CN105547987A - 一种模拟深海环境的微型电解试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种模拟深海环境的微型电解试验装置，包括电解池主体及与电解池主体配合的电解池顶盖，电解池主体内设有活塞式隔板，活塞式隔板受压后沿电解池主体内侧壁上下滑动；所述活塞式隔板、电解池主体内壁与电解池顶盖三者之间围成密闭的电解池室，电解池室中具有海水腐蚀液，电解池顶盖上密封安装有工作电极、参比电极和辅助电极组件。本发明的活塞式隔板在动力源推动下对电解池室中的海水腐蚀液施压用于模拟深海压力，为深海模拟环境下金属材料的电化学测试及腐蚀机理研究提供了一种简便快捷的腐蚀试验装置，所测得的试验数据能真实的反映该深海模拟环境下金属材料的腐蚀电化学性能，为深海环境中使用材料的研究提供更有利的腐蚀测量手段。

Description

一种模拟深海环境的微型电解试验装置

技术领域

本发明涉及金属材料腐蚀试验领域，具体地说是一种新的模拟深海环境下金属材料的微型电解试验装置。

背景技术

海洋环境对金属材料来说是非常苛刻的环境，服役于海洋环境的各种工程结构不可避免要遭受海水腐蚀，而深海环境对材料的性能要求远远高于浅海环境，因为深海环境的压力、溶解氧含量、盐度、温度和pH值均与浅海环境不同，材料的腐蚀行为将发生变化，相应的保护措施、如电化学保护等技术参数也将发生改变。早在上世纪60年代，美国等发达国家就已经陆续开展材料的深海环境腐蚀试验研究；过去几十年挪威、英国、印度等国家也积极开展了大量的相关研究工作；最近几年，我国的七二五研究所、北京科技大学、哈尔滨工程大学等院校单位也开展了不少材料在深海环境的腐蚀行为研究，积累了材料在深海环境的腐蚀行为数据。目前，深海腐蚀研究的手段主要有两种，一是在深海实际环境挂片，美国、挪威、印度和我国的七二五所都开展过深海环境腐蚀暴露试验，获得了大量金属材料在深海不同时间的腐蚀数据，但是获得数据所需时间较长，数据类型单一，而且需要投入大量的人力、物力、财力，试验过程无法观测。二是深海模拟试验，挪威、芬兰、我国等采用高压釜开展了不同材料的深海模拟腐蚀试验研究，主要是模拟深海某深度的压力、溶解氧和温度，并研制了深海模拟腐蚀试验装置，申请了发明专利。如发明专利CN201010033689、X“一种用于测试材料在模拟深海环境腐蚀性能的实验装置”能够真实的模拟材料在实际深海环境中的低温高压工况，解决了深海环境实海暴露试验数据获取时间长、数据类型单一的问题。发明专利CN201210421915、0“一种深浅海交变腐蚀环境模拟装置”通过控制压力、温度、溶解氧和pH值等参数的周期性变化，模拟不同深度海水交变的腐蚀环境，测试、评价材料在深浅海交变环境中的各项性能，模拟效果真实。发明专利CN201310023547、9“一种模拟深海环境的腐蚀试验装置和试验方法”可以模拟深海环境中的温度、压力、海水流速、pH值、盐度和溶解氧浓度状况，腐蚀测试过程可以实现环境条件的自动控制，为测试材料在深海环境腐蚀性能提供了方便的室内模拟试验装置。发明专利CN201310509264、5“一种可测量、调节腐蚀液氧含量的深海腐蚀试验装置”可以模拟不同深海条件下的压力、温度和氧含量，也可以将压力、温度和氧含量任意匹配，从而模拟海洋特殊环境下的实际工况(如海洋中的贫氧、富氧区)。该试验装置采用高精度的测氧探头对腐蚀液体的氧浓度进行测量，再通过闭环控制系统利用活性海绵铁对腐蚀液氧浓度进行调节，待达到氧浓度的设定值之后将腐蚀液打入压力釜内进行反应，利用电化学工作站对模拟深海条件下的试样进行电化学测量，待反应结束后将反应后的腐蚀液体再次利用高精度测氧探头进行氧浓度测量，根据反应前后的氧浓度差来计算反应过程中的氧损失，从而计算测试材料的吸氧能力。实用新型专利CN201420481581、0“深海腐蚀环境模拟装置”不仅能够模拟深海环境海水中的各种成分对海洋钢结构腐蚀影响，还能够对钢结构、阳极和涂层在深海环境的腐蚀情况进行评估，解决了模拟深海海水流动状态下加速腐蚀状态问题。上述专利均能够模拟深海环境开展材料的深海腐蚀试验，同时也能够进行电化学测量，然而上述几种深海环境模拟试验装置均以高压釜体为主来实现压力的控制，高压釜的密封需要几人合力完成，开展一次电化学测试费时费力，因此需要开发一种微型的、便捷的模拟深海环境的腐蚀试验装置，该装置能够控制主要深海环境因素压力、温度、盐度、pH值和温度，同时开展材料在该模拟环境下的电化学测试，并且装置操作简单、试验周期较短，能够快速获得电化学数据。

发明内容

本发明的技术任务是解决现有技术的不足，提供一种模拟深海环境的微型电解试验装置，用于深海环境模拟的同时实现金属材料电化学测试。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种模拟深海环境的微型电解试验装置，包括电解池主体及与电解池主体配合密封的电解池顶盖，电解池主体内设有活塞式隔板，活塞式隔板受压后沿电解池主体内侧壁上下滑动；所述活塞式隔板、电解池主体内侧壁与电解池顶盖三者之间围成一个密闭的电解池室，电解池室中具有海水腐蚀液，电解池顶盖设有镂空孔，工作电极组件、参比电极组件和辅助电极组件密封安装于所述电解池顶盖的镂空孔上，活塞式隔板在动力源推动下对电解池室中的海水腐蚀液施压用于模拟深海压力。

在本发明的一个实施例中，所述电解池主体上端敞口，底部密封，电解池主体上端敞口处由所述电解池顶盖密封，活塞式隔板下方的电解池主体壁上开设进气口和排气口，该进气口所连通的进气管道与外部空气压缩机相连，排气口所连通的排气管道上连接有排气阀，该活塞式隔板以空气压缩机压缩后的空气为动力源对电解池室中的海水腐蚀液施压用于模拟深海压力。

在本发明的另一个实施例中，所述电解池主体上端敞口，电解池主体上端敞口由所述电解池顶盖密封，活塞式隔板远离电解池室一侧垂直固定设置推拉杆，推拉杆连接压力传感器，活塞式隔板以作用于推拉杆的推力为动力源对电解池室中的海水腐蚀液施压用于模拟深海压力。

优选的，所述电解池顶盖由耐压玻璃制成，中空耐压玻璃管密封穿设于镂空孔内并伸出电解池顶盖的两侧，中空耐压玻璃管中间穿设导线，分别与工作电极、参比电极和辅助电极相连，工作电极、参比电极和辅助电极各自由环氧树脂封装，只暴露出工作面，中空耐压玻璃管的两端采用密封螺母拧紧固定，制作成耐压的工作电极、参比电极和辅助电极组件，导线由中空耐压玻璃管的上固定端部引出用于连接电化学测量设备。

进一步优选的，所述镂空孔内穿设的中空耐压玻璃管与电解池顶盖为一次加工成型。

进一步优选的，所述中空耐压玻璃管内设密封塞，导线穿过密封塞后分别连接至上述工作电极、参比电极和辅助电极。

优选的，所述电解池主体由双层耐压玻璃制成，双层耐压玻璃的边缘连在一起，双层耐压玻璃之间制作时抽真空。

优选的，所述电解池顶盖与电解池主体之间由密封螺栓及螺母拧紧密封，电解池顶盖与电解池主体的接触部位设有凹槽，凹槽内安装橡胶垫圈。

优选的，所述活塞式隔板与电解池主体侧壁之间通过密封橡胶圈密封。

优选的，所述活塞式隔板采用耐压玻璃制成。

优选的，所述电解池主体为圆筒形。

本发明的一种模拟深海环境的微型电解试验装置与现有技术相比所产生的有益效果是：

本发明所述的一种模拟深海环境的微型电解试验装置采用动力源(压缩空气、作用于推拉杆的推力等)推动活塞式隔板，对电解池室中海水腐蚀液施加压力的方式模拟压力，海水腐蚀液的温度、pH值、盐度和溶解氧在加入电解池室之前进行调节。不仅实现了深海环境的模拟，同时也能够作为电解池进行金属材料的电化学测试，并且与先前公布的深海环境模拟试验装置相比，小巧便携、操作简单、耗时短、经济。本发明为深海模拟环境下金属材料的电化学测试及腐蚀机理研究提供了一种简便快捷的腐蚀试验装置，采用该腐蚀试验装置获得的试验数据，能够真实的反映该深海模拟环境下金属材料的腐蚀电化学性能，这为深海环境中使用材料的研究提供更有利的腐蚀测量手段。

附图说明

附图1是本发明实施例一的结构示意图；

附图2是本发明实施例二的结构示意图；

附图3是某金属材料在深海模拟环境下的电化学阻抗图谱；

附图4是某金属材料在深海模拟环境下的线性极化曲线。

图中，1、电解池主体，2、进气口，3、压缩空气室，4、密封橡胶圈，5、活塞式隔板，6、密封螺母，7、密封塞，8、电解池顶盖，9、橡胶垫圈，10、密封螺栓及螺母，11、工作电极组件，12、参比电极组件，13、辅助电极组件，14、电解池室，15、排气阀，16、排气管道，17、电动推拉杆，18、铜导线。

具体实施方式

下面结合附图1-4，对本发明的一种模拟深海环境的微型电解试验装置作以下详细说明。

实施例一

如附图1所示，本发明的一种模拟深海环境的微型电解试验装置，其结构包括电解池主体1，电解池主体1上端敞口，底部密封，电解池主体1上端敞口处由与电解池主体1配合的电解池顶盖8密封。电解池主体1内设有一个沿其内侧壁上下滑动的活塞式隔板5，活塞式隔板5将电解池主体1分为上下相隔离的电解池室14和压缩空气室3：

活塞式隔板5、活塞式隔板5上方的电解池主体1侧壁与电解池顶盖8围成一个密闭的电解池室14，电解池室14中具有海水腐蚀液，电解池顶盖8设有三个镂空孔，工作电极组件11、Ag/AgCl参比电极组件12和Pt辅助电极组件13密封安装于所述电解池顶盖8的镂空孔上；

活塞式隔板5、活塞式隔板5下方的电解池主体1侧壁与电解池主体1底壁围成一个密闭的压缩空气室3，活塞式隔板5下方的电解池主体1底壁上开设进气口2和排气口，该进气口2所连通的进气管道与外部空气压缩机相连，排气口所连通的排气管道16上连接有排气阀15，活塞式隔板5以空气压缩机压缩后的空气为动力源对电解池室14中的海水腐蚀液施压用于模拟深海压力。

上述电解池主体1为圆筒形，当然可以设计为长方体形。电解池主体1由双层耐压玻璃制成，耐压10Mpa，双层耐压玻璃的边缘连在一起，双层耐压玻璃之间制作时抽真空。海水腐蚀液的温度、pH值、盐度和溶解氧在加入电解池室14之前调节到实验所需要的值。采用双层真空结构设计，能够保持电解池室14内海水腐蚀液的温度恒定不变。

上述电解池顶盖8由耐压玻璃制成，中空耐压玻璃管穿设于电解池顶盖8的镂空孔内并伸出电解池顶盖8的两侧，镂空孔内穿设的中空耐压玻璃管与电解池顶盖8为一次加工成型。中空耐压玻璃管中间穿设铜导线18，铜导线18穿过中空耐压玻璃管内套设的聚四氟乙烯密封塞7后分别与工作电极、参比电极和辅助电极相连，优选工作电极、Ag/AgCl参比电极和Pt辅助电极三者在同一水平面上，工作电极相对靠近参比电极一侧，用于减小欧姆压降。工作电极、参比电极和辅助电极各自由环氧树脂封装，只暴露出工作面，中空耐压玻璃管的两端采用密封螺母6拧紧固定，制作成耐压的工作电极组件11、参比电极组件12和辅助电极组件13，铜导线18由中空耐压玻璃管的上固定端部引出用于连接电化学测量设备。

上述电解池顶盖8与电解池主体1的密封分为两步，首先电解池顶盖8与电解池主体1接触部位设有凹槽，凹槽内安装橡胶垫圈4，然后将电解池顶盖8与电解池主体1用密封螺栓及螺母10拧紧。

上述活塞式隔板5采用耐压玻璃制作，厚度为20-30mm，活塞式隔板5边缘与电解池主体1侧壁之间镶嵌有硬质密封橡胶圈4，使活塞式隔板5与电解池主体1侧壁不仅能够密封，同时能够以空气压缩机压缩后的空气为动力源上下滑动，从而实现压缩空气室3通入压缩空气时，活塞式隔板5两侧压力相同，最终使电解池室14内的海水腐蚀液获得相同的压力。

采用本发明的一种模拟深海环境的微型电解试验装置开展了某金属材料在深海模拟环境条件下腐蚀5天后的电化学交流阻抗和线性极化。试验开始前线将该金属材料的工作电极组件11、Ag/AgCl参比电极组件12以及铂辅助电极组件13安装在电解池顶盖8上，调节好海水腐蚀液的盐度、pH值、温度和溶解氧，固定好电解池顶盖8并采用密封用密封螺栓及螺母10拧紧，将三电极组件分别连接到电化学工作站，然后开启电解池主体1底部的进气口2，关闭排气管道16上连接的排气阀15，启动空气压缩机，当压力显示8MPa时，关闭空气压缩机，同时开始电化学交流阻抗的测试，阻抗测试结束后接着进行动电位极化测量。电化学测量结束后，打开排气管道16上连接的排气阀15，使海水压力恢复到0MPa，然后拧开密封用密封螺栓及螺母10，取下电解池顶盖8，最后卸下工作电极组件11，观察金属材料表面状态。该金属材料在深海模拟环境条件下的电化学阻抗图谱和线性极化曲线如图3和图4所示。

实施例二

如附图2所示，实施例二同实施例一，所不同的是电解池主体1上端敞口，电解池主体1上端敞口由所述电解池顶盖8密封，活塞式隔板5远离电解池一侧垂直固设有电动推拉杆17，电动推拉杆17与压力传感器电气连接，活塞式隔板5以电动推拉杆17为动力源对电解池室14中的海水腐蚀液施压用于模拟深海压力，由压力传感器读出深海压力值。

Claims (10)

1.一种模拟深海环境的微型电解试验装置，其特征在于，包括电解池主体及与电解池主体配合密封的电解池顶盖，电解池主体内设有活塞式隔板，活塞式隔板受压后沿电解池主体内侧壁上下滑动；所述活塞式隔板、电解池主体内侧壁与电解池顶盖三者之间围成一个密闭的电解池室，电解池室中具有海水腐蚀液，电解池顶盖设有镂空孔，工作电极组件、参比电极组件和辅助电极组件密封安装于所述电解池顶盖的镂空孔上，活塞式隔板在动力源推动下对电解池室中的海水腐蚀液施压用于模拟深海压力。

2.根据权利要求1所述的一种模拟深海环境的微型电解试验装置，其特征在于，所述电解池主体上端敞口，底部密封，电解池主体上端敞口处由所述电解池顶盖密封，活塞式隔板下方的电解池主体壁上开设进气口和排气口，该进气口所连通的进气管道与外部空气压缩机相连，排气口所连通的排气管道上连接有排气阀，该活塞式隔板以空气压缩机压缩后的空气为动力源对电解池室中的海水腐蚀液施压用于模拟深海压力。

3.根据权利要求1所述的一种模拟深海环境的微型电解试验装置，其特征在于，所述电解池主体上端敞口，电解池主体上端敞口由所述电解池顶盖密封，活塞式隔板远离电解池室一侧垂直固定设置推拉杆，推拉杆连接压力传感器，活塞式隔板以作用于推拉杆的推力为动力源对电解池室中的海水腐蚀液施压用于模拟深海压力。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种模拟深海环境的微型电解试验装置，其特征在于，所述电解池顶盖由耐压玻璃制成，中空耐压玻璃管密封穿设于镂空孔内并伸出电解池顶盖的两侧，中空耐压玻璃管中间穿设导线，分别与工作电极、参比电极和辅助电极相连，工作电极、参比电极和辅助电极各自由环氧树脂封装，只暴露出工作面，中空耐压玻璃管的两端采用密封螺母拧紧固定，制作成耐压的工作电极、参比电极和辅助电极组件，导线由中空耐压玻璃管的上固定端部引出用于连接电化学测量设备。

5.根据权利要求4所述的一种模拟深海环境的微型电解试验装置，其特征在于，所述镂空孔内穿设的中空耐压玻璃管与电解池顶盖为一次加工成型。

6.根据权利要求4所述的一种模拟深海环境的微型电解试验装置，其特征在于，所述中空耐压玻璃管内设密封塞，导线穿过密封塞后分别连接至上述工作电极、参比电极和辅助电极。

7.根据权利要求1或2或3或5或6所述的一种模拟深海环境的微型电解试验装置，其特征在于，所述电解池主体由双层耐压玻璃制成，双层耐压玻璃的边缘连在一起，双层耐压玻璃之间制作时抽真空。

8.根据权利要求1或2或3或5或6所述的一种模拟深海环境的微型电解试验装置，其特征在于，所述电解池顶盖与电解池主体之间由密封螺栓及螺母拧紧密封，电解池顶盖与电解池主体的接触部位设有凹槽，凹槽内安装橡胶垫圈。

9.根据权利要求1或2或3或5或6所述的一种模拟深海环境的微型电解试验装置，其特征在于，所述活塞式隔板与电解池主体侧壁之间通过密封橡胶圈密封。

10.根据权利要求1或2或3或5或6所述的一种模拟深海环境的微型电解试验装置，其特征在于，所述活塞式隔板采用耐压玻璃制成。