CN104132885B - 一种浪花飞溅区腐蚀电化学行为的研究装置及方法 - Google Patents

一种浪花飞溅区腐蚀电化学行为的研究装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种浪花飞溅区腐蚀电化学行为的研究装置及方法,包括第一导轨支架、第二导轨支架、XY轴移动平台、位移传感器、绝缘圆筒、高精度数显仪表、多通道数据记录仪、铂丝探针、工作电极、T型电极负载台、底面平台和容器;本发明利用多通道数据记录仪同时记录位移的变化与铂丝探针分别接触液膜和工作电极时突变的电压,保证了数据的真实性、准确性和可靠性;通过改变工作电极与液面的相对位置来调节薄层液膜的厚度,使得能够连续调节薄层液膜厚度,从而对在浪花飞溅区腐蚀电化学行为研究过程的薄层液膜下的腐蚀行为提供了便捷、有效的手段;操作简单,精度高。

Description

一种浪花飞溅区腐蚀电化学行为的研究装置及方法
技术领域
本发明涉及腐蚀电化学行为领域,具体地说是一种浪花飞溅区薄层液膜下腐蚀电化学行为的研究装置及方法。
背景技术
金属腐蚀现象在日常生活中司空见惯。然而,海洋环境更是一种复杂的腐蚀环境,海水又是自然界中具有强腐蚀性的天然电解质。海洋环境腐蚀的主要特征是金属在浪花飞溅区腐蚀速率显著高于其他区带。浪花飞溅区钢铁设施表面处于干湿交替状态,氧供应充分,液膜平均厚度薄等,这些因素加速了钢铁设施的腐蚀。金属在浪花飞溅区腐蚀的速度与金属表面的液膜厚度密切相关。
设计既能模拟实际情况,又能保证薄层液膜厚度均匀,并且能够很好的控制液膜厚度的电化学电池,是研究金属在薄层液膜下腐蚀电化学行为的关键。
当前,已建立的薄层液膜厚度测量装置是利用在螺旋测微器上焊一铂针,在铂针与电极间连接一零阻电流表。通过调节螺旋测微器来测量薄层液膜厚度,利用注射器增减注入溶液的体积来改变薄层液膜的厚度。此种测量装置测量液膜厚度误差大,不能连续有效控制液膜的测量。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供一种能够用于研究金属在浪花飞溅区环境下的腐蚀电化学行为的研究装置及方法,通过可以控制金属表面的薄层液膜厚度的装置,研究金属在不同厚度的薄层液膜下的腐蚀电化学行为,从而达到研究浪花飞溅区腐蚀电化学行为的目的。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是:
一种浪花飞溅区腐蚀电化学行为的研究装置,
XY轴移动平台9置于底面平台上,XY轴移动平台9上放置容器6,容器6内的底部放置T型电极负载台7的负载台底面,T型电极负载台7的负载台底面上放置工作电极5;
XY轴移动平台9的一侧垂直固定有第一导轨支架11;第一导轨支架11的上部贯穿固定于第一条形铁板平台13;第一条形铁板平台13还有两个圆孔,分别供位移传感器1和绝缘圆筒2穿过并加以固定;位移传感器1下端探针接触XY轴移动平台9,上端通过导线连接高精度数显仪表;高精度数显仪表还连接多通道数据记录仪;绝缘圆筒2下端固定铂丝探针4;铂丝探针4的一端突出于绝缘圆筒2的下端,位于工作电极5正上方,铂丝探针4的另一端通过从绝缘圆筒2上方引出的导线连接电源;
XY轴移动平台9的另一侧垂直固定有第二导轨支架12;第二导轨支架12的上部贯穿固定于第二条形铁板平台14;第二条形铁板平台14的另一个孔贯穿固定T型电极负载台7的导轨;T型电极负载台7的负载台底面置于容器6内底部。
所述工作电极5为金属圆柱体电极,侧面引出两条导线,侧面与底面用环氧树脂涂封,上端面为水平工作面。
所述位移传感器1将收集的位移信号转换为电信号输出到高精度数显仪表。
所述绝缘圆筒2为尼龙材质的中空的圆柱体。
所述T型电极负载台7为尼龙平台,包括负载台底面和导轨。
所述第一导轨支架11连接有用于调节第一条形铁板平台13高度的第一导轨支架旋钮3。
所述第二导轨支架12连接有用于调节第二条形铁板平台14高度的第二导轨支架旋钮8。
所述XY轴移动平台9连接有用于调节XY轴移动平台9高度的XY轴移动平台旋钮10。
一种浪花飞溅区腐蚀电化学行为的研究方法,向容器6内添加一定量的溶液,使工作电极5的水平工作面完全没入溶液中;
通电后,调节第二导轨支架旋钮8,使工作电极5向上移动,直到工作电极5的水平工作面与溶液液面之间形成一薄层液膜;
调节第一导轨支架旋钮3,使铂丝探针4恰好接触到液膜表面,多通道数据记录仪记录此时电压值;
继续向下调节第一导轨支架旋钮3,使铂丝探针4刚好接触到工作电极5的水平工作面,多通道数据记录仪记录该时刻电压值;所述多通道数据记录仪记录的两个电压值分别对应位移传感器1的始末位移,始末位移之差为薄层液膜的厚度。
本发明具有以下有益效果及优点:
1.本发明利用多通道数据记录仪同时记录位移的变化与铂丝探针分别接触液膜和工作电极时突变的电压,保证了数据的真实性、准确性和可靠性;
2.通过改变工作电极与液面的相对位置来调节薄层液膜的厚度,使得能够连续调节薄层液膜厚度,从而对在浪花飞溅区腐蚀电化学行为研究过程的薄层液膜下的腐蚀行为提供了便捷、有效的手段;
3.本发明装置操作简单,精度高,液膜厚度测量可精确到1μm。
附图说明
图1是本发明薄层液膜厚度测量装置示意图;
其中,1为位移传感器、2为绝缘圆筒、3为第一导轨支架旋钮、4为铂丝探针、5为工作电极、6为容器、7为T型电极负载台、8为第二导轨支架旋钮、9为XY轴移动平台、10为XY轴移动平台旋钮、11为第一导轨支架、12为第二导轨支架、13为第一条形铁板平台、14为第二条形铁板平台;
图2是本发明工作电极的结构示意图;
图3是一种低合金钢在海水溶液下,极化曲线随薄层液膜厚度的变化曲线图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图1所示为本发明薄层液膜厚度测量装置示意图。包括:第一导轨支架11、第二导轨支架12、XY轴移动平台9、位移传感器1(精度为1μm)、绝缘圆筒2、高精度数显仪表、外接直流电源、多通道数据记录仪、铂丝探针、工作电极5、T型电极负载台7、底面平台和容器6。
其中,第一导轨支架11固定在XY轴移动平台9侧边,第一导轨支架11的上部安装一条形铁板平台13,位移传感器1和绝缘圆筒2并列穿过上述第一条形铁板平台13,条形铁板平台为铁质金属薄板。铂丝探针4固定于绝缘圆筒2下端,铂丝探针一端焊上导线并穿过绝缘圆筒2上方引出。另外,将T型电极负载台7的导轨通过第二条形铁板平台14固定于带有底面平台的第二导轨支架12上,再将已固定第一导轨支架11的XY轴移动平台9置于该底面平台上。两导轨相对而立,并垂直于平面。其中,将工作电极5下端面固定于T型电极负载台7的负载台底面上,保证工作电极5上端面水平。将作为辅助电极的铂丝围绕在工作电极5周围。将容器置于XY移动平台9上,通过第二导轨支架旋钮8调节T型电极负载台7的负载台底面的位置,使其位于容器6内,即工作电极5位于容器6内,再向容器6内添加一定量的溶液至工作电极5完全没入溶液中,此时液面与工作电极5上表面行成一定厚度的液膜,通过第二导轨支架的旋钮8调节T型电极负载台7的负载台底面的高度,即调节工作电极5上表面薄层液膜的厚度。其中,将位移传感器1连接到高精度数显仪表上,再将多通道数据记录仪上的一个通道连接到高精度数显仪表上,记录位移变化。在工作电极5之间外接一直流电源,同时将多通道数据记录仪的另一通道连接到电源上,记录电压变化。
将作为辅助电极的铂丝围绕在工作电极周围,作为参比电极的饱和甘汞电极固定于连接铂丝探针的绝缘圆筒外壁,参比电极下端比铂丝探针稍长。将工作电极的另一个导线、参比电极、辅助电极同时连接到电化学工作站,可以完成后续电化学实验工作。
如图2所示为本发明工作电极的结构示意图。在圆形电极的下端面焊两根导线,圆形电极用环氧树脂涂封,两根导线分别从电极的两侧引出,只留出圆形电极的上端面作为工作面,制成的工作电极是一个侧面有根导线的圆柱。两根导线分别连接电源和电化学工作站。
如图3所示为一种低合金钢在海水溶液下,极化曲线随薄层液膜厚度的变化曲线图,具体工作步骤如下:
1.工作电极为直径为1㎝圆柱状35CrMo钢,除工作面外,其余部分用环氧树脂封装,测试前用水砂纸从240#逐级打磨至1000#,然后用二次蒸馏水清洗,无水乙醇脱脂,工作电极工作面向上固定于T型电极负载台上,使其工作面水平。
2.按图1装配好测量装置,位移传感器传感针接触XY轴移动平台,将作为辅助电极的铂丝围绕在工作电极周围,作为参比电极的饱和甘汞电极固定于连接铂丝探针的绝缘杆外壁,参比电极下端比铂丝探针稍长,工作电极上的其中一根导线连接到外接直流电源,并同时将铂丝探针上的导线与直流电源相连;接着将多通道数据记录仪的一个通道连接到电源两端,记录电压的变化;将多通道数据记录仪的另一个通道与位移传感器相连,记录位移的变化。
3.向容器中装入一定量的海水,将工作电极的另一个导线、参比电极、辅助电极同时连接到电化学工作站。调节旋钮8,使工作电极表面与溶液液面保持一定的距离,即有一薄层液膜。
4.缓慢向下调节旋钮3,使铂丝探针恰好接触到液膜表面,此时记录仪上的电压从0突变到某数值。继续向下微调旋钮3,直至记录仪上的电压又一突变值,同时铂丝探针刚好接触到工作电极表面。在调节铂丝探针的位移时,位移传感器和铂丝探针同时向下移动,多通道数据记录仪上的前后两个电压突变点分别对应位移传感器的初始和终了位移,位移传感器的位移数值之差等于薄层液膜的厚度。
5.薄层液膜厚度测量完毕,向上旋动旋钮3,使铂丝探针离开薄层液膜,然后开始电化学测量。可通过上述步骤,控制薄层液膜厚度,测量不同厚度薄层液膜下腐蚀电化学行为。
从极化曲线图看,自腐蚀电位随着薄层液膜厚度有关,当液膜厚度极薄时,如图3分别为40μm和50μm时,自腐蚀电位相差甚小,随着液膜厚度增加至273μm时,自腐蚀电位减小。图3说明该研究装置能有效用于浪花飞溅区薄层液膜下腐蚀电化学行为研究。
本发明测量薄层液膜厚度的方法为:调节位移传感器,使其传感针端接触XY轴移动平台,并将盛有溶液的容器置于XY轴移动平台上。通过调节XY轴移动平台旋钮和第二旋钮来改变工作电极上表面与液面之间的距离,即改变工作电极薄层液膜厚度。位移传感器和铂丝探针位于同一支架上,当调节铂丝探针与工作电极的相对位置时,位移传感器同时相对移动,位传感器改变的位移即是铂丝探针相对改变的位移。当向下旋动第一旋钮,使铂丝探针恰好接触溶液,即工作电极上薄层液膜的表面,此时工作电极、薄层液膜和铂丝探针构成导电回路,连接在电源两端的数据记录仪的电压数据有一突变,数据记录仪同时记录了位移传感器的位移,即铂丝探针的初始位置。继续向下旋动第一旋钮,使铂丝探针恰好与工作电极接触至数据记录仪上电压又突变,与此同时,数据记录仪上记录了铂丝探针的位移,即终末位置。通过计算两次位移之差,得到工作电极薄层液膜厚度。然后调节带底面平台的导轨支架旋钮,改变T型电极负载台的高度,从而调节工作电极上薄层液膜的厚度,同上步骤精确测量薄层液膜厚度。

Claims (9)

1.一种浪花飞溅区腐蚀电化学行为的研究装置,其特征在于:
XY轴移动平台(9)置于底面平台上,XY轴移动平台(9)上放置容器(6),容器(6)内的底部放置T型电极负载台(7)的负载台底面,T型电极负载台(7)的负载台底面上放置工作电极(5);
XY轴移动平台(9)的一侧垂直固定有第一导轨支架(11);第一导轨支架(11)的上部贯穿固定于第一条形铁板平台(13);第一条形铁板平台(13)还有两个圆孔,分别供位移传感器(1)和绝缘圆筒(2)穿过并加以固定;位移传感器(1)下端探针接触XY轴移动平台(9),上端通过导线连接高精度数显仪表;高精度数显仪表还连接多通道数据记录仪;绝缘圆筒(2)下端固定铂丝探针(4);铂丝探针(4)的一端突出于绝缘圆筒(2)的下端,位于工作电极(5)正上方,铂丝探针(4)的另一端通过从绝缘圆筒(2)上方引出的导线连接电源;
XY轴移动平台(9)的另一侧垂直固定有第二导轨支架(12);第二导轨支架(12)的上部贯穿固定于第二条形铁板平台(14);第二条形铁板平台(14)的另一个孔贯穿固定T型电极负载台(7)的导轨;T型电极负载台(7)的负载台底面置于容器(6)内底部。
2.根据权利要求1所述的一种浪花飞溅区腐蚀电化学行为的研究装置,其特征在于:所述工作电极(5)为金属圆柱体电极,侧面引出两条导线,侧面与底面用环氧树脂涂封,上端面为水平工作面。
3.根据权利要求1所述的一种浪花飞溅区腐蚀电化学行为的研究装置,其特征在于:所述位移传感器(1)将收集的位移信号转换为电信号输出到高精度数显仪表。
4.根据权利要求1所述的一种浪花飞溅区腐蚀电化学行为的研究装置,其特征在于:所述绝缘圆筒(2)为尼龙材质的中空的圆柱体。
5.根据权利要求1所述的一种浪花飞溅区腐蚀电化学行为的研究装置,其特征在于:所述T型电极负载台(7)为尼龙平台,包括负载台底面和导轨。
6.根据权利要求1所述的一种浪花飞溅区腐蚀电化学行为的研究装置,其特征在于:所述第一导轨支架(11)连接有用于调节第一条形铁板平台(13)高度的第一导轨支架旋钮(3)。
7.根据权利要求1所述的一种浪花飞溅区腐蚀电化学行为的研究装置,其特征在于:所述第二导轨支架(12)连接有用于调节第二条形铁板平台(14)高度的第二导轨支架旋钮(8)。
8.根据权利要求1所述的一种浪花飞溅区腐蚀电化学行为的研究装置,其特征在于:所述XY轴移动平台(9)连接有用于调节XY轴移动平台(9)高度的XY轴移动平台旋钮(10)。
9.一种利用权利要求1~8任一项所述装置的浪花飞溅区腐蚀电化学行为的研究方法,其特征在于:
向容器(6)内添加一定量的溶液,使工作电极(5)的水平工作面完全没入溶液中;
通电后,调节第二导轨支架旋钮(8),使工作电极(5)向上移动,直到工作电极(5)的水平工作面与溶液液面之间形成一薄层液膜;
调节第一导轨支架旋钮(3),使铂丝探针(4)恰好接触到液膜表面,多通道数据记录仪记录此时电压值;
继续向下调节第一导轨支架旋钮(3),使铂丝探针(4)刚好接触到工作电极(5)的水平工作面,多通道数据记录仪记录该时刻电压值;所述多通道数据记录仪记录的两个电压值分别对应位移传感器(1)的始末位移,始末位移之差为薄层液膜的厚度。
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