CN106644917A - 一种用于模拟深海环境电化学测试的电解池装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于模拟深海环境电化学测试的电解池装置，属于金属材料腐蚀试验领域。其包括电解池主体，电解池主体至少由三层不同的金属材料制成：内耐腐蚀层、外耐压层、以及设于内腐蚀层和外耐压层之间电磁波屏蔽层；电解池顶盖上预设三个电极组件安装孔、两个气孔和一个液压加压孔，液压加压孔经连接软管与液压加压设备连接。该装置基于电化学测量用的电解池主体，同时能够实现深海环境模拟，具有操作简单、耗时短、经济，压力控制范围大、加压速度快、温度控制准确、装置结构牢固耐用等优点。采用该电解池装置获得的试验数据，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

一种用于模拟深海环境电化学测试的电解池装置

技术领域

本发明属于金属材料腐蚀试验领域，涉及一种新的深海压力环境金属材料的腐蚀试验装置，尤其是一种用于模拟深海环境电化学测试的电解池装置。

背景技术

深海资源的开发勘探、深海工程与装备的应用，已经成为我国发展海洋经济的重点。但是深海环境与浅海环境有着较大的差异，深海装备将面临着严重的腐蚀危害，只有及时掌握材料在深海的腐蚀行为，使深海工程、装备能够正确选材，从而保障我国海洋经济和深海装备的顺利发展。因此研究深海环境中材料的腐蚀行为已经成为目前材料腐蚀学科中的研究热点。

深海腐蚀研究的手段主要有深海环境挂片和室内模拟两种，由于深海现场腐蚀暴露试验获得的数据类型单一、试验周期长，因此当前深海材料腐蚀行为研究主要采用室内模拟实验，并研发了各种深海模拟方法及装置，也已取得了许多重要数据。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”，能够开展材料在模拟深海环境（低温高压工况）的腐蚀行为研究，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CN201310023547.9“一种模拟深海环境的腐蚀试验装置和试验方法”中所述的模拟深海环境的腐蚀试验装置，通过深海模拟环境中温度、压力、海水流速、pH值、盐度和溶解氧浓度的自动控制，能够测试材料在不同深海环境的腐蚀性能。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”，与发明专利CN201310023547.9相比，只能通过控制压力、温度和氧含量来模拟海洋特殊环境下的实际工况，但是该专利所述的装置可以结合电化学工作站对模拟深海条件下的试样进行电化学测量，同时计算测试材料在深海模拟环境的吸氧能力。前面所述的发明专利均能够实现：在模拟深海环境中开展腐蚀试验的过程中进行电化学测量，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，高压釜的密封操作比较费时费力，而目前研究材料深海环境腐蚀行为的主要手段是电化学测量，采用以上设备时，每次完成电化学测试所需时间，仅高压釜的开盖和起盖就占去大半时间。此外，高压釜是一般是不锈钢等金属材料，加压方式均需要泵，噪声较大，甚至会干扰到电化学测量的数据，因此需要开发一种用于模拟深海环境电化学测量的电解池装置，该装置通过控制主要深海环境因素来模拟深海环境，同时该装置体积小、操作简单、噪声小，具备电化学测试电解池的功能，使用该电解池装置对材料在深海模拟环境下进行电化学测试的效率高，数据准确、可靠。而本单位先前的发明专利CN201510942776.X“一种模拟深海环境的微型电解试验装置”能够实现模拟深海环境中材料的电化学测试，且效率高、数据准确，然而由于装置的主体采用的是石英玻璃，压力的范围仅为0~10 MPa，能够模拟的深海环境受限，而且石英玻璃耐压能力较差，其实现压力的方式虽然操作简单，然而压力上升速度较慢。因此，开发一种操作简单、加压方式快速有效，噪声小、且压力控制范围较大的专用于深海模拟环境电化学测试的电解池装置非常必要，也非常迫切。

发明内容

本发明的技术任务是针对现有技术的不足，提供一种用于模拟深海环境电化学测试的电解池装置，用于金属材料电化学测试的同时实现深海环境模拟，实现金属材料模拟深海环境中的电化学测量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种用于模拟深海环境电化学测试的电解池装置，包括电解池主体，电解池主体上配合有电解池顶盖，电解池主体与电解池顶盖的相应位置通过密封螺栓连接固定，并在电解池主体与电解池顶盖之间围成封闭的电解室，电解室内盛装有电解液；

所述电解池主体至少由三层不同的金属材料制成：内耐腐蚀层、外耐压层、以及设于内腐蚀层和外耐压层之间电磁波屏蔽层；

电解池顶盖上预设三个电极组件安装孔，工作电极组件、参比电极组件和辅助电极组件从电解池顶盖伸入电解室内并浸入电解液中，该工作电极组件、参比电极组件和辅助电极组件结构相似，并与电解池顶盖之间密封连接，电解池顶盖上另设两个气孔，分别是进气孔和出气孔，用于通氧气或氮气以调节电解液中的溶解氧的含量，电解池顶盖上还设有一个液压加压孔，液压加压孔经连接软管与液压加压设备连接。

所述工作电极组件包括绝缘衬套、电极探头、引线和填充层，绝缘衬套经设在其外侧的穿舱连接管与电解池顶盖密封连接，电极探头设在绝缘衬套内部、并以暴漏在外界的部分作为工作面，电极探头与绝缘衬套间紧密配合，引线一端与电极探头固接，另一端伸出穿舱连接管，填充层位于电极探头、引线、舱体连接装置、绝缘衬套之间的空隙中，其是由室温硫化或环氧树脂固化的方式将其密封。

具体的，所述电解池主体浸在恒温水浴槽中。

具体的，所述进气孔连接管道上、出气孔连接管道上及连接软管连接管道上分别串接有进气阀、出气阀和进液阀。

具体的，所述电解池主体的至少三层之间为无缝隙结合。

具体的，所述内耐腐蚀层高出电解池主体的顶端面，并翻出外耐压层，使电解池主体顶端边缘包覆在内腐蚀层里面。

具体的，所述内耐腐蚀层为钛或钛合金层。

具体的，所述外耐压层为耐压不锈钢层。

具体的，所述电磁波屏蔽层为铜网层。

具体的，所述电解池顶盖与电解池主体相接触部位设有凹槽，凹槽内安装密封垫圈。

具体的，所述电解池主体为圆筒状。

本发明的一种用于模拟深海环境电化学测试的电解池装置，与现有技术相比所产生的有益效果是：

本发明所述的一种用于模拟深海环境电化学测试的电解池装置，不仅是作为金属材料电化学测试的电解池，还可以同时实现深海环境的模拟，并且与先前公布的深海环境模拟试验装置相比，操作简单、耗时短、经济，与本单位先前申请的深海环境模拟微型装置相比，压力控制范围大、加压速度快、温度控制准确、装置结构牢固耐用。本发明为深海模拟环境下金属材料的电化学测试提供了一种简便快捷的电解池装置，采用该电解池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是本发明一种用于模拟深海环境电化学测试的电解池装置的结构示意图；

附图2是本发明电极装置的结构示意图；

附图3是不锈钢材料在深海模拟环境条件下的动电位极化曲线。

图中，1、内耐腐蚀层，2、电磁波屏蔽层，3、外耐压层，4、恒温水浴槽，5、密封螺栓，6、工作电极组件，7、参比电极组件，8、辅助电极组件，9、进气孔，10、出气孔，11、液压加压孔，12、电解池顶盖，13、电解池主体，14、穿舱连接管，15、填充层，16、聚四氟乙烯衬套，17、电极探头。

具体实施方式

下面结合附图1-3，对本发明的一种用于模拟深海环境电化学测试的电解池装置作以下详细说明。

如附图1所示，本发明的一种用于模拟深海环境电化学测试的电解池装置，该装置基于电化学测量用的电解池主体13，同时能够实现深海环境模拟。电解池主体13上配合有电解池顶盖12，电解池主体13与电解池顶盖12的相应位置通过密封螺栓5连接固定，并在电解池主体13与电解池顶盖12之间围成封闭的电解室，电解室内盛装有电解液。

电解池主体13为圆筒状，电解池主体13由三层不同的金属材料制成：内耐腐蚀层1、外耐压层3、以及设于内腐蚀层和外耐压层3之间电磁波屏蔽层2，电解池主体13的该三层之间为无缝隙结合。其中，内耐腐蚀层1为0.5 mm厚的钛或钛合金层，能够耐海水等多种电解质容易的腐蚀；电磁波屏蔽层2为铜网层，主要用于电磁波等噪声的屏蔽，能够保证电化学测量过程中不受任何干扰；外耐压层3为高强度的耐压不锈钢或低合金钢层，耐压50MPa，同时应使外耐压层3具备一定的导热性。

电解池顶盖12上预设三个电极组件安装孔，工作电极组件6、参比电极组件7和辅助电极组件8从电解池顶盖12伸入电解室内并浸入电解液中，该工作电极组件6、参比电极组件7和辅助电极组件8与电解池顶盖12之间密封连接，电解池顶盖12上另设两个气孔，分别是进气孔9和出气孔10，用于通氧气或氮气以调节电解液中的溶解氧的含量，电解池顶盖12上还设有一个液压加压孔11，液压加压孔11经连接软管与液压加压设备连接。所涉及的液压加压设备为本领域技术人员公知，其主要由手动液压泵和电解液槽组成，其中电解液槽中的电解液与电解室内盛装的电解液相同，本实施例所采用的液压加压设备为手动液压加压设备。

在上述结构的基础上，电解池主体13浸在恒温水浴槽3中。将水浴温度调节到与电解液相同温度，保持电解液温度恒定在所需要的值。

在上述结构的基础上，为了便于操作，进气孔9连接管道上、出气孔10连接管道上及连接软管连接管道上分别串接有进气阀、出气阀和进液阀。

在上述结构的基础上，为了保证电解池主体13三层之间的紧密结合，内耐腐蚀层1高出电解池主体13的顶端面，并翻出外耐压层3，使电解池主体13顶端边缘包覆在内腐蚀层里面。

在上述结构的基础上，为了增强电解池顶盖12与电解池主体13的密封效果，电解池顶盖12与电解池主体13相接触部位设有凹槽，凹槽内安装橡胶垫圈。

如附图2所示，所述工作电极组件6、参比电极组件7和辅助电极组件8结构相似。以工作电极组件6为例进行阐述，其包括绝缘衬套、电极探头17、铜引线和填充层15，电极探头17设在绝缘衬套内部、并以暴漏在外界的部分作为工作面，电极探头17与绝缘衬套间紧密配合，铜引线一端与电极探头17固接，另一端伸出穿舱连接管14，绝缘衬套外侧设有穿舱连接管14，填充层15位于电极探头17、铜引线、舱体连接装置、绝缘衬套之间的空隙中，其是由室温硫化或环氧树脂固化的方式将其密封。

所涉及的工作电极组件6、参比电极组件7和辅助电极组件8结构相似。以工作电极组件6为例进行阐述，其包括聚四氟乙烯衬套16、电极探头17、铜引线和填充层15，聚四氟乙烯衬套16经设在其外侧的穿舱连接管14与电解池顶盖12密封连接，电极探头17设在聚四氟乙烯衬套16内部、并以暴漏在外界的部分作为工作面，电极探头17与聚四氟乙烯衬套16间紧密配合，铜引线一端与电极探头17固接，另一端伸出穿舱连接管14，填充层15位于电极探头17、铜引线、舱体连接装置、聚四氟乙烯衬套16之间的空隙中，其是由室温硫化或环氧树脂固化的方式将其密封。该方法处理后，电极装置具有高压水密封作用。

采用本发明的电解池装置开展了某不锈钢材料在深海模拟环境条件下浸泡6小时后的动电位极化曲线。试验开始前将该不锈钢的工作电极组件6、Ag/AgCl参比电极组件7以及铂辅助电极组件8安装在电解池顶盖12上，调节好海水的盐度、pH值、温度和溶解氧，固定好电解池顶盖12并采用密封螺栓5拧紧，将三电极分别连接到电化学工作站，然后开启电解池顶盖12上的液压加压孔11，握住手动液压加压设备的手柄，同时观察装置上的压力表,当压力显示10 MPa时，停止进液，同时开始动电位极化曲线的测试。电化学测量结束后，打开液压加压孔11放出部分液体，使海水压力恢复到0 MPa，然后拧开密封螺栓5，取下电解池顶盖12，最后卸下工作电极装置6，观察不锈钢材料表面状态。该不锈钢材料在深海模拟环境条件下的动电位极化曲线如图3所示。

本发明的一种用于模拟深海环境电化学测试的电解池装置，其加工制作简单方便，按说明书附图所示加工制作即可。

除说明书所述的技术特征外，均为本专业技术人员的已知技术。

Claims (10)

1.一种用于模拟深海环境电化学测试的电解池装置，包括电解池主体，电解池主体上配合有电解池顶盖，电解池主体与电解池顶盖的相应位置通过密封螺栓连接固定，并在电解池主体与电解池顶盖之间围成封闭的电解室，电解室内盛装有电解液，其特征在于，

所述电解池主体至少由三层不同的金属材料制成：内耐腐蚀层、外耐压层、以及设于内腐蚀层和外耐压层之间电磁波屏蔽层；

电解池顶盖上预设三个电极组件安装孔，工作电极组件、参比电极组件和辅助电极组件从电解池顶盖伸入电解室内并浸入电解液中，该工作电极组件、参比电极组件和辅助电极组件结构相似，并与电解池顶盖之间密封连接，电解池顶盖上另设两个气孔，分别是进气孔和出气孔，用于通氧气或氮气以调节电解液中的溶解氧的含量，电解池顶盖上还设有一个液压加压孔，液压加压孔经连接软管与液压加压设备连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于模拟深海环境电化学测试的电解池装置，其特征在于，所述工作电极组件包括绝缘衬套、电极探头、引线和填充层，绝缘衬套经设在其外侧的穿舱连接管与电解池顶盖密封连接，电极探头设在绝缘衬套内部、并以暴漏在外界的部分作为工作面，电极探头与绝缘衬套间紧密配合，引线一端与电极探头固接，另一端伸出穿舱连接管，填充层位于电极探头、引线、舱体连接装置、绝缘衬套之间的空隙中，其是由室温硫化或环氧树脂固化的方式将其密封。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于模拟深海环境电化学测试的电解池装置，其特征在于，所述电解池主体浸在恒温水浴槽中。

4.根据权利要求1或2所述的一种用于模拟深海环境电化学测试的电解池装置，其特征在于，所述进气孔连接管道上、出气孔连接管道上及连接软管连接管道上分别串接有进气阀、出气阀和进液阀。

5.根据权利要求1或2所述的一种用于模拟深海环境电化学测试的电解池装置，其特征在于，所述电解池主体的至少三层之间为无缝隙结合。

6.根据权利要求1或2所述的一种用于模拟深海环境电化学测试的电解池装置，其特征在于，所述内耐腐蚀层高出电解池主体的顶端面，并翻出外耐压层，使电解池主体顶端边缘包覆在内腐蚀层里面。

7.根据权利要求1或2所述的一种用于模拟深海环境电化学测试的电解池装置，其特征在于，所述内耐腐蚀层为钛或钛合金层。

8.根据权利要求1或2所述的一种用于模拟深海环境电化学测试的电解池装置，其特征在于，所述外耐压层为耐压不锈钢层。

9.根据权利要求1或2所述的一种用于模拟深海环境电化学测试的电解池装置，其特征在于，所述电磁波屏蔽层为铜网层。

10.根据权利要求1或2所述的一种用于模拟深海环境电化学测试的电解池装置，其特征在于，所述电解池顶盖与电解池主体相接触部位设有凹槽，凹槽内安装密封垫圈。