CN107478528A - 一种可用于腐蚀磨损的测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可用于腐蚀磨损的测试方法，步骤如下：采用测定惰性电极的局部阴极反应极化曲线和腐蚀电极的自腐蚀电位E_corr相结合的方法求得金属腐蚀电流i_k；求取金属腐蚀电流密度i_corr；根据法拉第定律换算出腐蚀失重率W_corr。本发明针对存在磨损、腐蚀工况的动态腐蚀磨损寿命测试，当切削犁沟和冲击腐蚀磨损环境导致的表面脆性剥落是有腐蚀介质的耐磨件失效的主要原因时，提出了一种模拟腐蚀磨损服役工况的试验方法，解决并测定了金属材料在腐蚀介质中腐蚀磨损总失重中的测量，该方法可用于动态腐蚀磨损中电化学腐蚀磨损的测量，有效说明磨损过程中的腐蚀定量研究。

Description

一种可用于腐蚀磨损的测试方法

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，特别是在腐蚀介质中的动态磨损的腐蚀量测试，具体涉及一种可用于腐蚀磨损的测试方法。

背景技术

目前常用的测定腐蚀速率的电化学技术有三种：线性极化法、Tafal直线外推法和弱极化区拟合法。这些技术都是通过测定极化曲线并对曲线进行分析而获得的。极化曲线的测定对测试条件要求苛刻，对测试仪器的灵敏度和稳定性要求也高。

静态下极化曲线的测定比较方便且易实现稳态条件，动态下，特别是研究电极受到磨损和冲击载荷时，要精确地测定极化曲线是比较困难的，因为动态条件下，伴随磨损的腐蚀测量是个动态过程，明显采用上述方法是不准确的。

测定动载腐蚀磨损工况下的极化曲线，在极化电位较小时(在自腐蚀电位附近)，所测得的电流值波动大，难以界定微极化区、弱极化区和强极化区。主要原因有两个方面：1.在自腐蚀电位附近极化电流很小，一般小于0.01mA，测定微小的极化电流值，信噪比低的测试系统，抗干扰性能差。2.冲击腐蚀磨损条件下难以实现稳态，一方面，电极表面受到上试样的冲击和浆料的磨损，其电化学的状态一直在变化；另一方面，转动的电极和浆料的搅拌使腐蚀介质难于达到稳态；电极表面电化学状态和腐蚀介质状态的微小变化将使所测得的极化电流值出现较大的波动。

但是，在测定冲击腐蚀磨损工况下的极化曲线的过程中，当极化电位较大时(远离了自腐蚀电位)，所测得的极化电流值很稳定。究其原因，此时的极化电流值较大，电极表面电化学状态和腐蚀介质状态的微小变化不会使所测得的极化电流值出现较大的波动，即信噪比大，噪声的干扰相对较低。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种可用于腐蚀磨损的测试方法。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种可用于腐蚀磨损的测试方法，所述测试方法包括下列步骤：

采用测定惰性电极的局部阴极反应极化曲线和腐蚀电极的自腐蚀电位E_corr相结合的方法求得金属腐蚀电流i_k，单位为μA；

通过公式：i_corr＝i_k/S求取金属腐蚀电流密度i_corr，单位为μA/cm²，式中S为电极暴露在腐蚀介质中的面积，单位为cm²；

根据法拉第定律换算出腐蚀失重率W_corr，单位为g/m²·h，公式如下：

式中M为金属克原子量，单位为g，n为原子价，F为法拉第常数，取值26.8，单位为A·h。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

1)本发明针对冲击腐蚀磨损试验的特点，提出一种方便且较可靠测定腐蚀分量的新方法——局部阴极反应极化曲线与电位--时间曲线结合法，解决并测定了金属材料在腐蚀介质中腐蚀磨损总失重中的测量，该方法可用于动态腐蚀磨损中电化学腐蚀磨损的测量，有效说明磨损过程中的腐蚀定量研究。

2)本发明解决了腐蚀测试方法对机器精度要求高，只能静态测量的技术问题，可以动态测量腐蚀，并且其实验结果与同等条件下的静态浸泡腐蚀实验结果相当，对腐蚀磨损中腐蚀失重的测量提出了新的思路。

附图说明

图1是三个电极反应的E-I曲线合成一条总的E-I曲线的示意图；

图2是表观极化曲线由局部阳极反应极化曲线和局部阴极反应极化曲线叠加而成的示意图；

图3是常温下中铬钢在1mol/L HCl水溶液中铂电极阴极极化曲线图；

图4是本发明中公开的一种可用于腐蚀磨损的测试方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

由于测定腐蚀电极在除氧介质中的局部阳极反应极化曲线的过程比较复杂，而测定惰性电极的局部阴极反应极化曲线的过程比较简单。因此，本实施例采用测定惰性电极的局部阴极反应极化曲线和腐蚀电极的自腐蚀电位Ecorr相结合的方法来求得腐蚀电流密度ik，解决了腐蚀测试方法对机器精度要求高，只能静态测量的状态。

传统的三种电化学测定腐蚀速率的技术：线性极化法、Tafal直线外推法或弱极化区拟合法，是通过测定极化曲线并对曲线中自腐蚀电位附近数值进行分析而获得的。对于本实施例，自腐蚀电位附近的信噪比低，测试系统的抗干扰性能差，难以精确地测定材料冲击腐蚀磨损的腐蚀分量。本实施例解决此问题的思路是：不测腐蚀电极的极化曲线，测定数值较大的自腐蚀电位和局部阴极反应极化曲线，然后根据腐蚀电化学理论—金属电极的表观极化曲线由局部阴极反应极化曲线和局部阳极反应极化曲线合成—求取腐蚀电流。因此，本实施例提出一种方便且较精确的测定方法—局部阴极反应极化曲线与电位--时间曲线结合法。

(1)局部阴极反应极化曲线与电位--时间曲线结合法的理论基础对于一个确定的腐蚀体系，整个电极的外测电流密度I是电极上进行的各个电极反应的电流密度的代数和。

整个电极的外测电流密度I与电极电位E之间的关系为：

I＝f(E)

各个电极反应的电流密度I_n与电极电位E之间的关系为：

I₁＝f₁(E) I₂＝f₂(E) I₃＝f₃(E) …… I_n＝f_n(E)

则：I＝f₁(E)+f₂(E)+f₃(E)+…＝f(E)

上式表明实测的极化曲线(即表观极化曲线M)是由各个电极反应的极化曲线(局部反应极化曲线)叠加而成的，如图1所示。图中E_M、E_e1、E_e2和E_e3分别是整个电极反应和各个电极反应的平衡电位。

(2)由图2可知，表观极化曲线是由局部阳极反应极化曲线和局部阴极反应极化曲线叠加而成。

由于测定腐蚀电极在除氧介质中的局部阳极反应极化曲线的过程比较复杂，而测定惰性电极的局部阴极反应极化曲线的过程比较简单。因此，本实施例首先采用测定惰性电极的局部阴极反应极化曲线和腐蚀电极的自腐蚀电位E_corr相结合的方法来求得金属腐蚀电流i_k。

求得金属腐蚀电流i_k(单位：μA)，就可根据法拉第定律换算出腐蚀失重率W_corr(单位：g/m²·h)将金属腐蚀电流i_k代入：

i_corr＝i_k/S

公式中i_corr为金属腐蚀电流密度(单位：μA/cm²)，M为金属克原子量(单位：g)；n为原子价；F为法拉第常数，F＝26.8(单位：A·h)；S为电极暴露在腐蚀介质中的面积(单位：cm²)。

实施例二

表1为常温下中铬钢在1molHCl/L水溶液静态浸泡腐蚀失重。浸泡腐蚀为24小时。

表1.常温下中铬钢在1molHCl/L水溶液静态浸泡腐蚀失重

纯冲击磨损失重率用公式(1)计算。

其中：ΔE为材料的纯冲击磨损失重(单位：g)，

m为试样的外圆柱面面积(单位：m²)，

t为试验时间h(小时)。

如果求得金属腐蚀电流i_k(单位：μA)，就可根据法拉第定律换算出腐蚀失重率W_corr(单位：g/m²·h)，公式如下：

i_corr＝i_k/s (3)

其中：i_corr为金属腐蚀电流密度(单位：μA/cm²)，

M为金属克原子量(单位：g)；

n为原子价；

F法拉第常数，F＝26.8(单位：A·h)；

S为电极暴露在腐蚀介质中的面积(单位：cm²)。

将表1中的平均失重代入公式(1)可求得常温下中铬钢在1molHCl/L水溶液。静态浸泡腐蚀速率为：W_浸泡＝9.20g/m²h(浸泡腐蚀时间t＝24小时、腐蚀面积m＝9.89cm²)。常温下中铬钢在1molHCl/L水溶液静态浸泡腐蚀时的稳定后的电极电位为E_电极＝405mV。这一电位在图3中对应的腐蚀电流密度为i_k＝1.95mA/cm²。将i_k＝1.95mA/cm²代入公式(2)，可得采用“局部阴极反应极化曲线与电位--时间曲线结合法”测定的，常温下中铬钢在1molHCl/L水溶液静态腐蚀速率为：W_电化学＝9.97g/m²h。如图3，比较W_浸泡和W_电化学的误差为7.69％，这一误差在腐蚀研究的领域中是可以接受的。

因此，本实施例采用“局部阴极反应极化曲线与电位--时间曲线结合法”测定腐蚀失重率W_corr的方法是可行的。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种可用于腐蚀磨损的测试方法，其特征在于，所述测试方法包括下列步骤：

采用测定惰性电极的局部阴极反应极化曲线和腐蚀电极的自腐蚀电位E_corr相结合的方法求得金属腐蚀电流i_k，单位为μA；

通过公式：i_corr＝i_k/S求取金属腐蚀电流密度i_corr，单位为μA/cm²，式中S为电极暴露在腐蚀介质中的面积，单位为cm²；

根据法拉第定律换算出腐蚀失重率W_corr，单位为g/m²·h，公式如下：

<mrow> <msub> <mi>W</mi> <mrow> <mi>c</mi> <mi>o</mi> <mi>r</mi> <mi>r</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mi>M</mi> <mrow> <mi>n</mi> <mi>F</mi> </mrow> </mfrac> <msub> <mi>i</mi> <mrow> <mi>c</mi> <mi>o</mi> <mi>r</mi> <mi>r</mi> </mrow> </msub> </mrow>

式中M为金属克原子量，单位为g，n为原子价，F为法拉第常数，取值26.8，单位为A·h。