CN104075986A - 一种浪花飞溅区腐蚀条件下氢渗透行为的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明是涉及浪花飞溅区腐蚀领域，具体的说是一种浪花飞溅区腐蚀条件下氢渗透行为的装置。装置由箱体、喷淋系统、时间控制系统、温湿测量系统和电解池装置组成；喷淋系统、电解池装置和温湿传感器设置于箱体内，箱体外部安装微型水泵与喷淋系统及时间控制系统相连，箱体的底部设有排水孔；其中，喷淋系统和电解池装置相对的设置于箱体内。本发明装置设计简单，使用方便，能够实现自动化，实现室内模拟浪花飞溅区腐蚀条件下氢渗透行为的测量。

Description

一种浪花飞溅区腐蚀条件下氢渗透行为的装置
技术领域
本发明是涉及浪花飞溅区腐蚀领域，具体的说是一种浪花飞溅区腐蚀条件下氢渗透行为的装置。
背景技术
在浪花飞溅区，钢铁材料表面由于海水的周期润湿，处于干湿交替状态，盐分高，氧供应充分及波浪冲击等因素影响，腐蚀特别严重。进行实海试验不仅需要大量的人力、物力而且周期长不便于随时测试和观察，因此，有必要开发一种能够在室内模拟浪花飞溅区腐蚀环境的装置。
氢渗入是海洋用结构材料失效的主要原因之一，环境中的氢在金属使用或者加工过程中会以各种途径进入金属材料，金属材料中的氢与材料的残余应力或外加应力的协同作用下，使一些金属材料表现出一定的氢脆特性，氢脆会导致材料强度降低导致材料的灾害性破坏。但是由于受到实验条件的限制，对浪溅区的氢渗透行为的研究工作很少。
发明内容
本发明目的在于提供一种浪花飞溅区腐蚀条件下氢渗透行为的装置。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种浪花飞溅区腐蚀条件下氢渗透行为的装置，装置由箱体、喷淋系统、时间控制系统、温湿测量系统和电解池装置组成；喷淋系统、电解池装置和温湿传感器设置于箱体内，箱体外部安装微型水泵与喷淋系统及时间控制系统相连，箱体的底部设有排水孔；其中，喷淋系统和电解池装置相对的设置于箱体内。
所述喷淋系统由喷淋装置、储液箱3和微型水泵4组成；其中喷淋装置由喷头6、喷淋水管2和三通阀组成，三通阀的一个接口与喷头6相连，另一接口通过水管与水泵4的出水端相连，第三接口通过喷淋水管2与储液箱3相连，储液箱3内盛有海水，水泵4的进水端通关水管与储液箱3相连；储液箱3内插设与箱体的底部排水孔相通的水管。
所述时间控制为带有定时器插座的无限循环定时器5，无限循环定时器5通过管线与微型水泵4相连。
所述温湿测量系统为防水传感器7，防水传感器7固定在箱体1内部并通关导线与外部数据记录仪相连。
所述电解池装置包括上盖8、圆筒15及底板11，该圆筒15放置在所述底板11上，所述上盖8盖在圆筒15的顶部、并通过螺栓14与所述底板11相连；所述圆筒15内容置有试样16，该试样16的一端安装在所述上盖8上，另一端设有工作电极9；所述圆筒15的筒壁上插设有参比电极10，底部设有放置在所述底板11上的辅助电极12，该辅助电极12的导线由所述圆筒15引出，并与所述参比电极10的引线分别与恒电位仪连接。
所述工作电极9与辅助电极12相对的下表面镀镍。
所述电解池装置整体通过螺栓14安装在箱体1内，所述上盖8与底板11平行、且平行于所述参比电极10的轴向中心线，所述工作电极9辅助电极12、圆筒15及试样16的轴向中心线共线、且垂直于所述上盖8、底板11及参比电极10的轴向中心线。
所述工作电极为薄圆片状低合金高强钢，直径为40mm，厚度为0.5mm，两面用砂纸逐级打磨至600#，参比电极为氧化汞电极，辅助电极为环状铂丝电极。工作电极镀镍中的镀镍液为Watt’s bath溶液(其组成为：250g/L硫酸镍[NiSO4·6H2O]，45g/L氯化镍[NiCl2·6H2O]，40g/L硼酸[H3BO3])。镀镍时，先用3mol/L的盐酸清洗试样，再经丙酮去脂，超纯水清洗干净。镀镍电流为3mA/cm2，时间为3min，镀镍层厚度约为180nm。通过参比电极的插孔向电解池中加入用超纯水配置的0.2mol/L的NaOH溶液，然后插入参比电极，保证NaOH溶液没过参比电极，将工作电极、参比电极、辅助电极引出的导线分别于恒电位仪相连，使工作电极的镀镍侧在0mV vs下HgO/Hg/0.2mol/L NaOH极化电位下测定电流变化，即钝化24h以上，使电流密度小于100nA/cm2。
本发明的优点为：采用本发明装置能够很好地解决浪溅区实海试验所带来的不足，可在室内条件下采用改进后的Devnathan-Stachurski双电解池装置对浪溅区腐蚀条件下的氢渗透行为进行研究，实现室内浪溅区腐蚀环境下氢渗透电流的测量；所采用的装置成本低，操作简单方便，实现自动化和海水循环利用；能够对浪花飞溅区潮起潮落进行模拟，并对其腐蚀条件下的氢渗透行为进行研究，即能够连续记录温度、湿度及氢渗透电流的变化，很少的氢渗透电流也可测定出来。
附图说明
图1为本发明实施例提供的浪溅区腐蚀条件下氢渗透测量装置的结构示意图。
图2为本发明实施例提供的氢渗透电流变化曲线图。
图3为本发明实施例提供的氢渗透电流变化曲线图。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，装置由箱体、喷淋系统、时间控制系统、温湿测量系统和电解池装置组成；喷淋系统、电解池装置和温湿传感器设置于箱体内，箱体外部安装微型水泵与喷淋系统及时间控制系统相连，箱体的底部设有排水孔；其中，喷淋系统和电解池装置相对的设置于箱体内。以耐海水腐蚀的微型水泵作为传动系统。
所述喷淋系统由喷淋装置、储液箱3和微型水泵4组成；储液箱内盛有海水，实现海水的循环利用，其中喷淋装置由喷头6和喷淋水管2组成，喷头6一端通过水管与水泵4的出水端相连，另一端通过喷淋水管2与储液箱3相连，储液箱3内盛有海水，水泵4的进水端通关水管与储液箱3相连；储液箱3内插设与箱体的底部排水孔相通的水管。
所述时间控制为带有定时器插座的无限循环定时器5，无限循环定时器5通过管线与微型水泵4相连。
所述温湿测量系统为防水传感器7，防水传感器7固定在箱体1内部并通关导线与外部数据记录仪相连。
所述电解池装置包括上盖8、圆筒15及底板11，该圆筒15放置在所述底板11上，所述上盖8盖在圆筒15的顶部、并通过螺栓14与所述底板11相连；所述圆筒15内容置有试样16，该试样16的一端安装在所述上盖8上，另一端设有工作电极9；所述圆筒15的筒壁上插设有参比电极10，底部设有放置在所述底板11上的辅助电极12，该辅助电极12的导线由所述圆筒15引出，并与所述参比电极10的引线分别与恒电位仪连接。
同时，工作电极与辅助电极之间形成的空间作为电解池13，电解池中盛装有用超纯水配制的0.2mol/L的NaOH溶液。
另外，上盖8上设有螺纹孔与试样通过螺纹方式连接，而后利用密封胶将上盖固定在圆筒的上端；底板11利用氯仿及密封胶将其固定在圆筒的下端。所述辅助电极固定于底板上。
所述工作电极9与辅助电极12相对的下表面镀镍。工作电极位于试样与辅助电极之间，其相对于辅助电极的一面镀镍，并且工作电极镀镍面与NaOH溶液接触。
所述电解池装置整体通过螺栓14安装在箱体1内，所述上盖8与底板11平行、且平行于所述参比电极10的轴向中心线，所述工作电极9辅助电极12、圆筒15及试样16的轴向中心线共线、且垂直于所述上盖8、底板11及参比电极10的轴向中心线。
所述圆筒状侧壁上设有辅助电极插孔和工作电极插孔；工作电极及辅助电极分别通过对应的插孔分别引出导线，再与参比电极引出的导线分别与恒电位仪相连。
上述工作电极为薄圆片状低合金高强钢，直径为40mm，厚度为0.5mm，参比电极为氧化汞电极，辅助电极为环状铂丝。工作电极镀镍中的镀镍液为Watt’s bath溶液(其组成为：250g/L硫酸镍[NiSO4·6H2O]，45g/L氯化镍[NiCl2·6H2O]，40g/L硼酸[H3BO3])。镀镍时，先用3mol/L的盐酸清洗工作电极，再经丙酮去脂，超纯水清洗干净。镀镍电流为3mA/cm2，时间为3min，镀镍层厚度约为180nm。通过参比电极的插孔向电解池中加入用超纯水配置的0.2mol/L的NaOH溶液，然后插入参比电极，保证NaOH溶液没过参比电极，将工作电极、参比电极、辅助电极引出的导线分别于恒电位仪相连，使工作电极的镀镍侧在0mV vs下HgO/Hg/0.2mol/L NaOH极化电位下测定电流变化，即钝化24h以上，使电流密度小于100nA/cm2。
装置的设置条件：将带有工作电极的试样固定在电解池装置内部，其工作电极中心与海水喷头相对，镀镍侧朝向电解池内侧,与辅助电极相对,工作电极与参比电极及辅助电极构成三电极体系，并分别引出导线与恒电位仪相连，开启定时器开关，开始进行喷淋，连续记录氢渗透电流的变化。
结合实海观察及实验室实际情况，在定时器上把喷淋时间及喷淋间隔时间设定好，模拟全日潮汐，将涨潮模拟时间设为6h，选取喷淋时间为2s，喷淋时即为模拟涨潮时波浪对试样的冲击，可根据不同情况对喷淋间隔进行设定，通过喷淋间隔可以实现浪溅区海水对试样的周期性润湿，喷淋停止时为落潮时。从而实现室内对浪花飞溅区腐蚀条件下氢渗透行为的研究。具体是喷淋间隔为1min进行实验，按下定时器开关，喷淋开始，连续记录浪花飞溅区腐蚀条件下氢渗透电流的变化，得到氢渗透电流变化曲线图如图2所示。开始喷淋海水后可以看到明显的氢渗透电流变化，在喷淋期间及刚结束喷淋的一段时间内，由于试样表面水膜的形成和腐蚀产物的覆盖，造成氢扩散受阻，氢渗透电流变化不大；随着试样表面水膜的逐渐蒸发及锈层对氢渗透的促进作用，使得氢渗透电流不断增大，当试样完全干燥时，电流密度又下降至未喷淋前数值。
实施例2
如图1所示,本发明包括喷淋系统、时间控制系统、温湿测量系统、电解池装置。其中：喷淋装置包括喷头和喷淋水管，喷头一端与水泵的出水端相连，另一端与储液箱相连，实现海水的循环利用，储液箱内盛有海水，传动系统是一个耐海水腐蚀的微型水泵，通过喷淋管道与储液箱及喷头相连，并与时间控制系统相连；时间控制系统为一个定时器插座和一个无限循环定时器，并与微型水泵相连，通过定时器插座对喷淋时间进行设定，通过无限循环定时器对喷淋间隔进行设定，从而模拟涨潮落潮时间；温湿测量系统为防水传感器，固定在箱体内部并与数据记录仪相连，可准确记录箱体内温度和湿度变化；所述的电解池装置包括上盖、圆筒及底板，利用氯仿及密封胶将底板固定在圆筒的下端，利用密封胶将上盖固定在圆筒的上端，通过螺栓将电解池装置固定在箱体上，圆筒侧壁上设有参比电极插孔及辅助电极插孔，工作电极与辅助电极之间形成的空间作为电解池，电解池内盛装有用超纯水配制的0.2mol/L的NaOH溶液，工作电极为圆形薄片固定在试样的底部，工作电极与氢氧化钠接触的一面镀镍。
上述工作电极为薄圆片状低合金高强钢，直径为40mm，厚度为0.5mm，参比电极为氧化汞电极，辅助电极为环状铂丝。工作电极镀镍中的镀镍液为Watt’s bath溶液(其组成为：250g/L硫酸镍[NiSO4·6H2O]，45g/L氯化镍[NiCl2·6H2O]，40g/L硼酸[H3BO3])。镀镍时，先用3mol/L的盐酸清洗工作电极，再经丙酮去脂，超纯水清洗干净。镀镍电流为3mA/cm2，时间为3min，镀镍层厚度约为180nm。通过参比电极的插孔向电解池中加入用超纯水配置的0.2mol/L的NaOH溶液，然后插入参比电极，保证NaOH溶液没过参比电极，将工作电极、参比电极、辅助电极引出的导线分别于恒电位仪相连，使工作电极的镀镍侧在0mV vs下HgO/Hg/0.2mol/L NaOH极化电位下测定电流变化，即钝化24h以上，使电流密度小于100nA/cm2。
装置的设置条件：将带有工作电极的试样固定在电解池装置内部，其工作电极中心与海水喷头相对，镀镍侧朝向电解池内侧,与辅助电极相对,工作电极与参比电极及辅助电极构成三电极体系，并分别引出导线与恒电位仪相连，开启定时器开关，开始进行喷淋，连续记录氢渗透电流的变化。
结合实海观察及实验室实际情况，在定时器上把喷淋时间及喷淋间隔时间设定好，模拟全日潮汐，将涨潮模拟时间设为6h，选取喷淋时间为2s，喷淋时即为模拟涨潮时波浪对工作电极的冲击，可根据不同情况对喷淋间隔进行设定，通过喷淋间隔可以实现浪溅区海水对工作电极的周期性润湿，喷淋停止时为落潮时。从而实现室内对浪花飞溅区腐蚀条件下氢渗透行为的研究。具体是喷淋间隔为30min进行实验，按下定时器开关，喷淋开始，连续记录浪花飞溅区腐蚀条件下氢渗透电流的变化，得到氢渗透电流变化曲线图如图3所示。开始喷淋海水后可以看到明显的氢渗透电流变化，在喷淋期间及刚结束喷淋的一段时间内，由于试样表面水膜的形成和腐蚀产物的覆盖，造成氢扩散受阻，氢渗透电流变化不大；随着试样表面水膜的逐渐蒸发及锈层对氢渗透的促进作用，使得氢渗透电流不断增大，当试样完全干燥时，电流密度又下降至未喷淋前数值。

Claims (7)

1.一种浪花飞溅区腐蚀条件下氢渗透行为的装置，其特征在于：装置由箱体、喷淋系统、时间控制系统、温湿测量系统和电解池装置组成；喷淋系统、电解池装置和温湿传感器设置于箱体内，箱体外部安装微型水泵与喷淋系统及时间控制系统相连，箱体的底部设有排水孔；其中，喷淋系统和电解池装置相对地设置于箱体内。
2.按权利要求1所述的浪花飞溅区腐蚀条件下氢渗透行为的装置，其特征在于：所述喷淋系统由喷淋装置、储液箱(3)和微型水泵(4)组成；其中喷淋装置由喷头(6)、喷淋水管(2)和三通阀组成，三通阀的一个接口与喷头(6)相连，另一接口通过水管与水泵(4)的出水端相连，第三接口通过喷淋水管(2)与储液箱(3)相连，储液箱(3)内盛有海水，水泵(4)的进水端通关水管与储液箱(3)相连；储液箱(3)内插设与箱体的底部排水孔相通的水管。
3.按权利要求1所述的浪花飞溅区腐蚀条件下氢渗透行为的装置，其特征在于：所述时间控制为带有定时器插座的无限循环定时器(5)，无限循环定时器(5)通过管线与微型水泵(4)相连。
4.按权利要求1所述的浪花飞溅区腐蚀条件下氢渗透行为的装置，其特征在于：所述温湿测量系统为防水传感器(7)，防水传感器(7)固定在箱体(1)内部并通关导线与外部数据记录仪相连。
5.按权利要求1所述的浪花飞溅区腐蚀条件下氢渗透行为的装置，其特征在于：所述电解池装置包括上盖(8)、圆筒(15)及底板(11)，该圆筒(15)放置在所述底板(11)上，所述上盖(8)盖在圆筒(15)的顶部、并通过螺栓(14)与所述底板(11)相连；所述圆筒(15)内容置有试样(16)，该试样(16)的一端安装在所述上盖(8)上，另一端设有工作电极(9)；所述圆筒(15)的筒壁上插设有参比电极(10)，底部设有放置在所述底板(11)上的辅助电极(12)，该辅助电极(12)的导线由所述圆筒(15)引出，并与所述参比电极(10)的引线分别与恒电位仪连接。
6.按权利要求5所述的浪花飞溅区腐蚀条件下氢渗透行为的装置，其特征在于：所述工作电极(9)与辅助电极(12)相对的下表面镀镍。
7.按权利要求5或6所述的浪花飞溅区腐蚀条件下氢渗透行为的装置，其特征在于：所述电解池装置整体通过螺栓(14)安装在箱体(1)内，所述上盖(8)与底板(11)平行、且平行于所述参比电极(10)的轴向中心线，所述工作电极(9)辅助电极(12)、圆筒(15)及试样(16)的轴向中心线共线、且垂直于所述上盖(8)、底板(11)及参比电极(10)的轴向中心线。
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