CN105067510A - 用于原位测量材料缝隙腐蚀的电解槽 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于原位测量材料缝隙腐蚀的电解槽，主要解决现有技术中不能对缝隙腐蚀过程进行原位地监测的问题。本发明通过采用一种用于原位测量材料缝隙腐蚀的电解槽，所述电解槽具有上盖、筒形侧壁、作为工作电极的待测金属材料，电解槽上下都有密封圈，分别与上盖和底部材料接触，所述上盖中间有孔，加压杆通过此孔，底部材料为底部的密封电解池，电解槽侧壁有参比电极入口、惰性气体入口和气体出口；所述底部材料置于底座上，在底座和材料之间有橡胶垫片；所述上盖和底座之间通过定位螺栓固定的技术方案较好地解决了上述问题，可用于原位测量材料缝隙腐蚀中。

Description

用于原位测量材料缝隙腐蚀的电解槽

技术领域

本发明涉及一种用于原位测量材料缝隙腐蚀的电解槽。

背景技术

金属构件缝隙处常会发生局部缝隙腐蚀。缝隙腐蚀问题是许多工业领域面临的重要问题。金属构件的螺钉、焊等法兰连接件或焊接接头缺陷处都存在狭窄的缝隙，溶解氧难以达到缝隙内部，当缝隙内部发生腐蚀时，溶解氧由于氧化还原消耗完，阴极反应终止，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，金属离子水解使得缝隙内部酸化，导致pH值下降，加剧缝隙内部腐蚀，二缝隙外部缺受到阴极保护。如在石化行业，很多储罐垫脚螺栓、连接管道到螺栓由于缝隙腐蚀导致其失效断裂，从而引发事故发生。因此，原位研究金属材料的缝隙腐蚀行为与机理，对积累数据，对石化行业的安全设计、运行和管理，具有重要意义。

通常评价材料在常规环境(室温、低压)中的缝隙腐蚀行为可采用标准试样(如：GB13671-92、ASTMG48等)开展实验，构造缝隙的材料为聚四氟乙烯等。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，不能对缝隙腐蚀过程进行原位地监测，因此无法正确地评价缝隙下材料的缝隙腐蚀机理。

本发明有针对性的解决了该问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术中不能对缝隙腐蚀过程进行原位地监测的问题，提供一种新的用于原位测量材料缝隙腐蚀的电解槽。该电解槽用于原位测量材料缝隙腐蚀中，具有能对缝隙腐蚀过程进行原位地监测的优点。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：一种用于原位测量材料缝隙腐蚀的电解槽，所述电解槽具有上盖、筒形侧壁、作为工作电极的待测金属材料，电解槽上下都有密封圈，分别与上盖和底部材料接触，所述上盖中间有孔，加压杆通过此孔，底部材料为底部的密封电解池，电解槽侧壁有参比电极入口、惰性气体入口和气体出口；所述底部材料置于底座上，在底座和材料之间有橡胶垫片；所述上盖和底座之间通过定位螺栓固定；所述参比电极入口处充满饱和KCl琼脂作为盐桥，盐桥与电解槽入口处密封，盐桥上插入参比电极；盐桥尖端浸入电解液中并与所述底部垂直；所述对电极入口位于上盖的中心位置一侧，对电极为环形对电极，置于电解液中并与所述底部平行，并使惰性气体入气口位置位于环形参比电极上方；该环形对电极距电解液面的距离为电解液深度的1/2-2/3，且距底部的距离大于参比电极与底部间的距离；该环形对电极的引线通过该对电极入口伸出电解池；所述工作电极的引线从所述待测金属材料不与电解液接触的一面引出。

上述技术方案中，优选地，所述对电极的引线为带有绝缘层的金属引线；所述参比电极为银氯化银电极、饱和甘汞电极或汞硫酸亚汞电极，参比电极外套有鲁金毛细管，所述鲁金毛细管里面充满饱和KCl琼脂，鲁金毛细管尖端离测试电极表面大于1mm。

上述技术方案中，优选地，所述对电极为由铂、金或钌钛制成的金属圆环形。

上述技术方案中，优选地，所述上盖中间有一个圆孔，加压杆顶端有一个玻璃球，加压杆通过中间圆孔，并穿过对电极金属圆形丝中间，玻璃球与测量金属接触，通过扭动带螺纹的加压杆顶端的加压螺母向测量金属施加一定压力。

上述技术方案中，优选地，所述加压螺母与上盖之间有密封垫圈，螺母与螺栓之间有密封黄油。

上述技术方案中，优选地，所述电解槽与惰性气体提供装置之间通过电解槽侧壁的惰性气体进口连接，进气口位于电解液下方，对电极上方，出气口位于电解槽另一侧，且在液面上方；所述电解槽出气口通过空气收集装置回收。

上述技术方案中，优选地，所述电解槽中具有电解液。

上述技术方案中，优选地，所述电解槽底部与侧壁之间、加压螺栓与上盖之间、以及侧壁与上盖之间分别设置有密封圈。

上述技术方案中，优选地，所述待测金属材料的表面与所述电解槽侧壁下端缘相重合，所述侧壁的下端表面设置有环形刻槽，所述密封圈置于该环形槽中，并套在所述待测金属材料的外周缘，电解槽上端表面设置有环形刻槽，所述密封圈位于上端环形刻槽，并通过所述底座与上盖的固定螺栓实现所述底部和上盖与所述电解槽侧壁之间的密封。

上述技术方案中，优选地，待测量材料的外周缘超出所述电解槽侧壁下端缘，所述的测量材料位于橡胶板上面，橡胶板位于底座上。

本发明提出的用于原位测量材料缝隙腐蚀的电解槽装置能够完成在不同溶液条件下的缝隙腐蚀性能评价，同时能够进行原位的电化学参数测试，可以对一个试样进行连续不同局域重复测试，提高测量精确度，取得了较好的技术效果。

附图说明

图1为本发明所述电解槽的结构示意图。

图1中，1—工作电极引线、2—橡胶垫、3—工作电极、4—密封圈、5—鲁金毛细管盐桥、6—参比电极引线、7—参比电极引出线、8—气体出口、9—定位螺栓、10—对电极引线、11—密封垫片、12—加压螺母、13—气体入口、14—加压传杆、15—电解槽、16—对电极、17—玻璃球、18—支架底座、19—电解槽上盖。

下面通过实施例对本发明作进一步的阐述，但不仅限于本实施例。

具体实施方式

【实施例1】

本发明涉及一种一种缝隙腐蚀原位测量装置，如图1所示，该装置设有工作电极引线1、橡胶垫片2、工作电极3、密封圈4、鲁金毛细管盐桥5、参比电极6、参比电极引出线7、气体出口8、定位螺栓9、对电极引线10、密封垫片11、加压螺母12、气体入口13、加压传杆14、电解槽15、对电极16、玻璃球17、支架底座18、电解槽上盖19。所述电解槽具有上盖19、电解槽15、并以作为工作电极3的待测量的金属片，电解槽上下密封圈4，分别与上盖19和底部工作电极3材料接触，所述的电解槽上盖19中间有孔，加压传杆14通过此孔，扭动加压传杆顶部的加压螺母12向加压传杆底14端的玻璃球17施加压力与工作电极3上，所述电解槽15中具有电解液，电解槽侧壁有惰性气体入口13和气体出口8；所述工作电极3置于橡胶垫片2上，橡胶垫片2位于支架底座18；所述电解槽上盖19和支架底座18之间通过定位螺栓9固定，所述密封圈4能够在定位螺栓9固定过程产生的压力作用下实现对所述电解槽15的密封；所述电解槽15侧壁有鲁金毛细管盐桥5入口，鲁金毛细管盐桥5与电解槽15侧壁之间密封，鲁金毛细管盐桥5上插入参比电极6；盐桥尖端浸入电解液中并与所述工作电极3垂直，距离大于1mm；所述对电极16入口位于电解槽上盖19的中心位置一侧，对电极16为环形对电极，置于电解液中并与所述工作电极3平行，并使气体入气口8位置位于环形对电极16的上方；该环形对电极16距电解液面的距离为电解液深度的1/2，且距工作电极3的距离大于参比电极6与工作电极3之间的距离；该环形对电极16的引线10通过该对电极入口伸出电解池。

采用本发明提供的电解槽，用于测试的工作电极为316不锈钢。步骤如下：

(1)样品的制备：把片状样品进行打磨抛光至1μm级别，然后用蒸馏水冲洗，丙酮除油，用冷风机吹至干燥，放在干燥器中24h备用。用导电银胶连接引线和样品，样品作为工作电极。

(2)样品安装：通过本实例提供的电解槽进行316不锈钢的缝隙腐蚀测试，本实施例提供的电解槽为具有电解槽上盖19、电解槽15侧壁、并以作为工作电极3的待测量的316不锈钢，316不锈钢作为底部的密封电解槽，所述电解槽中具有1mol/LNaCl电解液，所述电解槽上盖19设有对电极16和加压杆14的入口，所述电解槽15侧壁的下端表面设置有环形刻槽(未展示)，所述电解槽上盖19的外周缘超出所述电解槽19侧壁的上端缘，所述电解槽19侧壁的上端表面设置有环形刻槽。加压杆14顶端玻璃球17的直径为4mm。所述底部(即工作电极：待测量的316不锈钢)放置在底座的橡胶垫2上，工作面(即抛光至至1μm级别的316不锈钢)置上，密封圈4置于所述电解槽15侧壁下端表面设置的环形槽中，并套设在所述工作电极3上，另一密封圈4置于所述电解槽15侧壁的上端表面设置的环形槽中且上缘抵顶于所述上盖，通过所述支架底座18与电解槽上盖19的固定实现所述底部与所述电解槽15侧壁之间，以及所述电解槽上盖19与所述电解槽侧壁之间的密封；所述底座与电解槽上盖19的固定通过旋紧设置在电解池上盖与底座之间的4个定位螺栓9实现。所述电解槽15侧壁有鲁金毛细管盐桥5入口，鲁金毛细管盐桥5与电解槽15侧壁之间密封，鲁金毛细管盐桥5上插入参比电极6；盐桥尖端浸入电解液中并与所述工作电极3垂直，距离大于1mm；把除过氧的电解液通过电解槽上盖19中间孔加入电解槽中，同时通过进气口13不停向电解槽里通入高纯氮气；所述的电解槽上盖19中间有孔，先放入环形对电极16，加压传杆14通过上盖中间孔和环形对电极16中间，扭动加压传杆顶部的加压螺母12向加压传杆底14端的玻璃球17施加压力与工作电极3上；电解槽下端密封圈包围的工作电极面积为直径为12mm的圆形；控制室温温度在24℃。

(3)测试过程和数据采集：工作电极首先在-1.00V(相对饱和甘汞电极)下极化10分钟，然后关闭工作站10分钟，然后再次打开工作站，工作电极电位很细致从-1.00V改至-0.20V，在此过程中，电极表面钝化2小时，电极降至5μA之下，从此刻开始，电位从-0.20V扫描至0.00V，扫描速度为0.5mV/sec,然后通过加压螺母扭动把玻璃球压在工作电极的表面上，电位保持在0.00V，接着通过工作站记录其电流随着时间的变化情况。

结果表明，用原位测量材料缝隙腐蚀的电解槽可以很清楚测得缝隙腐蚀对电流的腐蚀电流影响。

【实施例2】

按照实施例1所述的条件，只是该环形对电极16距电解液面的距离为电解液深度的2/3。

【实施例3】

按照实施例1所述的条件，只是该环形对电极16距电解液面的距离为电解液深度的5/8。

显然，本发明相对现有的缝隙测试装置，其构造缝隙较为简单，操作方便，实验条件控制较为准确。此外，本发明提出的用于原位测量材料缝隙腐蚀的电解槽装置能够完成在不同溶液条件下的缝隙腐蚀性能评价，可以对一个试样不同局部区域进行连续的重复测试，这有利于提高测量精确度和可信度。

Claims (10)

1.一种用于原位测量材料缝隙腐蚀的电解槽，所述电解槽具有上盖、筒形侧壁、作为工作电极的待测金属材料，电解槽上下都有密封圈，分别与上盖和底部材料接触，所述上盖中间有孔，加压杆通过此孔，底部材料为底部的密封电解池，电解槽侧壁有参比电极入口、惰性气体入口和气体出口；所述底部材料置于底座上，在底座和材料之间有橡胶垫片；所述上盖和底座之间通过定位螺栓固定；所述参比电极入口处充满饱和KCl琼脂作为盐桥，盐桥与电解槽入口处密封，盐桥上插入参比电极；盐桥尖端浸入电解液中并与所述底部垂直；所述对电极入口位于上盖的中心位置一侧，对电极为环形对电极，置于电解液中并与所述底部平行，并使惰性气体入气口位置位于环形参比电极上方；该环形对电极距电解液面的距离为电解液深度的1/2-2/3，且距底部的距离大于参比电极与底部间的距离；该环形对电极的引线通过该对电极入口伸出电解池；所述工作电极的引线从所述待测金属材料不与电解液接触的一面引出。

2.根据权利要求1所述用于原位测量材料缝隙腐蚀的电解槽，其特征在于所述对电极的引线为带有绝缘层的金属引线；所述参比电极为银氯化银电极、饱和甘汞电极或汞硫酸亚汞电极，参比电极外套有鲁金毛细管，所述鲁金毛细管里面充满饱和KCl琼脂，鲁金毛细管尖端离测试电极表面大于1mm。

3.根据权利要求1所述用于原位测量材料缝隙腐蚀的电解槽，其特征在于所述对电极为由铂、金或钌钛制成的金属圆环形。

4.根据权利要求1所述用于原位测量材料缝隙腐蚀的电解槽，其特征在于所述上盖中间有一个圆孔，加压杆顶端有一个玻璃球，加压杆通过中间圆孔，并穿过对电极金属圆形丝中间，玻璃球与测量金属接触，通过扭动带螺纹的加压杆顶端的加压螺母向测量金属施加一定压力。

5.根据权利要求1所述用于原位测量材料缝隙腐蚀的电解槽，其特征在于所述加压螺母与上盖之间有密封垫圈，螺母与螺栓之间有密封黄油。

6.根据权利要求1所述用于原位测量材料缝隙腐蚀的电解槽，其特征在于所述电解槽与惰性气体提供装置之间通过电解槽侧壁的惰性气体进口连接，进气口位于电解液下方，对电极上方，出气口位于电解槽另一侧，且在液面上方；所述电解槽出气口通过空气收集装置回收。

7.根据权利要求1所述用于原位测量材料缝隙腐蚀的电解槽，其特征在于所述电解槽中具有电解液。

8.根据权利要求1所述用于原位测量材料缝隙腐蚀的电解槽，其特征在于所述电解槽底部与侧壁之间、加压螺栓与上盖之间、以及侧壁与上盖之间分别设置有密封圈。

9.根据权利要求1所述用于原位测量材料缝隙腐蚀的电解槽，其特征在于所述待测金属材料的表面与所述电解槽侧壁下端缘相重合，所述侧壁的下端表面设置有环形刻槽，所述密封圈置于该环形槽中，并套在所述待测金属材料的外周缘，电解槽上端表面设置有环形刻槽，所述密封圈位于上端环形刻槽，并通过所述底座与上盖的固定螺栓实现所述底部和上盖与所述电解槽侧壁之间的密封。

10.根据权利要求1所述用于原位测量材料缝隙腐蚀的电解槽，其特征在于待测量材料的外周缘超出所述电解槽侧壁下端缘，所述的测量材料位于橡胶板上面，橡胶板位于底座上。