CN107677593B - 保温层下腐蚀试验装置及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种温层下腐蚀试验装置及试验方法，所述温层下腐蚀试验装置包括箱体，所述箱体的内部形成有密封腔室，所述箱体的腔室包括可充满浸出液的浸液腔室，可装满浸水保温层材料的第一填充腔室，可装满干燥保温层材料的第二填充腔室，以及第一安装腔室；其中，所述浸液腔室与所述第一填充腔室连通，所述第一填充腔室位于所述第二填充腔室与所述浸液腔室之间，以将所述第二填充腔室及所述浸液腔室隔离，所述第二填充腔室位于所述第一填充腔室及所述第一安装腔室之间，以将所述第一填充腔室及所述第一安装腔室隔离，所述第一安装腔室的内部安装有工作电极。本发明能够为预防保温层下腐蚀的发生提供准确依据。

Description

保温层下腐蚀试验装置及试验方法

技术领域

本发明属于保温层下防腐蚀技术领域，尤其涉及一种保温层下腐蚀试验装置及试验方法。

背景技术

保温层下腐蚀(CUI)是指在施加了保温层材料的管道和设备，由于水分和腐蚀性介质的进入而引发的一种腐蚀现象。CUI的一个重要特点是外加的保温层会造成一个高温高湿的环境，从而导致腐蚀的加剧，且CUI最严重之处在于无法及时发现，而当被发现时，通常已经是腐蚀很严重的时候，甚至已经发生安全事故。

然而，目前关于均匀(管线成分均匀、组织均匀)结构和非均匀结构(一般指焊缝接头处或多种金属材料组成的结构)的保温层下腐蚀的问题缺乏专门的试验装置，以为预防金属材料保温层下腐蚀的发生提供准确的依据，进而对压力容器和管道等装置、设施和构件的服役安全构成巨大威胁。

发明内容

本发明针对上述技术问题，提出一种能够为预防保温层下腐蚀的发生提供准确依据的保温层下腐蚀试验装置，以及应用该保温层下腐蚀试验装置的试验方法。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种保温层下腐蚀试验装置，包括箱体，所述箱体的内部形成有密封腔室，所述箱体的腔室包括可充满浸出液的浸液腔室，可装满浸水保温层材料的第一填充腔室，可装满干燥保温层材料的第二填充腔室，以及第一安装腔室；其中，所述浸液腔室与所述第一填充腔室连通，所述第一填充腔室位于所述第二填充腔室与所述浸液腔室之间，以将所述第二填充腔室及所述浸液腔室隔离，所述第二填充腔室位于所述第一填充腔室及所述第一安装腔室之间，以将所述第一填充腔室及所述第一安装腔室隔离，所述第一安装腔室的内部安装有工作电极。

作为优选，所述浸液腔室连通有进气口及排气口，所述进气口用于与所述箱体外的气源密封连通，以向所述浸液腔室输入氮气，所述排气口用于将从所述进气口中输入的氮气以及所述浸液腔室内的氧气排出至所述箱体的外部。

作为优选，所述箱体的腔室还包括保温腔室，所述保温腔室与所述浸液腔室之间相互隔离，所述保温腔室位于所述浸液腔室的外部，以对所述浸液腔室进行保温，所述保温腔室的侧壁开设有保温介质入口及保温介质出口，所述保温介质入口用于与所述箱体外的保温介质源密封连通，以向所述保温腔室的内部输入保温介质，所述保温介质出口用于将所述保温腔室内的保温介质排出。

作为优选，所述箱体的腔室还包括可容纳辅助电极的第二安装腔室，所述第二安装腔室位于所述浸液腔室与所述第一填充腔室之间，所述浸液腔室顺次连通所述第二安装腔室及所述第一填充腔室。

作为优选，还包括辅助电极及参比电极，所述辅助电极固定设置于所述第二安装腔室的内部，所述参比电极固定设置于所述浸液腔室的内部。

一种保温层下腐蚀试验方法，应用如上所述的保温层下腐蚀试验装置，以及经典电化学综合测试系统，包括以下步骤：

试验装置搭建的步骤，将所述工作电极安装于所述第一安装腔室的内部，将所述辅助电极安装于所述第二安装腔室的内部，将所述参比电极固定安装于所述浸液腔室的内部，向所述浸液腔室的内部添加浸出液，并保证浸出液充满整个所述浸液腔室，向所述第一填充腔室的内部填充浸水保温层材料，向所述第二填充腔室的内部填充干燥保温层材料；

将所述工作电极、所述参比电极与所述辅助电极通过导线与电化学工作站的相应接口相连接；

检查各电极的导通性以及装置的密封性，若电极导通性与装置连通性良好，则对工作电极进行预极化，否则测试结束；

检测工作电极的开路电位，直至开路电位稳定；

利用测得的开路电位，进行交流阻抗测试：设定交流正弦波激励信号的扫描范围为100000～0.01Hz，幅值5～10mV，每倍频测试5～10个点，保存测试数据；

再次监测开路电位，直至开路电位稳定；

进行极化曲线测试：设定极化电位扫描范围为相对于开路电位±(50～250)mV，电位扫描速率为0.1～1mV/s，保存测试数据；

测试结束。

一种保温层下腐蚀试验方法，应用如上所述的保温层下腐蚀试验装置，以及微电极阵列测试系统，包括以下步骤：

试验装置搭建的步骤，将所述工作电极安装于所述第一安装腔室的内部，将所述辅助电极安装于所述第二安装腔室的内部，将所述参比电极固定安装于所述浸液腔室的内部，向所述浸液腔室的内部添加浸出液，并保证浸出液充满整个所述浸液腔室，向所述第一填充腔室的内部填充浸水保温层材料，向所述第二填充腔室的内部填充干燥保温层材料；

微电极阵列测试的步骤，利用微电极阵列测试系统的高速矩阵转换开关将阵列电极全部耦合后，通过高速矩阵转换开关对阵列电极逐一进行电偶电位和电偶电流的扫描，获取微电极阵列的电偶腐蚀状态和局部腐蚀电流密度。

作为优选，所述微电极阵列测试的步骤还包括：打开微电极阵列测试系统软件，利用高速矩阵转换开关将阵列电极全部耦合后，定期对阵列电极逐一进行电偶电位和电偶电流的扫描。

一种保温层下腐蚀试验方法，应用如上所述的保温层下腐蚀试验装置，经典电化学综合测试系统，以及微电极阵列测试系统，包括以下步骤：

试验装置搭建的步骤，将所述工作电极安装于所述第一安装腔室的内部，将所述辅助电极安装于所述第二安装腔室的内部，将所述参比电极固定安装于所述浸液腔室的内部，向所述浸液腔室的内部添加浸出液，并保证浸出液充满整个所述浸液腔室，向所述第一填充腔室的内部填充浸水保温层材料，向所述第二填充腔室的内部填充干燥保温层材料；

利用微电极阵列测试系统的高速矩阵转换开关将阵列电极中的一个组成部分耦合在一起作为工作电极，与经典电化学综合测试系统的工作电极接线端连接，经典电化学综合测试系统的参比电极接线端连接参比电极，经典电化学综合测试系统的辅助电极接线端连接辅助电极，将工作电极、参比电极和辅助电极放置在电解池的电解质溶液中，进行阵列电极的开路电位、线性极化电阻、电化学阻抗谱和动电位极化曲线测试，并获取非均匀结构的局部阳极区或局部阴极区内的电化学性质参数；

将预先选定的局部区域内的微电极利用微电极阵列测试系统的高速矩阵转换开关进行切换，高速矩阵转换开关的输出端与经典电化学综合测试系统的工作电极接线端连接，经典电化学综合测试系统的参比电极接线端连接参比电极，经典电化学综合测试系统的辅助电极接线端连接辅助电极，将工作电极、参比电极和辅助电极放置在电解池的电解质溶液中，进行阵列电极的电化学阻抗谱测试，获取非均匀结构的局部阳极区或局部阴极区内的电化学阻抗及其随时间的变化。

作为优选，还包括以下步骤：开启经典电化学综合测试系统中的电化学工作站，待开路电位稳定后，进行电化学阻抗谱测试，扫描频率范围为100kHz-0.01Hz，扰动信号为幅值10mV以内的正弦波。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

1、本发明保温层下腐蚀试验装置通将所述箱体设置为具有所述浸液腔室、所述第一填充腔室及所述第二填充腔室，并且使整个所述箱体的腔室密封，能够将浸出液、浸水保温层材料及干燥保温层材料填充于所述箱体的相应腔室内，从而能够完整且准确地还原金属材料在保温层下的腐蚀环境，进而能够准确获得金属材料在保温层下发生腐蚀过程中的规律，更进而为预防金属材料保温层下腐蚀的发生提供准确的依据。

2、本发明保温层下腐蚀试验方法通过将保温层下腐蚀试验装置与经典电化学综合测试系统的电化学工作站相连接，以获取金属材料在保温层浸出液中的整体腐蚀电化学信息或描述电偶腐蚀的电化学信息，继而通过分析获取到的该均匀结构腐蚀过程的自腐蚀电位、自腐蚀电流密度、极化性质及电化学阻抗谱等整体平均信息，反映其腐蚀及其电化学过程，进而能够准确获得均匀金属材料在保温层下发生腐蚀过程中的规律，更进而为预防金属材料保温层下腐蚀的发生提供准确的依据。

3、本发明保温层下腐蚀试验方法采用微电极阵列精确模拟一个大面积的非均匀结构及其各组成区域，利用微电极阵列测试系统进行测试，继而获取非均匀结构的电偶腐蚀状态和局部腐蚀电流密度，进而能够准确获得非均匀金属材料在保温层下发生局部腐蚀过程中的规律，更进而为预防金属材料保温层下腐蚀的发生提供准确的依据。

4、本发明保温层下腐蚀试验方法利用微电极阵列作为桥梁和纽带，将两个个测试系统耦合起来联用，能够进行经典电化学、微电极阵列两种测试，获取自腐蚀电位、自腐蚀电流密度、极化性质及电化学阻抗谱等电化学性质的宏观平均信息，同时又可以获取具有一定统计特征的电偶电位及电偶电流等电化学性质的局部分布信息，进而能够准确获得非均匀金属材料在保温层下发生腐蚀过程中的规律，更进而为预防金属材料保温层下腐蚀的发生提供准确的依据。

附图说明

图1为本发明保温层下腐蚀试验装置实施例的结构示意图；

图2为本发明密封盖板的结构示意图；

图3为全耦合时高速矩阵转换开关与微电极阵列的连接状态图；

图4为对第i个阵列电极的电偶电流测试时高速矩阵转换开关与微电极阵列的连接状态图；

图5为对第i个阵列电极的电偶电位测试时高速矩阵转换开关与微电极阵列的连接状态图；

图6为恢复至全耦合状态时高速矩阵转换开关与微电极阵列的连接状态图；

图7为微电极阵列测试系统与经典电化学综合测试系统联用时的线路连接状态图；

图8为经典电化学综合测试系统接线图；

以上各图中：1、箱体；2、浸液腔室；3、第一填充腔室；4、第二填充腔室；5、第一安装腔室；6、工作电极；7、进气口；8、排气口；9、保温腔室；10、保温介质入口；11、保温介质出口；12、第二安装腔室；13、密封盖板；14、进气管；15、排气管；16、入水管；17、出水管；18、第一挡板；19、第二挡板；20、固定通孔；21、走线孔。

具体实施方式

下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图1所示的位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

参见图1，一种保温层下腐蚀试验装置，包括箱体1，所述箱体1的内部形成有可与所述箱体1外部隔绝的密封腔室，所述箱体1的腔室包括可充满浸出液的浸液腔室2，可装满浸水保温层材料的第一填充腔室3，可装满干燥保温层材料的第二填充腔室4，以及第一安装腔室5；所述浸液腔室2与所述第一填充腔室3连通，所述第一填充腔室3位于所述第二填充腔室4与所述浸液腔室2之间，以将所述第二填充腔室4及所述浸液腔室2隔离，所述第二填充腔室4位于所述第一填充腔室3及所述第一安装腔室5之间，以将所述第一填充腔室3及所述第一安装腔室5隔离，所述第一安装腔室5的内部安装有工作电极6。

基于上述，本发明保温层下腐蚀试验装置通将所述箱体1设置为具有所述浸液腔室2、所述第一填充腔室3及所述第二填充腔室4，并且使整个所述箱体1的腔室密封，能够将浸出液、浸水保温层材料及干燥保温层材料填充于所述箱体1的相应腔室内，从而能够完整且准确地还原金属材料在保温层下的腐蚀环境，进而能够准确获得金属材料在保温层下发生腐蚀过程中的规律，更进而为预防金属材料保温层下腐蚀的发生提供准确的依据。

在至少一个实施方式中，如图1所示，所述第一安装腔室5的侧壁与所述箱体1的内壁固定连接，所述第一安装腔室5为闭环腔室，所述第一安装腔室5围绕于所述第二填充腔室4的外部，所述工作电极6与所述第一安装腔室5的侧壁固定连接，所述工作电极6与所述第一安装腔室5过盈配合并进行胶封处理，以此保证所述第一安装腔室5的密封性；所述第一填充腔室3位于所述浸液腔室2的内部，所述第一填充腔室3位于所述第一安装腔室5及所述第二填充腔室4的上方，所述第一填充腔室3的顶部与所述浸液腔室2连通，以保证所述浸液腔室2与所述第二填充腔室4的隔离。

在一些实施方式中，如图1所示，所述浸液腔室2连通有进气口7及排气口8，所述进气口7用于与所述箱体1外的气源密封连通，以向所述浸液腔室2输入氮气，所述排气口8用于将从所述进气口7中输入的氮气以及所述浸液腔室2内的氧气(或其他活性气体成分)排出至所述箱体1的外部，从而提高了对保温层下环境模拟的准确性，进而提高了试验结果的准确性。

继续如图1所示，在至少一个实施方式中，所述箱体1具有可向所述浸液腔室2输入浸出液的输入口，所述箱体1的输入口设置有可密封所述箱体1腔室的密封盖板13，所述密封盖板13与所述箱体1密封连接；如图2所示，所述进气口7及所述排气口8均开设于所述密封盖板13上，所述进气口7的内部密封套接有进气管14，所述进气管14的一端位于所述浸液腔室2的下部，所述进气管14的另一端伸出所述密封盖板13的外部，所述排气口8的内部密封套接有排气管15，所述排气管15位于浸液腔室2的顶部，所述排气管15的另一端伸出至所述密封盖板13的外部。

在一些实施方式中，所述箱体1的腔室还包括保温腔室9，所述保温腔室9与所述浸液腔室2之间相互隔离，所述保温腔室9位于所述浸液腔室2的外部，以对所述浸液腔室2进行保温，所述保温腔室9的侧壁开设有保温介质入口10及保温介质出口11，所述保温介质入口10用于与所述箱体1外的保温介质源密封连通，以向所述保温腔室9的内部输入保温介质，所述保温介质出口11用于将所述保温腔室9内的保温介质排出。

基于上述，本发明保温层下腐蚀试验装置通过在所述箱体1的内部形成有保温腔室9，能够保证所述箱体1腔室内部温度的稳定性，从而进一步提高了对保温层下环境模拟的准确性，进而提高了试验结果的准确性。

继续如图1所示，在至少一个实施方式中，所述保温腔室9为闭环腔室，所述保温腔室9围绕于所述浸液腔室2的外部，所述保温介质为温水，所述保温介质入口10的内部密封套接有入水管16，以外接水泵向所述保温腔室9的内部提供温水，所述保温介质出口11的内部套接有出水管17，以使所述保温腔室9内部的温水排出，从而实现所述保温腔室9内部温水的循环流动，进而有效保证了所述箱体1腔室内部温度的稳定性。

在一些实施方式中，如图1所示，所述箱体1的腔室还包括可容纳辅助电极的第二安装腔室12，所述第二安装腔室12位于所述浸液腔室2与所述第一填充腔室3之间，所述浸液腔室2顺次连通所述第二安装腔室12及所述第一填充腔室3。本发明保温层下腐蚀试验装置通过在所述箱体1的内部形成有第二安装腔室12，从而在当金属材料发生腐蚀的过程中使得辅助电机与所述工作电极6组成极化回路，进而保证所述工作电极6有电流通过，继而实现了对金属材料保温层下腐蚀过程准确的模拟，进而保证了试验结果的准确性。

在至少一个实施方式中，如图1所示，所述第二安装腔室12的侧壁包括第一挡板18及第二挡板19，所述第一挡板18的板面正对所述第二挡板19的板面，所述第一挡板18与所述第二挡板19之间通过螺栓固定连接，所述第一挡板18与所述第二挡板19之间形成可放置片状的辅助电机(如圆片状哈氏合金电极)；所述第一挡板18及所述第二挡板19上均开设有多个通孔，并且多个所述通孔沿环形间隔分布，以保证所述浸液腔室2与所述第二填充腔室4之间的物质流通。

在一些实施方式中，保温层下腐蚀试验装置还包括辅助电极及参比电极，所述辅助电极固定设置于所述第二安装腔室12的内部，所述参比电极固定设置于所述浸液腔室2的内部。本发明保温层下腐蚀试验装置通过设置所述辅助电极及所述参比电极，能够实现对金属材料保温层下腐蚀过程准确的模拟，进而保证了试验结果的准确性。

在至少一个实施方式中，参见图1和图2，所述参比电极(例如Ag/AgC l固态电极)固定于所述密封盖板13上，具体为：所述密封盖板13开设有固定通孔20，所述参比电极的一端与所述固定通孔20过盈配合连接，所述参比电极的另一端伸入至所述浸液腔室2的内部；如图2所示，所述密封盖板13还开设有走线孔21，所述走线孔21用于使所述箱体1内外连接的线路(如所述辅助电极连线线路)密封穿过所述密封盖板13。

参见图8，本发明提供了一种保温层下腐蚀试验方法，应用如上所述的保温层下腐蚀试验装置，以及经典电化学综合测试系统，包括以下步骤：

试验装置搭建的步骤，将所述工作电极6安装于所述第一安装腔室5的内部，将所述辅助电极安装于所述第二安装腔室12的内部，将所述参比电极固定安装于所述浸液腔室2的内部，向所述浸液腔室2的内部添加浸出液，并保证浸出液充满整个所述浸液腔室2，向所述第一填充腔室3的内部填充浸水保温层材料，向所述第二填充腔室4的内部填充干燥保温层材料；

将所述工作电极、所述参比电极与所述辅助电极通过导线与电化学工作站的相应接口相连接；

检查各电极的导通性以及装置的密封性，若电极导通性与装置连通性良好，则对工作电极进行预极化，否则测试结束；

检测开路电位的步骤，检测工作电极的开路电位，直至开路电位稳定；

利用测得的开路电位，进行交流阻抗测试：设定交流正弦波激励信号的扫描范围为100000～0.01Hz，幅值5～10mV，每倍频测试5～10个点，保存测试数据；

再次监测开路电位，直至开路电位稳定；

进行极化曲线测试：设定极化电位扫描范围为相对于开路电位±50～250mV，电位扫描速率为0.1～1mV/s，保存测试数据；

测试结束。

基于上述，本发明保温层下腐蚀试验方法通过将保温层下腐蚀试验装置与经典电化学综合测试系统的电化学工作站相连接，以获取金属材料在保温层浸出液中的整体腐蚀电化学信息或描述电偶腐蚀的电化学信息，继而通过分析获取到的该均匀结构腐蚀过程的自腐蚀电位、自腐蚀电流密度、极化性质及电化学阻抗谱等整体平均信息，反映其腐蚀及其电化学过程，进而能够准确获得均匀金属材料在保温层下发生腐蚀过程中的规律，更进而为预防金属材料保温层下腐蚀的发生提供准确的依据。

在一些实施方式中，当测试某些金属材料(如不锈钢材料)的耐局部腐蚀能力时，可以通过循环极化技术测试其点蚀击破电位，具体操作过程为：在上述检测开路电位的步骤中，待测定开路电位稳定后，设定循环极化测试参数并进行测试。

本发明还提供了一种保温层下腐蚀试验方法，应用如上所述的保温层下腐蚀试验装置，以及微电极阵列测试系统，包括以下步骤：

试验装置搭建的步骤，将所述工作电极6安装于所述第一安装腔室5的内部，将所述辅助电极安装于所述第二安装腔室12的内部，将所述参比电极固定安装于所述浸液腔室2的内部，向所述浸液腔室2的内部添加浸出液，并保证浸出液充满整个所述浸液腔室2，向所述第一填充腔室3的内部填充浸水保温层材料，向所述第二填充腔室4的内部填充干燥保温层材料；

微电极阵列测试的步骤，利用微电极阵列测试系统的高速矩阵转换开关将阵列电极全部耦合后，通过高速矩阵转换开关对阵列电极逐一进行电偶电位和电偶电流的扫描，获取微电极阵列的电偶腐蚀状态和局部腐蚀电流密度。

基于上述本发明保温层下腐蚀试验方法采用微电极阵列精确模拟一个大面积的非均匀结构及其各组成区域，利用微电极阵列测试系统进行测试，继而获取非均匀(该非均匀结构可以是一个由多个部分组成的大面积焊缝接头，也可以是一个由多种材料组成的接头或连接件)结构的电偶腐蚀状态和局部腐蚀电流密度，进而能够准确获得非均匀金属材料在保温层下发生局部腐蚀过程中的规律，更进而为预防金属材料保温层下腐蚀的发生提供准确的依据。

在一些实施方式中，所述微电极阵列测试的步骤还包括：打开微电极阵列测试系统软件，利用高速矩阵转换开关将阵列电极全部耦合后，定期(一般每隔2小时、1天或5天扫描一次)对阵列电极逐一进行电偶电位和电偶电流的扫描。

以对第i个阵列电极进行扫描测试为例说明上述扫描过程，参见图3-图6，图3为全耦合时高速矩阵转换开关与微电极阵列的连接状态图，图4为对第i个阵列电极的电偶电流测试时高速矩阵转换开关与微电极阵列的连接状态图，图5为对第i个阵列电极的电偶电位测试时高速矩阵转换开关与微电极阵列的连接状态图，图6为恢复至全耦合状态时高速矩阵转换开关与微电极阵列的连接状态图。在进行扫描时，图4-6的顺序重复电偶电流测量、电偶电位测量及恢复全耦合状态，直至扫描结束。

本发明还提供了一种保温层下腐蚀试验方法，应用如上所述的保温层下腐蚀试验装置，经典电化学综合测试系统，以及微电极阵列测试系统，包括以下步骤：

试验装置搭建的步骤，将所述工作电极6安装于所述第一安装腔室5的内部，将所述辅助电极安装于所述第二安装腔室12的内部，将所述参比电极固定安装于所述浸液腔室2的内部，向所述浸液腔室2的内部添加浸出液，并保证浸出液充满整个所述浸液腔室2，向所述第一填充腔室3的内部填充浸水保温层材料，向所述第二填充腔室4的内部填充干燥保温层材料；

利用微电极阵列测试系统的高速矩阵转换开关将阵列电极中的一个组成部分耦合在一起作为工作电极，与经典电化学综合测试系统的工作电极接线端连接，经典电化学综合测试系统的参比电极接线端连接参比电极，经典电化学综合测试系统的辅助电极接线端连接辅助电极，将工作电极、参比电极和辅助电极放置在电解池的电解质溶液中，进行阵列电极的开路电位、线性极化电阻、电化学阻抗谱和动电位极化曲线测试，并获取非均匀结构的局部阳极区或局部阴极区内的电化学性质参数；

参见图7，图7为微电极阵列测试系统与经典电化学综合测试系统联用时的线路连接状态图，将预先选定的局部区域内的微电极利用微电极阵列测试系统的高速矩阵转换开关进行切换，高速矩阵转换开关的输出端与经典电化学综合测试系统的工作电极接线端连接，经典电化学综合测试系统的参比电极接线端连接参比电极，经典电化学综合测试系统的辅助电极接线端连接辅助电极，将工作电极、参比电极和辅助电极放置在电解池的电解质溶液中，进行阵列电极的电化学阻抗谱测试，获取非均匀结构的局部阳极区或局部阴极区内的电化学阻抗及其随时间的变化。

基于上述，本发明保温层下腐蚀试验方法利用微电极阵列作为桥梁和纽带，将两个个测试系统耦合起来联用，能够进行经典电化学、微电极阵列两种测试，获取自腐蚀电位、自腐蚀电流密度、极化性质及电化学阻抗谱等电化学性质的宏观平均信息，同时又可以获取具有一定统计特征的电偶电位及电偶电流等电化学性质的局部分布信息，进而能够准确获得非均匀金属材料在保温层下发生腐蚀过程中的规律，更进而为预防金属材料保温层下腐蚀的发生提供准确的依据。

在一些实施方式中，本发明保温层下腐蚀试验方法还包括以下步骤：

开启经典电化学综合测试系统中的电化学工作站，待开路电位稳定后，进行电化学阻抗谱测试，扫描频率范围为100kHz-0.01Hz，扰动信号为幅值10mV以内的正弦波。

需要说明的是，所述基于微电极阵列的多通道电偶腐蚀测试系统包括模块化硬件测试系统和可视化软件测试系统；所述模块化硬件测试系统由机箱、嵌入式控制器、外设模块、仪器模块四部分组成，所述硬件测试系统为独立主控式硬件测试系统或远程控制式硬件测试系统，所述独立主控式硬件测试系统的机箱为集成了所述嵌入式控制器及外设模块的PXIe机箱，所述远程控制式硬件测试系统的机箱为具有集成MXI-Express控制模块并由台式计算机或者便携式计算机远程控制的PXIe机箱；所述独立主控式硬件测试系统的控制方式由运行操作系统的所述嵌入式控制器来独立控制，所述远程控制式硬件测试系统的控制方式由运行操作系统的所述台式计算机或者便携式计算机通过所述MXI-Express控制模块来远程控制；所述仪器模块包括采用PXIe总线的高速矩阵转换开关、第一数字万用表、第二数字万用表和微弱电流放大器。

优选的，所述高速矩阵转换开关为按一线M行×N列矩阵配置的高速FET矩阵开关，其行通道R0至RM的数量(M+1)≥4，列通道C0至CN的数量(N+1)≥阵列电极的数量n，并且列通道C0至C(n-1)各自连接微电极阵列中的一个微电极；所述第一数字万用表和第二数字万用表分别用来测量微电极阵列中每个微电极的电偶腐蚀电流和电偶腐蚀电位；将所述高速矩阵转换开关进行电偶电流测量的两个行通道连接到所述微弱电流放大器的两个电流输入测量端，而将所述微弱电流放大器的两个电压输出端接到所述第一数字万用表的两个电压输入测量端，即，将电流测量转换为电压测量；将所述高速矩阵转换开关进行电偶电位测量的另外两个行通道连接到第二数字万用表的两个电压输入测量端，其中，电压输入的低电位测量端连接一个参比电极，微电极阵列和参比电极都放置在电解池的电解质溶液中；所述可视化软件测试系统用虚拟仪器软件LabVIEW编写。

Claims (9)

1.一种保温层下腐蚀试验装置，其特征在于，包括箱体（1），所述箱体（1）的内部形成有密封腔室，所述箱体（1）的腔室包括可充满浸出液的浸液腔室（2），可装满浸水保温层材料的第一填充腔室（3），可装满干燥保温层材料的第二填充腔室（4），以及第一安装腔室（5）；

其中，所述浸液腔室（2）与所述第一填充腔室（3）连通，所述第一填充腔室（3）位于所述第二填充腔室（4）与所述浸液腔室（2）之间，以将所述第二填充腔室（4）及所述浸液腔室（2）隔离，所述第二填充腔室（4）位于所述第一填充腔室（3）及所述第一安装腔室（5）之间，以将所述第一填充腔室（3）及所述第一安装腔室（5）隔离，所述第一安装腔室（5）的内部安装有工作电极（6）;所述箱体(1)的腔室还包括可容纳辅助电极的第二安装腔室(12)，所述第二安装腔室(12)位于所述浸液腔室(2)与所述第一填充腔室(3)之间，所述浸液腔室(2)顺次连通所述第二安装腔室(12)及所述第一填充腔室(3);

还包括微电极阵列测试系统。

2.根据权利要求 1 所述的保温层下腐蚀试验装置，其特征在于，所述浸液腔室（2）连通有进气口（7）及排气口（8），所述进气口（7）用于与所述箱体（1）外的气源密封连通，以向所述浸液腔室（2）输入氮气，所述排气口（8）用于将从所述进气口（7）中输入的氮气以及所述浸液腔室（2）内的氧气排出至所述箱体（1）的外部。

3.根据权利要求 1 所述的保温层下腐蚀试验装置，其特征在于，所述箱体（1）的腔室还包括保温腔室（9），所述保温腔室（9）与所述浸液腔室（2）之间相互隔离，所述保温腔室（9）位于所述浸液腔室（2）的外部，以对所述浸液腔室（2）进行保温，所述保温腔室（9）的侧壁开设有保温介质入口（10）及保温介质出口（11），所述保温介质入口（10）用于与所述箱体（1）外的保温介质源密封连通，以向所述保温腔室（9）的内部输入保温介质，所述保温介质出口（11）用于将所述保温腔室（9）内的保温介质排出。

4.根据权利要求1所述的保温层下腐蚀试验装置，其特征在于，还包括辅助电极及参比电极，所述辅助电极固定设置于所述第二安装腔室（12）的内部，所述参比电极固定设置于所述浸液腔室（2）的内部。

5.一种保温层下腐蚀试验方法，应用如权利要求 1-4 中任一项所述的保温层下腐蚀试验装置，以及经典电化学综合测试系统，其特征在于，包括以下步骤：

试验装置搭建的步骤，将所述工作电极（6）安装于所述第一安装腔室（5）的内部，将所述辅助电极安装于所述第二安装腔室（12）的内部，将所述参比电极固定安装于所述浸液腔室（2）的内部，向所述浸液腔室（2）的内部添加浸出液，并保证浸出液充满整个所述浸液腔室（2），向所述第一填充腔室（3）的内部填充浸水保温层材料，向所述第二填充腔室（4）的内部填充干燥保温层材料；

将所述工作电极、所述参比电极与所述辅助电极通过导线与电化学工作站的相应接口相连接；

检查各电极的导通性以及装置的密封性，若电极导通性与装置连通性良好，则对工作电极进行预极化，否则测试结束；

检测工作电极的开路电位，直至开路电位稳定；

利用测得的开路电位，进行交流阻抗测试：设定交流正弦波激励信号的扫描范围为100000～0.01Hz，幅值 5～10mV，每倍频测试 5～10 个点，保存测试数据；

再次监测开路电位，直至开路电位稳定；

进行极化曲线测试：设定极化电位扫描范围为相对于开路电位±（50～250）mV，电位扫描速率为 0.1～1mV/s，保存测试数据；

测试结束。

6.一种保温层下腐蚀试验方法，应用如权利要求 1-4中任一项所述的保温层下腐蚀试验装置，以及微电极阵列测试系统，其特征在于，包括以下步骤：

试验装置搭建的步骤，将工作电极（6）安装于所述第一安装腔室（5）的内部，将所述辅助电极安装于所述第二安装腔室（12）的内部，将参比电极固定安装于所述浸液腔室（2）的内部，向所述浸液腔室（2）的内部添加浸出液，并保证浸出液充满整个所述浸液腔室（2），向所述第一填充腔室（3）的内部填充浸水保温层材料，向所述第二填充腔室（4）的内部填充干燥保温层材料；

微电极阵列测试的步骤，利用微电极阵列测试系统的高速矩阵转换开关将阵列电极全部耦合后，通过高速矩阵转换开关对阵列电极逐一进行电偶电位和电偶电流的扫描，获取微电极阵列的电偶腐蚀状态和局部腐蚀电流密度。

7.根据权利要求 6所述的保温层下腐蚀试验方法，其特征在于，所述微电极阵列测试的步骤还包括：打开微电极阵列测试系统软件，利用高速矩阵转换开关将阵列电极全部耦合后，定期对阵列电极逐一进行电偶电位和电偶电流的扫描。

8.一种保温层下腐蚀试验方法，应用如权利要求 1-4中任一项所述的保温层下腐蚀试验装置，经典电化学综合测试系统，以及微电极阵列测试系统，其特征在于，包括以下步骤：

试验装置搭建的步骤，将所述工作电极（6）安装于所述第一安装腔室（5）的内部，将所述辅助电极安装于所述第二安装腔室（12）的内部，将所述参比电极固定安装于所述浸液腔室（2）的内部，向所述浸液腔室（2）的内部添加浸出液，并保证浸出液充满整个所述浸液腔室（2），向所述第一填充腔室（3）的内部填充浸水保温层材料，向所述第二填充腔室（4）的内部填充干燥保温层材料；

利用微电极阵列测试系统的高速矩阵转换开关将阵列电极中的一个组成部分耦合在一起作为工作电极，与经典电化学综合测试系统的工作电极接线端连接，经典电化学综合测试系统的参比电极接线端连接参比电极，经典电化学综合测试系统的辅助电极接线端连接辅助电极，将工作电极、参比电极和辅助电极放置在电解池的电解质溶液中，进行阵列电极的开路电位、线性极化电阻、电化学阻抗谱和动电位极化曲线测试，并获取非均匀结构的局部阳极区或局部阴极区内的电化学性质参数；

将预先选定的局部区域内的微电极利用微电极阵列测试系统的高速矩阵转换开关进行切换，高速矩阵转换开关的输出端与经典电化学综合测试系统的工作电极接线端连接，经典电化学综合测试系统的参比电极接线端连接参比电极，经典电化学综合测试系统的辅助电极接线端连接辅助电极，将工作电极、参比电极和辅助电极放置在电解池的电解质溶液中，进行阵列电极的电化学阻抗谱测试，获取非均匀结构的局部阳极区或局部阴极区内的电化学阻抗及其随时间的变化。

9.根据权利要求8所述的保温层下腐蚀试验方法，其特征在于，还包括以下步骤：

开启经典电化学综合测试系统中的电化学工作站，待开路电位稳定后，进行电化学阻抗谱测试，扫描频率范围为 100kHz-0.01Hz，扰动信号为幅值 10mV以内的正弦波。

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