观蚀坑。

关于材料耐缝隙腐蚀的评价方法，ASTMG8-03和GB/T10127均作了详细规定：采用两个聚四氟乙烯圆棒将片状试验材料加载中间，并用橡胶O形圈固定，进入一定浓度的FeCl₃和HCl混合溶液，根据一定时间后试样的失重、缝隙部位腐蚀深度、点蚀深度等进行评定。试验在常压下进行，最高温度50℃。现行标准最大的缺陷在于，不能对腐蚀过程中试样的腐蚀机理进行阐述。其次，缝隙腐蚀在不同宽度的缝隙下其腐蚀速率相差很大，现行的方法缝隙宽度不可控，无法评价不同缝隙下材料的缝隙腐蚀性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种缝隙腐蚀试验装置，该实验装置能够完成在不同溶液、温度及缝隙宽度条件下金属-金属或金属-塑料的缝隙腐蚀性能评价，同时能够进行实时的电化学参数测试，也可以观测材料在不同电化学参数下的缝隙腐蚀性能，装置配套实现对样品的封装。

本发明由聚四氟乙烯（PPET）溶液池、塑料夹具、O型密封圈、聚四氟乙烯圆柱压头、塑料螺栓、弹簧、导线、三电极电化学系统组成。O型密封圈3置于试样4测试面上，用于旋紧PVC螺栓5时密封溶液池8，PVC螺栓5中间有弹簧通孔15，弹簧通孔15内置弹簧7，弹簧7长度大于弹簧通孔15的长度；旋紧时,弹簧7上端压紧试样4底面，下端连接导线6，导线6通过导线通孔14引出至电化学测试系统，用作工作电极连接到电化学测试系统；在试样4表面放置PPET压头2，溶液池8中间凸起处有凸起的圆筒，圆筒内部有螺纹通孔11，顶部有试样通孔13，圆筒外壁有两处对称的键槽12，借助键槽12，使用PVC夹具1将PPET压头2压紧在试样4表面；溶液池8放置参比电极9与辅助电极10，与外接导线的试样4构成三电极体系，连接电化学工作站，对试样在腐蚀过程中的电化学信息进行实时采集，测试材料在不同外加电信号下的缝隙腐蚀特性；测试需要设置试验温度时，可以使用恒温箱直接对装置进行恒温。

所述试样4采用圆片试样，其直径应大于溶液池试样通孔13至少2mm直径，小于螺纹通孔11直径1mm。

所用PPET压头2下底面有微米级圆台凸起，根据需要加工成不同高度圆台凸起的压头，圆台在PPET压头2的下底面与试样之间产生不同宽度的缝隙，凸起高度精度达10±1um，接触面粗糙度Ra≤0.8。

所述溶液池8为PVC塑料圆筒型溶液池，圆筒顶部的试样通孔13直径小于螺纹直径4mm。

所述弹簧7的长度大于弹簧通孔15的长度2mm以上。

所用夹具1为E字型PVC塑料夹具，借助溶液池8圆筒外壁的键槽12将PPET压头2压紧在试样4测试面上。

所述溶液池8内的溶液液面应浸没PPET压头2与试样4测试面之间的缝隙。

测试需要设置试验温度时，可以使用恒温箱直接对装置进行恒温。

本发明的有益效果是，可实时测量不同环境体系、不同缝隙宽度下缝隙腐蚀发展过程中的电化学信息，也可以通过电化学工作站外加电信号，进行各类电化学测试以检测材料的缝隙腐蚀敏感度，有利于对材料在特定环境下的缝隙腐蚀机理进行阐述。合理设计样品槽，试样无需焊接及进一步密封即可进行各类试验。

附图说明

图1是缝隙腐蚀实验装置结构示意图。

图2是溶液池的A-A剖视图。

图3是PVC塑料夹具的A-A剖视图。

图4是溶液池螺纹通孔配套PVC螺栓的A-A剖视图。

其中1.PVC塑料夹具，2.PPET压头，3.O型密封垫圈,4.试样，5.PVC螺栓，6.导线，7.弹簧，8.溶液池，9.参比电极，10.辅助电极,11.螺纹通孔，12.键槽，13.试样通孔，14.导线通孔，15.弹簧通孔。

具体实施方式

制备所需测试试样，试样尺寸要求大于溶液槽中间试样通孔13大小，小于PVC螺栓5的螺纹公称直径，实验前对试样进行称重。将O型密封圈3置于试样4测试面朝上，试样4测试面朝上，两者置于溶液槽中螺纹通孔11的上端，螺纹通孔11安装在溶液槽底部中心处，旋紧螺纹通孔11中间带弹簧7的PVC螺栓5，压紧在螺纹通孔11顶部进行密封，防止试验溶液漏出。导线6连接弹簧7，由PVC螺栓顶部导线通孔14引出。在试样4表面放置带微米级小圆柱凸起的PPET压头2（凸起加工精度为1um，接触面粗糙度Ra<0.8），以平台凸起高度来确定缝隙宽度。溶液池8中间凸起圆筒有两处对称的键槽12，借助键槽12，使用E字型PVC夹具1将PPET压头2通过试样通孔压紧在试样4测试面。由于聚四氟乙烯塑料导热性能差，并不适用水浴恒温，如需要严格控制实验温度，可以使用恒温箱对装置进行恒温。溶液池8中放置参比电极9与辅助电极10，与外接导线的试样4构成三电极体系，外接电化学工作站，对试样在腐蚀过程中的电化学信息进行实时采集，测量试样在不同溶液体系和不同温度下的腐蚀电化学信息。也可以针对性的进行各类电化学测试，如加速阳极反应的恒电位、恒电流极化等。实验结束后取出试样，进行腐蚀失重测试和缝隙内腐蚀形貌表征。

Claims (8)

1.一种缝隙腐蚀电化学性能试验装置，包括PVC夹具、PPET压头、O型密封圈、试样、PVC螺栓、导线、弹簧、溶液池及三电极电化学测试系统，其特征是：O型密封圈(3)置于试样(4)测试面上，用于旋紧PVC螺栓(5)时密封溶液池(8)，PVC螺栓中间有弹簧通孔(15)，内置弹簧(7)，弹簧(7)长度大于弹簧通孔(15)的长度，旋紧时,弹簧(7)上端压紧试样(4)底面，下端连接导线(6)，导线(6)通过导线通孔(14)引出至电化学测试系统，用作工作电极；在试样(4)表面放置PPET压头(2)，溶液池(8)中间凸起处有凸起的圆筒，圆筒内部有螺纹通孔(11)，顶部有试样通孔(13)，圆筒外壁有两处对称的键槽(12)，借助键槽(12)，使用PVC夹具(1)将PPET压头(2)压紧在试样(4)表面；溶液池(8)放置参比电极(9)与辅助电极(10)，与外接导线的试样(4)构成三电极体系，连接电化学工作站，对试样在腐蚀过程中的电化学信息进行实时采集，测试材料在不同外加电信号下的缝隙腐蚀特性。

2.根据权利要求1所述的缝隙腐蚀电化学性能试验装置，其特征是：采用试样为圆片试样，其直径应大于溶液池试样通孔(13)直径至少2mm，小于螺纹通孔(11)直径1mm。

3.根据权利要求1所述的缝隙腐蚀电化学性能试验装置，其特征是：所用PPET压头(2)下底面有微米级圆台凸起，根据需要加工成不同高度圆台凸起的压头，圆台在PPET压头(2)的下底面与试样之间产生不同宽度的缝隙，凸起高度精度达10±1um，接触面粗糙度Ra≤0.8。

4.根据权利要求1所述的缝隙腐蚀电化学性能试验装置，其特征是：溶液池(8)为PVC塑料圆筒型溶液池，圆筒顶部的试样通孔(13)直径小于螺纹通孔(11)直径4mm。

5.根据权利要求1所述的缝隙腐蚀电化学性能试验装置，其特征是：弹簧(7)的长度大于弹簧通孔(15)的深度2mm以上。

6.根据权利要求1所述的缝隙腐蚀电化学性能试验装置，其特征是：所用PVC夹具(1)为E字型PVC夹具，借助溶液池(8)内圆筒外壁的键槽(12)将PPET压头(2)压紧在试样(4)测试面上。

7.根据权利要求1所述的缝隙腐蚀电化学性能试验装置，其特征是：溶液池(8)内的溶液液面应浸没PPET压头(2)与试样(4)测试面之间的缝隙。

8.根据权利要求1所述的缝隙腐蚀电化学性能试验装置，其特征是：测试需要设置试验温度时，使用恒温箱直接对装置进行恒温。