CN107449727A - 一种利用腐蚀传感器连续监测野外环境腐蚀性的方法 - Google Patents

Abstract

一种利用传感器连续监测野外环境腐蚀性的方法，属于大气腐蚀监测领域。先选取一种在环境腐蚀性发生变化时能及时产生响应的金属，制备出腐蚀传感器；然后把腐蚀传感器记录的数据转换成表征环境腐蚀性的参数传输到电化学工作站，控制电化学工作站，恒定输入直流电压信号(△E)，记录回路中输出电流信号i_a；测试完成后，一段时间后再次控制电化学工作站，恒定输入直流电压信号的负值(‑△E)，记录回路中输出电流信号i_c。利用i_k＝(i_a×i_c)/(i_c‑i_a)计算出的i_k值做纵坐标，测试时间做横坐标，绘制“i_k‑时间”曲线；根据曲线可实现连续监测野外环境腐蚀性。本发明具有使用寿命长、监测数据能真实表征环境腐蚀性的特点，可对全国各地区的大气腐蚀行为进行长期监测。

Description

一种利用腐蚀传感器连续监测野外环境腐蚀性的方法

技术领域

本发明属于大气腐蚀监测领域，特别是提供了一种利用腐蚀传感器实现连续监测野外环境腐蚀性的传感方法。

背景技术

我国每年因金属材料大气腐蚀造成的经济损失达上千亿元，开展金属材料大气腐蚀数据积累和规律研究对提高其安全性和寿命，减少由此带来的经济损失具有重要意义。金属材料在不同腐蚀性的野外环境中具有不同的腐蚀特性，因此获取野外大气环境腐蚀性可为重大工程防腐选材设计提供数据支撑。

评价一种野外环境腐蚀性监测技术是否科学有效，主要有两个指标：其一是能够提供一种在环境腐蚀性发生变化时能及时产生响应的腐蚀传感器；其二是能够建立腐蚀传感器获取的响应数据和野外环境腐蚀性之间的关联。目前监测野外环境腐蚀性相对成熟的技术是基于电偶腐蚀原理，通过监测异种金属在大气薄液膜中的电偶腐蚀电流讯号强弱来反映大气环境腐蚀性。现有技术由于设计原理所限，存在两个无法克服难点：一是腐蚀传感器使用寿命短，这是因为电偶腐蚀会导致电极电位更负的金属在野外大气环境中快速发生腐蚀，一旦出现腐蚀产物在腐蚀传感器表面堆积，则极易导致短路影响测试结果，目前基于电偶腐蚀原理制造的腐蚀传感器寿命一般不会超过1年；二是监测到的数据不能科学有效解析，基于电偶腐蚀原理获取的电流值严格说是异种金属之间的电偶电流，这个电流值变化仅可以表征环境腐蚀性发生了变化，无法定量评估环境腐蚀性。发明专利CN 104749094A公布了一种大气腐蚀监测传感器的制造方法，该专利采用两种不同种类的金属丝或线并排缠绕在表面绝缘的圆柱体上，将腐蚀传感器的使用寿命提高到了5年以上，但本专利的腐蚀传感器的设计原理仍是基于电偶腐蚀原理，所以仍然存在监测到的数据不能科学有效解析，因此不能定量评估环境腐蚀性。

为解决现有技术出现的难点，本发明提供了一种适用于连续监测野外环境腐蚀性的传感技术，按照本发明制造的环境腐蚀性传感技术使用寿命大大提高，而且实现科学有效的解析监测数据以及定量评估环境腐蚀性。

发明内容

本发明的目的是提供一种能实现连续监测野外环境腐蚀性的腐蚀传感器，该腐蚀传感器具有使用寿命长、监测数据能真实表征环境腐蚀性的特点。

一种利用腐蚀传感器连续监测野外环境腐蚀性的方法，是通过以下步骤来实现的：

步骤一，提供一种在环境腐蚀性发生变化时能及时产生响应的腐蚀传感器。其实现手段为：

(1)选取能够对环境腐蚀性发生变化时产生响应的金属，包括但不限于碳钢、铜、锌和铝，优选碳钢。

(2)将选定用来制作传感器的金属，采用线切割方式加工成厚度为1-3mm、宽度10-30mm的片状试片，其中厚度优选为1mm，宽度优选为20mm。

(3)按(2)中方法制造上述片状试片10-24片，优选为16片。

(4)将(3)中制造的所有试片表面打磨抛光，除油。

(5)将(4)中制造的全部试片均分为两组，每组均用铜或银导线并联成1根导线。

(6)将(5)中制造的两组试片，交叉放置在聚四氟乙烯或其它高耐候性高分子材质的圆柱形套管中，保证任意两个试片相距1-5mm，优选2mm。

(7)采用可固化的树脂或胶，如环氧树脂，浇注到(6)中的圆柱形套管中，导线从套管的同一侧引出，待树脂或胶完全固化后对圆柱形套管的非导线引出侧进行打磨抛光。

步骤二，把腐蚀传感器记录的数据转换成表征环境腐蚀性的参数。其实现手段为：

(1)把腐蚀传感器的两根导线分别连接到市售电化学工作站的工作电极和辅助电极接头，所述电化学工作站也可以是任意具有输入指定电信号并能精确记录回路中对该输入信号响应的电信号的电化学设备。电化学工作站输入电信号可以是直流电压或交流电压信号，优选输入直流电压信号。

(2)控制电化学工作站，恒定输入10-50mV的直流电压信号△E，记录回路中输出电流信号i_a，所述直流电压信号优选为20mV。

(3)待(2)中测试完成后，等候一段时间后再次控制电化学工作站，恒定输入(2)中所述的直流电压信号的负值-△E，记录回路中输出电流信号i_c。

(4)用于表征环境腐蚀性的参数i_k可依据以下公式进行计算：

i_k＝(i_a×i_c)/(i_c-i_a)

(5)上述(2)-(4)每隔60分钟重复执行一次，将计算出的i_k值做纵坐标，测试时间做横坐标，绘制“i_k-时间”曲线。

由于i_k值代表金属试片在该环境中的腐蚀电流值，根据ISO9223标准其数值可直接用来表征环境腐蚀性，通过自动绘制“i_k-时间”曲线即可实现连续监测野外环境腐蚀性。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

本发明提供了利用传感器连续监测野外环境腐蚀性的方法，本发明制造的腐蚀传感器在使用过程中因为不可避免的腐蚀产物堆积，或环境中的灰尘颗粒沉积等原因导致测试数据发生异常漂移，则只需要用砂纸或绒布将腐蚀传感器表面重新抛光即可，因此可以长期使用，使用寿命甚至超过20年。另一方面，本发明基于经典电化学极化技术原理，采用对等电极方法直接获取金属的腐蚀电流数据，通过简单换算可获取金属失厚数据。根据ISO9223标准，金属的腐蚀失厚数据可以真实反应环境腐蚀性的变化情况。

因此，本发明与已有的大气腐蚀监测仪相比具有使用寿命长、监测数据能真实表征环境腐蚀性的特点，同时可通过本发明对全国各地区的大气腐蚀行为进行长期监测，对推动腐蚀数据的共享和长期积累有重要意义。

附图说明

图1为本发明连续监测野外环境腐蚀性的腐蚀传感器结构示意图。

[主要标记符号说明]

1-导线、2-金属试片、3-可固化的树脂或胶、4-圆柱形套管。

图2为表征环境腐蚀性的参数i_k值随时间的变化曲线。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明对已有的腐蚀传感器使用寿命短，监测数据不能真实表征环境腐蚀性的问题，提供了一种利用腐蚀传感器连续监测野外环境腐蚀性的方法。

如图1所示，该腐蚀传感器是由同种材质的金属试片(2)并联成的两组电极对构成，两组电极对中的金属试片(2)交替排列置于聚四氟乙烯或其它高耐候性高分子材质的圆柱形套管(4)内，并采用可固化的树脂或胶(3)灌注密封，将导线(1)分别连接到电化学工作站的工作电极和辅助电极，通过电化学极化技术测量其电流值并计算出表征环境腐蚀性的参数i_k值，绘制“i_k-时间”曲线即可实现连续监测野外环境腐蚀性。

实施例1

选用Q235碳钢材料，通过线切割加工方法制备16片尺寸为50mm×20mm×1mm的金属试片，采用砂纸将所有试片打磨抛光并用丙酮除油，在试片的宽度侧焊上铜线并均分两组后分别并联连接构成两组电极对，把电极对中的碳钢试片交替排列置于聚四氟乙烯材质的圆柱形套管内，并采用环氧树脂灌注密封，环氧树脂完全固化后，再次对暴露在套管一端的电极打磨抛光除油，即制造了本发明所述的腐蚀传感器。

将本发明制造的腐蚀传感器置于重量比为3.5％的NaCl溶液中，腐蚀传感器的两根导线分别连接到市售PS268A型恒电位仪的工作电极和辅助电极，首先控制恒电位仪输入20mV的直流电压信号，通过设备自动采集回路中的输出电流信号i_a，测试完毕等候15分钟后再次控制恒电位仪输入-20mV的直流电压信号，通过设备自动采集回路中的输出电流信号i_c，采集到i_a和i_c值经电脑端的简单程序根据公式“i_k＝(i_a×i_c)/(i_c-i_a)”计算出表征环境腐蚀性的参数i_k0值。将腐蚀传感器继续浸泡在NaCl溶液中24小时后取出，发现电极表面出现浮锈，用于模拟实际使用过程中因为不可避免的腐蚀产物堆积，或环境中的灰尘颗粒沉积等原因导致测试数据发生异常漂移，重新对电极表面打磨抛光除油，测试并计算表征环境腐蚀性的参数i_k1值，同理可测得i_k2、i_k3、i_k4和i_k5值，计算电流的波动值“(i_kn-i_k0)/i_k0，其中n＝1-5”，如表1所示。

表1腐蚀传感器电流值波动值随时间的变化情况

浸泡时间(小时)	24	72	96	120	360
						电流波动值(％)	4.1	3.5	4.6	3.8	4.7

从表1可以看出，只要监测到电极表面被不可避免的污染后导致测试数据发生异常漂移，则只需对电极表面重新打磨抛光除油即可，重新处理后的电极电流波动值不超过5％线性度，因此其使用寿命取决于碳钢试片的长度，粗略估算(按每年消耗2mm)本发明实施例制造的腐蚀传感器使用寿命超过20年。

实施例2

把实施例1发明制造的腐蚀传感器放置在北京大气环境中，腐蚀传感器的两根导线分别连接到市售PS268A型恒电位仪的工作电极和辅助电极。通过电脑端的简单程序实现以下自动测试：

测试1为，首先控制恒电位仪输入20mV的直流电压信号，通过设备自动采集回路中的输出电流信号i_a，测试完毕等候15分钟后再次控制恒电位仪输入-20mV的直流电压信号，通过设备自动采集回路中的输出电流信号i_c，采集到i_a和i_c值经电脑端的简单程序根据公式“i_k＝(i_a×i_c)/(i_c-i_a)”计算出表征环境腐蚀性的参数i_k值。

测试2为，当测试1完成以后每隔60钟重复一次测试1的过程，并通过电脑端的简单程序自动绘制“i_k-时间”曲线，如图2所示。

图2结果表明北京大气环境腐蚀性分级属于ISO9223标准中的C3级，这与国家材料环境腐蚀平台的分级分类结果是一致的。

以上实施方式对本发明进行了说明，但本发明不限于上述具体实施例，凡基于本发明所作的任何改进均属本发明权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种利用腐蚀传感器连续监测野外环境腐蚀性的方法，其特征在于监测步骤如下：

步骤一，提供一种在环境腐蚀性发生变化时能及时产生响应的腐蚀传感器，传感器的制备步骤为：

(1)选取能够对环境腐蚀性发生变化时产生响应的金属，包括碳钢、铜、锌和铝；

(2)将选定用来制作传感器的金属，采用线切割方式加工成厚度为1-3mm、宽度10-30mm的片状试片；

(3)按(2)中方法制造上述片状试片10-24片；

(4)将(3)中制造的所有试片表面打磨抛光，除油；

(5)将(4)中制造的全部试片均分为两组，每组均用铜或银导线并联成1根导线；

(6)将(5)中制造的两组试片，交叉放置在聚四氟乙烯或其它高耐候性高分子材质的圆柱形套管中，保证任意两个试片相距1-5mm；

(7)采用可固化的树脂或胶，浇注到(6)中的圆柱形套管中，导线从套管的同一侧引出，待树脂或胶完全固化后对圆柱形套管的非导线引出侧进行打磨抛光；

步骤二，把腐蚀传感器记录的数据转换成表征环境腐蚀性的参数，实现步骤为：

(1)把腐蚀传感器的两根导线分别连接到市售电化学工作站的工作电极和辅助电极接头，所述电化学工作站或者是任意具有输入指定电信号并能精确记录回路中对该输入信号响应的电信号的电化学设备；电化学工作站输入电信号为直流电压信号；

(2)控制电化学工作站，恒定输入10-50mV的直流电压信号△E，记录回路中输出电流信号i_a；

(3)待(2)中测试完成后，等候一段时间后再次控制电化学工作站，恒定输入(2)中所述的直流电压信号的负值-△E，记录回路中输出电流信号i_c。

(4)用于表征环境腐蚀性的参数i_k依据以下公式进行计算：

i_k＝(i_a×i_c)/(i_c-i_a)

(5)上述步骤(2)-(4)每隔60分钟重复执行一次，将计算出的i_k值做纵坐标，测试时间做横坐标，绘制“i_k-时间”曲线；

由于i_k值代表金属试片在该环境中的腐蚀电流值，根据ISO9223标准其数值能直接用来表征环境腐蚀性，通过自动绘制“i_k-时间”曲线即可实现连续监测野外环境腐蚀性。

2.如权利要求1所述利用腐蚀传感器连续监测野外环境腐蚀性的方法，其特征在于传感器的制备步骤(1)中所述的金属为碳钢。

3.如权利要求1所述利用腐蚀传感器连续监测野外环境腐蚀性的方法，其特征在于传感器的制备步骤(2)中所述的片状试片的厚度为1mm，宽度为20mm。

4.如权利要求1所述利用腐蚀传感器连续监测野外环境腐蚀性的方法，其特征在于传感器的制备步骤(3)中所述的片状试片片数为16片。

5.如权利要求1所述利用腐蚀传感器连续监测野外环境腐蚀性的方法，其特征在于传感器的制备步骤(6)中所述的任意两个试片相距为2mm。

6.如权利要求1所述利用腐蚀传感器连续监测野外环境腐蚀性的方法，其特征在于传感器的制备步骤(6)中所述的树脂为环氧树脂。

7.如权利要求1所述利用腐蚀传感器连续监测野外环境腐蚀性的方法，其特征在于所述的电化学工作站输入直流电压信号为20mV。