CN105987943B - 一种基于预埋微电极的深海用有机涂层性能原位检测装置 - Google Patents
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Abstract
一种基于预埋微电极的深海用有机涂层性能原位检测装置，所述的性能原位检测装置包括微电极、有机涂层/金属基体体系、原位测量用电解池及便携式电化学工作站；微电极预先植入有机涂层/金属基体体系中的涂层内部，原位测量用电解池紧压在涂层表面并通过密封橡胶圈实现密封，金属基体、微电极及外置电极通过各自引线分别与便携式电化学工作站对应电极接口相连接。本发明的优点：微电极的植入解决了厚膜化的涂层无法有效进行原位性能检测的问题；不会对涂层的防护性能产生明显影响；保证了电化学测试结果的准确性；对微电极引线接头部位进行特殊固定和保护，使其不易受到深海高压或其他外界环境的破坏。
Description
技术领域
本发明涉及深海环境下有机防护涂层领域中的涂层性能的检测装置，特别涉及了一种基于预埋微电极的深海用有机涂层性能原位检测装置。
背景技术
有机防护涂层是深海环境下金属防护的重要手段之一。对涂层防护性能的监检测在涂层寿命预测、涂层检修和安全防护方面具有非常重要的意义。传统的有机涂层实验室评价方法主要通过测量涂层的表观性能参数来对涂层失效进行评估，其评价结果往往滞后于涂层真实的失效历程，或者与现场观察结果不符。
因此，基于电化学测量的原位、实时涂层监检测是评价涂层防护状态最好的方法。然而，深海环境下所用重防腐涂料具有厚膜化特征，其干膜厚度往往在200到300μm以上，目前的电化学测量装置无法获得有效的测量结果。为此，在基于预埋微电极技术的条件下，实现有机涂层原位的电化学测试，将为现场涂层防护性能监检测提供便利的手段。
发明内容
本发明的目的是为了解决厚膜涂层或多涂层体系的性能原位监检测问题，特提供了一种基于预埋微电极的深海用有机涂层性能原位检测装置。
本发明提供了一种基于预埋微电极的深海用有机涂层性能原位检测装置，其特征在于，所述的性能原位检测装置包括微电极、有机涂层/金属基体体系、原位测量用电解池及便携式电化学工作站；
微电极预先植入有机涂层/金属基体体系中的涂层内部，原位测量用电解池紧压在涂层表面并通过密封橡胶圈实现密封，金属基体、微电极及外置电极通过各自引线分别与便携式电化学工作站对应电极接口相连接。
所述微电极包括：圆环状传感器、引线接头、电极引线和封装用环氧树脂。
所述圆环状传感器及引线接头呈丝状，其材料为金、铂等电极电位较稳定的金属；传感器金属丝的直径为10μm，引线接头的直径为500μm；
圆环状传感器与引线接头的一端相连接，位于涂层内部；引线接头的另一端与电极引线相连接，延伸至涂层外，其连接处采用环氧树脂封装，保护接口并与外界环境电绝缘。
所述有机涂层分两层，第一层涂覆在基体金属表面并完全固化，微电极植入其中，第二层涂层位于之上。
所述电解池的池壁底部嵌有密封用橡胶圈，电解池上盖有开口，方便填充溶液及固定外置电极。
在现场对预装有微电极的涂层体系进行电化学阻抗测试。通过与电化学工作站不同的连接方式能够测量部分厚度涂层或多涂层体系中不同涂层的性能，实现涂层电化学检测的现场应用。所述的电化学阻抗测试如下：
(1)涂层内层：微电极引线连接电化学工作站参比电极接口，基体金属引线连接电化学工作站工作电极接口，外置铂电极连接电化学工作站对电极接口；
(2)涂层外层：微电极引线连接电化学工作站参比电极接口，基体金属引线连接电化学工作站对电极接口，外置铂电极连接电化学工作站工作电极接口；
(3)整个涂层：基体金属引线连接电化学工作站工作电极接口，外置铂电极连接电化学工作站对电极接口，外置Ag/AgCl电极连接电化学工作站参比电极接口。
获得数据后，通过涂层低频阻抗模值|Z|0.1Hz及涂层高频电容值Cc，可快速定量评价涂层的服役状态，实现涂层防护性能的快速评价。
本发明的优点：
本发明所述的基于预埋微电极的深海用有机涂层性能原位检测装置，在深海用重防腐涂料的干膜厚度往往达300μm或者更厚的厚度，微电极的植入解决了厚膜化的涂层无法有效进行原位性能检测的问题；微电极的设计尺寸极其微小，其植入对涂层结构影响可忽略不计，不会对涂层的防护性能产生明显影响；圆环状的传感器设计方案使系统电力线分布均匀，保证了电化学测试结果的准确性；对微电极引线接头部位进行特殊固定和保护，使其不易受到深海高压或其他外界环境的破坏。
附图说明
下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1为深海环境用有机涂层的性能原位检测的装置结构示意图；
图2为预埋有微电极的涂层/金属体系的立体结构示意图；
图3为预埋有微电极的涂层/金属体系的俯视平面结构示意图；
图中，1为圆环状传感器、2为引线接头、3为微电极引线、4为封装环氧树脂、5为金属基体、6为基体引线、7为内层涂层、8为外层涂层、9为外置铂电极、10为外置Ag/AgCl电极、11为原位测量用电解池、12为便携式电化学工作站、13为工作电极接口、14为参比电极接口、15为对电极接口。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供了一种基于预埋微电极的深海用有机涂层性能原位检测装置，其特征在于，所述的性能原位检测装置包括微电极、有机涂层/金属基体体系、原位测量用电解池及便携式电化学工作站；
微电极预先植入有机涂层/金属基体体系中的涂层内部，原位测量用电解池紧压在涂层表面并通过密封橡胶圈实现密封，金属基体、微电极及外置电极通过各自引线分别与便携式电化学工作站对应电极接口相连接。
所述微电极包括：圆环状传感器、引线接头、电极引线和封装用环氧树脂。
所述圆环状传感器及引线接头呈丝状，其材料为金、铂等电极电位较稳定的金属；传感器金属丝的直径为10μm，引线接头的直径为500μm；
圆环状传感器与引线接头的一端相连接，位于涂层内部；引线接头的另一端与电极引线相连接，延伸至涂层外，其连接处采用环氧树脂封装，保护接口并与外界环境电绝缘。
所述有机涂层分两层，第一层涂覆在基体金属表面并完全固化，微电极植入其中，第二层涂层位于之上。
所述电解池的池壁底部嵌有密封用橡胶圈，电解池上盖有开口，方便填充溶液及固定外置电极。
在现场对预装有微电极的涂层体系进行电化学阻抗测试。通过与电化学工作站不同的连接方式能够测量部分厚度涂层或多涂层体系中不同涂层的性能，实现涂层电化学检测的现场应用。所述的电化学阻抗测试如下：
(1)涂层内层：微电极引线连接电化学工作站参比电极接口，基体金属引线连接电化学工作站工作电极接口，外置铂电极连接电化学工作站对电极接口；
(2)涂层外层：微电极引线连接电化学工作站参比电极接口，基体金属引线连接电化学工作站对电极接口，外置铂电极连接电化学工作站工作电极接口；
(3)整个涂层：基体金属引线连接电化学工作站工作电极接口，外置铂电极连接电化学工作站对电极接口，外置Ag/AgCl电极连接电化学工作站参比电极接口。
获得数据后，通过涂层低频阻抗模值|Z|0.1Hz及涂层高频电容值Cc，可快速定量评价涂层的服役状态，实现涂层防护性能的快速评价。
表1为环氧清漆涂层各层在不同服役时间的低频阻抗模值|Z|0.1Hz结果，定量表征了涂层各层防护性能的变化。经过24小时后，涂层外层与内层阻抗模值差别不大，这是由于溶液刚刚渗透进外层不久，并未造成外层涂层模值明显的下降；经过72小时后，溶液逐渐由外层渗入，外层模值下降明显，表明其防护性能在逐渐降低；与此同时，内层模值仍保持较高数值，表明溶液此时还未完全渗入内层；144小时后，内、外层涂层防护性能均显著降低，但内层模值降幅仍小于外层涂层。在整个测试过程中，整体涂层模值变化与内、外层结果加和有很好的一致性，印证了此装置测量结果的准确性。
表1环氧清漆涂层各层在不同服役时间的低频阻抗模值|Z|0.1Hz结果
Claims (3)
1.一种基于预埋微电极的深海用有机涂层性能原位检测装置，其特征在于，所述的性能原位检测装置包括微电极、有机涂层/金属基体体系、原位测量用电解池及便携式电化学工作站；
微电极预先植入有机涂层/金属基体体系中的涂层内部，原位测量用电解池紧压在涂层表面并通过密封橡胶圈实现密封，金属基体、微电极及外置电极通过各自引线分别与便携式电化学工作站对应电极接口相连接；所述微电极包括：圆环状传感器、引线接头、电极引线和封装用环氧树脂。
2.根据权利要求1所述的基于预埋微电极的深海用有机涂层性能原位检测装置，其特征在于：所述圆环状传感器及引线接头呈丝状，其材料为金、铂电极电位较稳定的金属；传感器金属丝的直径为10μm，引线接头的直径为500μm；
圆环状传感器与引线接头的一端相连接，位于涂层内部；引线接头的另一端与电极引线相连接，延伸至涂层外，其连接处采用环氧树脂封装，保护接口并与外界环境电绝缘；所述有机涂层分两层，第一层涂覆在基体金属表面并完全固化，微电极植入其中，第二层涂层位于之上。
3.根据权利要求1所述的基于预埋微电极的深海用有机涂层性能原位检测装置，其特征在于：所述电解池的池壁底部嵌有密封用橡胶圈，电解池上盖有开口。
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