CN105938085A - 一种测量带锈层材料耐腐蚀性能的电化学实验方法及装置 - Google Patents

一种测量带锈层材料耐腐蚀性能的电化学实验方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明是一种测量带锈层材料耐腐蚀性能的电化学实验方法及装置，通过不切割试样，原位、不破坏锈层材料的封样方法，利用绝缘封闭材料，在带锈层材料上制作出一个封闭的区域，不采用传统的封闭、独立的电解池，利用两端开口成筒状的电解池，制作腐蚀电解池系统，从而开展电化学实验测试。本发明在实验的过程中，不切割试样，这样有效避免了锈层产生内应力，甚至产生裂纹或剥落，有效的保存了锈层本身的特性。

Description

一种测量带锈层材料耐腐蚀性能的电化学实验方法及装置
技术领域
本发明属于腐蚀电化学测试技术领域，具体的说是一种测量带锈层材料耐腐蚀性能的电化学实验方法。
背景技术
电化学实验方法是研究材料耐腐蚀性能、机理和腐蚀变化规律的一种常用的实验方法之一。研究金属材料的腐蚀电化学特征，不仅要测试材料基体的电化学特征曲线，而且要测试其在特定的环境中发生腐蚀后生成锈层的电化学特征曲线。对这种带锈层的材料开展电化学实验一般比较困难，目前带锈层材料的电化学测试方法有以下两种：
其中一种方法是从已经发生腐蚀并生成锈层的材料上切割下一块试样，并用冷镶嵌的方式进行封装，制得实验用试样后开展实验。吴善宏《带锈层碳钢在3%NaCl溶液中的腐蚀电化学行为》、岳丽杰《10PCuRE耐候钢耐蚀锈层的电化学特征》等文献中使用的就是这种方法。这种方法存在着一定的缺陷，它不能保证锈层材料自身特性的完整性：切割后，会破坏锈层自身的应力和与基体之间的附着力，使得部分锈层脱落或疏松；而且将切割后的小样采用冷镶的方式进行封装制得电化学实验用试样后，冷镶的材料粉或溶剂会不可避免的渗入锈层内部，污染锈层；在冷镶材料粉或溶剂固化的过程中会发生放热反应及形变，这会导致锈层内应力集中，结构改变或产生微裂纹等。
另外一种方法是先制备材料基体的电化学试样，然后把试样放在特定的环境里进行腐蚀，使试样表面生成我们实验所需的锈层材料，然后将其直接进行腐蚀电化学实验测试。彭欣《海水中带锈Q235 钢腐蚀电化学参数测定》、邹妍《锈层下碳钢的腐蚀电化学行为特征》等文献中使用的就是这种方法。这种方法的缺点是，随着腐蚀的时间的延长，封装的冷镶嵌材料亦会随之老化，发生变形，继而在实验试样之间的接触面上产生微裂纹，实验时，腐蚀溶液会渗入微裂纹中，导致实验失败。专利CN104655553A中也使用的是这种方法，除了存在以上缺点外，它是专门针对浪花飞溅区锈层的实验方法，在应用范围上存在着局限性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种测量带锈层材料耐腐蚀性能的电化学实验方法及装置，不切割试样，有效避免了锈层产生内应力，甚至产生裂纹或剥落，有效的保存了锈层本身的特性。
本发明解决以上技术问题的技术方案是：
一种测量带锈层材料耐腐蚀性能的电化学实验方法，包括以下步骤：
㈠实验前准备：准备好待测的带锈层试样和腐蚀溶液，准备好实验过程中使用的参比电极和辅助电极；
㈡制作带锈层试样的实验暴露区域：利用绝缘封闭材料在带锈层试样的待测表面涂一圈为环状隔离封闭区域，所述环状隔离封闭区域以内部分为带锈层试样的实验暴露区；
㈢计算带锈层试样的实验暴露区面积：将步骤㈡中的环状隔离封闭区域以内的面积进行测量，得到实验暴露区面积；
㈣完成电解池封装：将电解池设置成两端开口的筒状结构，其底部形状与所述环状隔离封闭区域相同，将两端开口成筒状的电解池垂直放置在带锈层试样环状隔离封闭区域之上，并用绝缘封闭材料将两者相接触的区域进行密封，确保在实验时内装溶液不渗、不漏；
㈤制作锈层试样的夹持端：打磨带锈层试样的某个边角，露出光亮的基体，在实验时，该光亮的部分作为工作电极夹持端；
㈥连入电化学测试设备：将参比电极和辅助电极插入电解池中，倒入实验用腐蚀溶液，并将参比电极、辅助电极和锈层试样工作电极夹持端均接入电化学测试设备；
㈦获取实验数据：根据所要开展的电化学实验（如极化曲线、阻抗谱测试等）的具体需要进行参数设置，开始实验，并设置数据存储路径，实验后进行获取实验数据。
用于以上电化学实验方法的测量带锈层材料耐腐蚀性能的实验装置，包括带锈层试样、电解池、参比电极、辅助电极和电化学测试设备，在带锈层试样的待测表面设有通过绝缘封闭材料涂成的环状隔离封闭区域，环状隔离封闭区域以内部分为带锈层试样的实验暴露区，电解池为两端开口的筒状结构，其底部形状与环状隔离封闭区域相同，电解池放置在环状隔离封闭区域之上并通过绝缘封闭材料将两者相接触的区域进行密封，电解池内装有实验用腐蚀溶液与实验暴露区接触，带锈层试样的边角打磨形成光亮的基体为工作电极夹持端，参比电极和辅助电极插入电解池的实验用腐蚀溶液中，参比电极、辅助电极和工作电极夹持端均接入电化学测试设备。
本发明进一步限定的技术方案是：
前述的测量带锈层材料耐腐蚀性能的电化学实验方法，其中步骤㈡中，在锈层材料的待测表面制作多个环状隔离的封闭区域，每个区域均进行一次独立的实验。这样有效的利用了锈层材料的待测表面。
前述的测量带锈层材料耐腐蚀性能的电化学实验方法，其中参比电极为饱和甘汞电极、银/氯化银电极或硫酸铜电极等。
前述的测量带锈层材料耐腐蚀性能的电化学实验方法，其中辅助电极为铂电极或石墨电极等。
前述的测量带锈层材料耐腐蚀性能的电化学实验方法，其中绝缘封闭材料为石蜡、油漆、环氧树脂等。
前述的测量带锈层材料耐腐蚀性能的电化学实验方法，其中环状隔离的区域的形状为圆形、方形或多边形等等，不做限制。
本发明的有益效果是：⑴保存锈层材料自身特性的完整性，本发明在实验的过程中，不切割试样，这样有效避免了锈层产生内应力，甚至产生裂纹或剥落，有效的保存了锈层本身的特性。⑵电解池的创新性，与普通的腐蚀电化学实验使用的封闭的电解池不同，本发明采用的是筒状、两端开口的电解池。⑶可重复开展多次实验，在锈层材料的待测表面进行合理规划，可以制作多个环状隔离封闭的实验暴露区域，每个区域均可进行一次独立的实验，这样有效的利用了锈层材料的待测表面。⑷涂层材料的物理特征与锈层材料有着很多的相似之处，虽然它的结构比锈层要均匀很多，但是要对其开展电化学实验时切割和制样也同样存在着一定的困难，本发明亦适用于涂层的电化学性能测试，可在保证涂层材料的完整性的基础上进行原位的电化学实验。
本发明克服了现有技术方法中的不宜保存锈层完整性、及冷镶材料老化变形的缺点，通过不切割试样，原位、不破坏锈层材料的封样方法，不采用传统的封闭、独立的电解池，利用两端开口成桶状的电解池，制作腐蚀电解池系统，从而开展电化学性能测试，最终得到带锈层材料在各种腐蚀溶液中的电化学特征曲线，为评价材料的耐腐蚀性能服务。
附图说明
图1为本发明的带锈层试样的实验暴露区域示意图。
图2为带锈层材料耐腐蚀性能电化学实验装置的结构示意图。
图3为应用实例1的某碳钢的锈层材料电化学测试结果的极化曲线图。
具体实施方式
实施例 1
本实施例为某个碳钢材料的在大气环境下暴露腐蚀2年后的锈层材料在硫酸钠溶液中的电化学极化曲线实验测试。
第一步，准备好待测的锈层试样、0.1mol/L的硫酸钠溶液；准备好饱和甘汞电极、铂片电极，分别作为参比电极和辅助电极使用。
第二步，选择石蜡为作为绝缘封闭材料，用毛笔将石蜡在锈层材料的待测表面涂上一圈环状隔离的封闭区域，并用游标卡尺测量实验暴露区域的尺寸，并计算实验暴露面积为1.20cm2。
第三步，将两端开口的电解池垂直放置在锈层材料环状隔离的封闭区域之上，并用石蜡将两者相接触的区域进行密封，确保在实验时内装溶液不渗、不漏。
第四步，打磨锈层试样的某个边角，露出光亮的基体作为夹持端。
第五步，将饱和甘汞电极、铂片电极插入电解池中，倒入0.1mol/L的硫酸钠溶液，并将两个电极和锈层试样的夹持端均接入电化学测试设备。
第六步，根据实验的具体需要进行极化曲线的参数设置，其中极化的电位区间为[-100 mV(vs.Eoc)，1300 mV(vs.Ref)]，扫描速率为20mV/min，开始实验，并设置数据存储路径。
第七步，实验完成后将数据拷出，除去实验暴露面积为1.20cm2，画出碳钢材料锈层单位面积的电流（电流密度）随电位的变化曲线的极化曲线图。从图3中可以得到该碳钢材料锈层极化曲线存在明显的活化钝化转换过程，维钝区明显，反映出锈层有大的缺陷，如大的穿透性裂纹、孔洞等，维钝电流密度为28.572 μA/cm2、致钝电流密度为64.221 μA/cm2 。
实施例 2
本实施例是一种用于实施例1电化学实验方法的测量带锈层材料耐腐蚀性能的实验装置，如图1和图2所示，包括带锈层试样1、电解池5、参比电极7、辅助电极8和电化学测试设备，在带锈层试样的待测表面设有通过绝缘封闭材料6涂成的环状隔离封闭区域3，环状隔离封闭区域以内部分为带锈层试样的实验暴露区4，电解池5为两端开口的筒状结构，其底部形状与环状隔离封闭区域相同，电解池5放置在环状隔离封闭区域3之上并通过绝缘封闭材料将两者相接触的区域进行密封，电解池5内装有实验用腐蚀溶液9与实验暴露区4接触，带锈层试样1的边角打磨形成光亮的基体为工作电极夹持端2，参比电极7和辅助电极 8 插入电解池的实验用腐蚀溶液9中，参比电极7、辅助电极 8和工作电极夹持端2均接入电化学测试设备。其中，带锈层试样的待测表面可设有多个个环状隔离封闭区域，用于同时进行多个实验。参比电极为饱和甘汞电极、银/氯化银电极或硫酸铜电极等；辅助电极为铂电极或石墨电极等；绝缘封闭材料为石蜡或油漆等。隔离封闭区域的形状为圆形、方形或多边形等。
在带锈层试样的待测表面可以设有多个环状隔离封闭区域，此封闭区域的环状部分是用来放置一个电解池的，就是说它只可以用来实验一次。如果带锈层材料的面积比较大，在此次实验后，我们可以在材料的未实验区域再弄一个环状隔离封闭区域，开展下一次实验。参比电极为饱和甘汞电极、银/氯化银电极或硫酸铜电极；辅助电极为铂电极或石墨电极等；绝缘封闭材料为石蜡、油漆或环氧树脂等。环状隔离封闭区域的形状为圆形、方形或多边形等。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种测量带锈层材料耐腐蚀性能的电化学实验方法，其特征在于：包括以下步骤：
㈠实验前准备：准备好待测的带锈层试样和腐蚀溶液，准备好实验过程中使用的参比电极和辅助电极；
㈡制作带锈层试样的实验暴露区域：利用绝缘封闭材料在带锈层试样的待测表面涂一圈为环状隔离封闭区域，所述环状隔离封闭区域以内部分为带锈层试样的实验暴露区；
㈢计算带锈层试样的实验暴露区面积：将步骤㈡中的环状隔离封闭区域以内的面积进行测量，得到实验暴露区面积；
㈣完成电解池封装：将电解池设置成两端开口的筒状结构，其底部形状与所述环状隔离封闭区域相同，将两端开口成筒状的电解池垂直放置在带锈层试样环状隔离封闭区域之上，并用绝缘封闭材料将两者相接触的区域进行密封，确保在实验时内装溶液不渗、不漏；
㈤制作锈层试样的夹持端：打磨带锈层试样的某个边角，露出光亮的基体，在实验时，该光亮的部分作为工作电极夹持端；
㈥连入电化学测试设备：将参比电极和辅助电极插入电解池中，倒入实验用腐蚀溶液，并将参比电极、辅助电极和锈层试样工作电极夹持端均接入电化学测试设备；
㈦获取实验数据：根据所要开展的电化学实验的具体需要进行参数设置，开始实验，并设置数据存储路径，实验后进行获取实验数据。
2.如权利要求1所述的测量带锈层材料耐腐蚀性能的电化学实验方法，其特征在于：所述步骤㈡中，在锈层材料的待测表面制作多个环状隔离的封闭区域，每个区域均进行一次独立的实验。
3.如权利要求1所述的测量带锈层材料耐腐蚀性能的电化学实验方法，其特征在于：所述参比电极为饱和甘汞电极、银/氯化银电极或硫酸铜电极。
4.如权利要求1所述的测量带锈层材料耐腐蚀性能的电化学实验方法，其特征在于：所述辅助电极为铂电极或石墨电极。
5.如权利要求1所述的测量带锈层材料耐腐蚀性能的电化学实验方法，其特征在于：所述绝缘封闭材料为石蜡、油漆或环氧树脂。
6.如权利要求1所述的测量带锈层材料耐腐蚀性能的电化学实验方法，其特征在于：所述环状隔离的区域的形状为圆形、方形或多边形。
7.用于权利要求1所述电化学实验方法的测量带锈层材料耐腐蚀性能的实验装置，包括带锈层试样（1）、电解池（5）、参比电极（7）、辅助电极(8)和电化学测试设备，其特征在于：在所述带锈层试样的待测表面设有通过绝缘封闭材料涂成的环状隔离封闭区域（3），所述环状隔离封闭区域以内部分为带锈层试样的实验暴露区（4），所述电解池（5）为两端开口的筒状结构，其底部形状与所述环状隔离封闭区域相同，所述电解池（5）放置在所述环状隔离封闭区域（3）之上并通过绝缘封闭材料将两者相接触的区域进行密封，所述电解池（5）内装有实验用腐蚀溶液（9）与所述实验暴露区（4）接触，所述带锈层试样（1）的边角打磨形成光亮的基体为工作电极夹持端(2)，所述参比电极（7）和辅助电极 (8) 插入电解池的实验用腐蚀溶液（9）中，所述参比电极（7）、辅助电极 (8)和工作电极夹持端(2)均接入电化学测试设备。
8.如权利要求7所述的测量带锈层材料耐腐蚀性能的实验装置，其特征在于：在所述带锈层试样的待测表面设有至少2个环状隔离封闭区域（3）。
9.如权利要求7所述的测量带锈层材料耐腐蚀性能的实验装置，其特征在于：所述参比电极为饱和甘汞电极、银/氯化银电极或硫酸铜电极；所述辅助电极为铂电极或石墨电极；所述绝缘封闭材料为石蜡、油漆或环氧树脂。
10.如权利要求7所述的测量带锈层材料耐腐蚀性能的实验装置，其特征在于：所述环状隔离封闭区域（3）的形状为圆形、方形或多边形。
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