CN104655553A - 一种浪花飞溅区锈层底部腐蚀电化学测量装置及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种浪花飞溅区锈层底部腐蚀电化学测量装置及其测量方法，所述浪花飞溅区锈层底部腐蚀电化学测量装置包括密闭干燥器、电解池、工作电极、参比电极、辅助电极、擦镜纸。本发明装置及方法可以测量被锈层覆盖下的金属电极在浪花飞溅区的腐蚀电化学行为，为在浪花飞溅区锈层下的腐蚀电化学行为研究过程提供了便捷、有效的手段。

Description

一种浪花飞溅区锈层底部腐蚀电化学测量装置及其测量方法

技术领域

本发明涉及腐蚀电化学行为测量方法，具体地说是一种浪花飞溅区锈层下腐蚀电化学行为测量装置及其测量方法。

背景技术

海洋环境是一种复杂的腐蚀环境。浪花飞溅区是已知的苛刻腐蚀环境，其中氧分充足、恒定的耐候性和浪花的润湿、频繁干湿循环、及高盐浓度导致了极其腐蚀性的条件。众所周知，金属材料在浪花飞溅区遭受严重的腐蚀。金属材料一旦暴露在海洋浪花飞溅区，往往很快在表面生成锈层，在浪花飞溅区，锈层下的金属材料的腐蚀是其持续时间最长同时也是最主要的工作状态。研究浪花飞溅区的腐蚀控制，设计能够模拟实际情况，并且能够在带有锈层的试样上很好地测量其腐蚀电化学行为是关键。

当前，已建立的测量锈层下的腐蚀电化学行为的方法是将带锈工作电极浸泡于电解质溶液中，研究工作电极上腐蚀产物在周围充满电解质环境下的腐蚀电化学行为。但此种测量方法不能用于海洋浪花飞溅区的环境，因为在浪花飞溅区，金属材料不是全浸于海水中，而是处于海平面以上，相对湿度大、干湿交替循环。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种浪花飞溅区锈层下腐蚀电化学行为研究装置和方法，能够用于研究已经发生腐蚀的金属材料在浪花飞溅区环境下腐蚀电化学行为。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种浪花飞溅区锈层底部腐蚀电化学测量装置，所述浪花飞溅区锈层底部腐蚀电化学测量装置包括密闭干燥器、工作电极、参比电极、辅助电极、电解池、擦镜纸；

所述密闭干燥器内盛装电解质溶液；

所述电解池放置在密闭干燥器内；

所述工作电极安装在电解池内；

所述工作电极包括外锈层；

所述辅助电极与工作电极相连接；

所述参比电极具有盐桥毛细管端，所述参比电极的盐桥毛细管端与所述工作电极的外锈层相接触；

所述擦镜纸平铺在工作电极表面；

所述工作电极的导线与电化学工作站的工作电极接口相连接，所述辅助电极的导线与电化学工作站的辅助电极接口相连接，所述参比电极的导线与电化学工作站的参比电极接口相连接。

其中，所述密闭干燥器内部盛装海水，密闭干燥器内空气环境相对湿度达100％。

其中，所述电解池内部盛装电解质溶液。

其中，所述工作电极的外锈层为研究面，所述研究面水平朝上；研究面以外的工作电极的其余部分被环氧树脂密封；从所述工作电极的内部金属部分引出导线；所述工作电极的研究面高出电解池内的电解质溶液面。

其中，所述擦镜纸覆盖于工作电极的研究面之上；所述擦镜纸边缘与所述电解池内的电解质溶液相接触。

其中，所述辅助电极环绕在工作电极周围并低于所述电解池内的电解质溶液水平面。

其中，所述参比电极位于工作电极的研究面的正上方，参比电极的盐桥毛细管端与工作电极的外锈层相接触；工作电极的外锈层呈润湿状态。

其中，所述电解质溶液是天然海水。

工作电极与电化学工作站的工作电极接口相连接，辅助电极与电化学工作站的辅助电极接口相连接，参比电极与电化学工作站的参比电极接口相连接。三个电极间构成电学回路，测量工作电极上的电化学信息。

本发明还提供一种浪花飞溅区锈层底部腐蚀电化学测量方法，其步骤如下：

第一步，制作工作电极：将具有工作平面的钢块置于海洋浪花飞溅区暴露，使钢块的工作平面生成外锈层，从而使钢块成为工作电极，带有外锈层的平面成为工作电极的研究面；

第二步，安装如权利要求1所述的浪花飞溅区锈层底部腐蚀电化学测量装置；

第三步，向所述电解池中装入海水，电解池中海水的水平面低于工作电极的研究面，辅助电极环绕在工作电极周围并低于电解池内的海水水平面，擦镜纸覆盖于工作电极的研究面之上，擦镜纸边缘与电解池内的海水接触，工作电极上的外锈层及周围的擦镜纸被海水润湿，保证辅助电极与工作电极间电导性良好；

第四步，用电化学工作站进行电化学测量。

其中，所述具有工作平面的钢块是直径为1cm的圆柱状35CrMo钢。

其中，所述钢块除了工作平面以外，其余部分全部用环氧树脂封装；所述工作平面用水砂纸从240#逐级打磨至1000#，然后用二次蒸馏水清洗，无水乙醇脱脂，然后将其置于海洋浪花飞溅区暴露。

其中，钢块的工作平面在海洋浪花飞溅区暴露的时间为1年。

本发明提供的金属在浪花飞溅区腐蚀电化学测量装置和方法是测量带锈层的金属暴露在相对湿度大的环境下的腐蚀电化学行为，通过使用擦镜纸的强吸湿性，连接电解质溶液与工作电极，辅助电极呈环形环绕在工作电极周围，置于电解池的电解质溶液中，工作电极的研究面处于相对湿度为100％的空气环境下，研究带锈层的金属在相对湿度大的环境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。

本发明结合海洋浪花飞溅区的环境特点，主要针对其相对湿度大，测量暴露在相对湿度大的带锈层试样的腐蚀电化学行为。

本发明采用盛海水的密闭干燥器，保证了试样(工作电极研究面)暴露于相对湿度大的空气中，试样上的外锈层一直处于润湿状态；另外，通过利用擦镜纸的强吸湿性，有效的保证了参考电极与工作电极间的连通性，从而为在浪花飞溅区锈层下的腐蚀电化学行为研究过程提供了便捷、有效的手段。

附图说明

图1为本发明装置示意图；其中，1是天然海水，2是工作电极，3是辅助电极，4是电解池，5是参比电极，6是电解质溶液，7是擦镜纸，8是密闭干燥器，9是工作电极的导线，10是辅助电极的导线，11是参比电极的导线。

图2为实施例1装置中工作电极研究面的规格图；

图3为实施例1装置中擦镜纸的规格图；

图4为实施例1的测量Tafel极化曲线图；

图5为实施例1装置中工作电极、辅助电极、参比电极及擦镜纸之间的位置关系图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本发明所限定的范围。

实施例1

下面结合附图对本发明装置作进一步详述。

如图1所示，本发明的浪花飞溅区锈层底部腐蚀电化学测量装置包括：密闭干燥器8、天然海水1、工作电极2、辅助电极3、电解池4、参比电极5、电解质溶液6、擦镜纸7、工作电极的导线9，辅助电极的导线10，参比电极的导线11；所述密闭干燥器8内盛放电解质溶液(天然海水)；所述电解池4放置在密闭干燥器8内；所述工作电极2安装在电解池4内；所述电解池4内盛放有电解质溶液(天然海水)；所述工作电极2包括外锈层；所述辅助电极环绕在工作电极周围并低于所述电解池内的海水水平面；所述擦镜纸7平铺在工作电极2的外锈层表面；所述参比电极5包括盐桥毛细管端；所述参比电极5的盐桥毛细管端与所述工作电极的外锈层相接触；所述工作电极的导线9与电化学工作站的工作电极接口相连接，所述辅助电极的导线10与电化学工作站的辅助电极接口相连接，所述参比电极的导线11与电化学工作站的参比电极接口相连接。

所述辅助电极为铂丝。

本发明应用于浪花飞溅区锈层底部腐蚀电化学测量方法为：

1.工作电极为直径1cm圆柱状35CrMo钢块，钢块的圆环状平面为工作平面，除工作平面外，钢块其余部分用环氧树脂封装，工作平面(试样)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，然后将其于海洋浪花飞溅区暴露。1年后，钢块工作平面生成外锈层，从而使钢块成为工作电极，带有外锈层的工作平面成为工作电极的研究面。工作电极研究面的规格和形状如图2所示。

2.按图1装配好测量装置。装置中擦镜纸的规格如图3所示，擦镜纸为中空的圆环状。将暴露后生成外锈层的工作电极研究面向上固定于电解池中，使研究面保持水平。工作电极、辅助电极、参比电极及擦镜纸之间的连接如图5所示。辅助电极3环绕在工作电极2周围，擦镜纸7覆盖于工作电极的研究面之上，擦镜纸边缘与海水相接触，参比电极5与工作电极的外锈层相接触。

3.向电解池4中装入一定量的海水，电解池中海水的水平面低于工作电极的研究面，工作电极上的外锈层及周围的擦镜纸被海水润湿，保证辅助电极与工作电极间电导性良好。将工作电极、参比电极和辅助电极同时连接到电化学工作站，工作电极的导线9与电化学工作站的工作电极接口相连接，辅助电极的导线10与电化学工作站的辅助电极接口相连接，参比电极11的导线与电化学工作站的参比电极接口相连接。三个电极间构成电学回路，测量工作电极上的电化学信息。

4.选择合适的测试技术，然后开始电化学测量。

通过上述步骤，可测量带锈层试样的腐蚀电化学行为。

图4为AISI4135钢(35CrMo)工作电极暴露于海洋浪花飞溅区1年后的带锈研究面在相对湿度达100％的环境下的Tafel极化曲线。由极化曲线得出，暴露于浪花飞溅区一年带锈层的AISI4135钢的自腐蚀电位Ec＝-0.393V，自腐蚀电流密度ic＝0.147mA/cm²，这些电化学结果表明利用该测量方法研究浪花飞溅区锈层底部的电化学信息是可行的，从而说明本发明装置及方法能有效用于浪花飞溅区锈层下腐蚀电化学行为研究。

以上为对本发明实施例的描述，通过对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种浪花飞溅区锈层底部腐蚀电化学测量装置，其特征在于，所述浪花飞溅区锈层底部腐蚀电化学测量装置包括密闭干燥器、工作电极、参比电极、辅助电极、电解池、擦镜纸；

所述密闭干燥器内盛装电解质溶液；

所述电解池放置在密闭干燥器内；

所述工作电极安装在电解池内；

所述工作电极包括外锈层；

所述辅助电极与工作电极相连接；

所述参比电极具有盐桥毛细管端，所述参比电极的盐桥毛细管端与所述工作电极的外锈层相接触；

所述擦镜纸平铺在工作电极表面；

所述工作电极的导线与电化学工作站的工作电极接口相连接，所述辅助电极的导线与电化学工作站的辅助电极接口相连接，所述参比电极的导线与电化学工作站的参比电极接口相连接。

2.按照权利要求1所述的浪花飞溅区锈层底部腐蚀电化学测量装置，其特征在于，所述密闭干燥器内部盛装海水，所述密闭干燥器内部空气环境相对湿度达100％。

3.按照权利要求1所述的浪花飞溅区锈层底部腐蚀电化学测量装置，其特征在于，所述电解池内部盛装电解质溶液。

4.按照权利要求1所述的浪花飞溅区锈层底部腐蚀电化学测量装置，其特征在于，所述工作电极的外锈层为研究面，水平朝上；研究面以外的工作电极的其余部分被环氧树脂密封；从所述工作电极的内部金属部分引出导线；所述工作电极的研究面高出电解池内的电解质溶液面。

5.按照权利要求4所述的浪花飞溅区锈层底部腐蚀电化学测量装置，其特征在于，所述擦镜纸覆盖于工作电极的研究面之上；所述擦镜纸边缘与所述电解池内的电解质溶液接触。

6.按照权利要求1所述的浪花飞溅区锈层底部腐蚀电化学测量装置，其特征在于，所述辅助电极环绕在工作电极周围并低于所述电解池内的电解质溶液面。

7.按照权利要求1所述的浪花飞溅区锈层底部腐蚀电化学测量装置，其特征在于，所述参比电极位于工作电极的研究面的正上方，参比电极的盐桥毛细管端与工作电极的外锈层相接触；工作电极的外锈层呈润湿状态。

8.按照权利要求1所述的浪花飞溅区锈层底部腐蚀电化学测量装置，其特征在于，所述电解质溶液是天然海水。

9.一种浪花飞溅区锈层底部腐蚀电化学测量方法，其特征在于，所述测量方法的步骤如下：

第一步，制作工作电极：将具有工作平面的钢块置于海洋浪花飞溅区暴露，使钢块的工作平面生成外锈层，从而使钢块成为工作电极，带有外锈层的平面成为工作电极的研究面；

第二步，安装如权利要求1所述的浪花飞溅区锈层底部腐蚀电化学测量装置；

第三步，向所述电解池中装入海水，电解池中海水的水平面低于工作电极的研究面，辅助电极环绕在工作电极周围并低于电解池内的海水水平面，擦镜纸覆盖于工作电极的研究面之上，擦镜纸边缘与电解池内的海水接触，工作电极上的外锈层及周围的擦镜纸被海水润湿，保证辅助电极与工作电极间电导性良好；

第四步，用电化学工作站进行电化学测量。

10.如权利要求9所述的浪花飞溅区锈层底部腐蚀电化学测量方法，其特征在于，所述具有工作平面的钢块是直径为1cm的圆柱状35CrMo钢；

所述钢块除了工作平面以外，其余部分全部用环氧树脂封装；

所述工作平面用水砂纸从240#逐级打磨至1000#，然后用二次蒸馏水清洗，无水乙醇脱脂，然后将其置于海洋浪花飞溅区暴露。