CN108072686A - 一种热轧酸洗搪瓷钢基板储氢能力的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热轧酸洗搪瓷钢基板储氢能力的检测方法，主要解决现有热轧酸洗搪瓷钢基板储氢能力检测精度低、检测时间长和操作不安全的技术问题。本发明热轧酸洗搪瓷钢基板储氢能力的检测方法，步骤如下：1)试样制备，将制备后的试样固定到试样室中；2)在扩氢室中加入扩氢溶液；3)将试样、铂丝和饱和甘汞电极按三电极体系接入电化学工作站，对扩氢溶液中的氢气进行电离；4)当步骤3)中所述的电化学工作站的恒电压调控为0.2V时，在充氢室中加入充氢溶液；5)对步骤4)所述的电化学工作站的电流‑时间曲线进行积分；6)计算试样的储氢能力。本发明方法能够快速、有效、安全的检测热轧酸洗搪瓷钢基板的储氢能力。

Description

一种热轧酸洗搪瓷钢基板储氢能力的检测方法

技术领域

本发明涉及一种热轧酸洗搪瓷钢基板能力的检测方法，特别涉及一种热轧酸洗搪瓷钢基板储氢能力的检测方法，属于金属材料检测技术领域。

背景技术

热轧酸洗搪瓷钢基板是一种适用于涂搪的专用钢种，其具有抗鳞爆、强度高等特点，广泛应用在热水器、小厨宝等行业，并且向其它需要搪瓷的领域扩展。鳞爆是搪瓷制品的主要缺陷，现在公认氢是鳞爆产生的主要因素，因此钢板储氢能力的大小对鳞爆的发生与否有重要影响。

搪瓷钢基板的氢，其来源是多方面的，其中钢板本身、酸洗液、瓷釉中结合的水是其主要来源。鳞爆发生的过程为氢以原子的形式进入搪瓷钢，存储在搪瓷钢的晶界、空位、位错以及二相粒子周围等处；在搪烧过程中，一部分氢以原子态的形式溶解在钢板中，另一部分无法溶解的氢以分子的形式在搪瓷层中聚集，随着时间的增加，钢板中的氢不断逸出，当其超过瓷釉层允许的最大压力时，搪瓷层破裂、剥落，即发生鳞爆。所以搪瓷钢的储氢性能对鳞爆的发生有重要影响。

目前，测量钢板储氢能力的有：充氢测试法；电化学测试法。

申请公布号CN103592206A的中国专利文件公开了一种在抽过真空的装置中通入氢气，然后利用质谱仪进行检测的方法，这种方法的涉及到了真空系统，对试验条件要求比较高。

申请公布号为CN102192933A的中国专利文件公开了一种冷轧钢板抗搪瓷鳞爆性能检验方法，该方法利用在扩氢电解槽中加0.3V的恒电位，把试样中的氢除去，当电流降低到1.5μA时，加入充氢液，保持1.0mA/cm²的充氢电流密度对试样进行充氢，当阳极电流-时间曲线出现一段平台后，试验结束。通过对曲线的处理，计算出氢渗透时间，带入相关公式，最终得到冷轧钢板抗搪瓷鳞爆敏感性的值。此发明试验用时较长。

申请公布号CN102778486A的中国专利文件公开了一种利用电化学中电位-时间变化曲线的方法来进行储氢能力测试的方法，此发明操作简单，但是实验结果偏差较大。

发明内容

本发明的目的是提供一种热轧酸洗搪瓷钢基板储氢能力的检测方法，主要解决现有热轧酸洗搪瓷钢基板储氢能力检测精度低、检测时间长和操作不安全的技术问题，本发明方法能够快速、有效、安全的检测热轧搪瓷钢基板储氢能力。

本发明技术思路是：通过电解充氢溶液产生氢气，氢气进入热轧酸洗搪瓷钢基板，当热轧酸洗搪瓷钢基板中的氢饱和后，由热轧酸洗搪瓷钢基板的另一面逸出，采用电化学中电流-时间的方法，记录扩氢溶液端的电流变化，通过电流-时间曲线，计算出酸洗热轧搪瓷钢基板的储氢能力。

本发明的技术方案是：一种热轧酸洗搪瓷钢基板储氢能力的检测方法，包括以下步骤：

1)试样制备，用砂纸对Ф15～30mm热轧酸洗搪瓷钢基板试样进行双面打磨，打磨后的试样表面光滑、无明显划痕，用去离子水和无水乙醇对试样表面进行清洗，试样清洗后进行吹干，测量试样厚度；将试样固定到试样室中；

2)在扩氢室中加入扩氢溶液，扩氢溶液为0.2mol/L的NaOH溶液，扩氢溶液液面高度超过试样工作部分上沿10～15mm；

3)将试样、铂丝和饱和甘汞电极按三电极体系接入电化学工作站，其中，试样为工作电极、铂丝为对电极、饱和甘汞电极为参比电极，电化学工作站采用恒电位的工作方式，恒电压控制为0.2～4V，对扩氢溶液中的氢气进行电离，氢气电离过程中的温度控制为25±0.5℃；当电流变化值小于1μA时，将电化学工作站的恒电压调控为0.2V；

4)当步骤3)中所述的电化学工作站的恒电压调控为0.2V时，在充氢室中加入充氢溶液，充氢溶液为0.1mol/L的H₂SO₄和2g/L的硫脲的混合溶液；充氢溶液液面高度超过试样工作部分上沿10～15mm；充氢采用恒流稳压电源提供的恒定电流进行，充氢电流密度为10～30mA/cm²，其中，试样接负极、铂电极接正极，充氢开始时进行计时，记录电化学工作站的电流-时间曲线；当电化学工作站显示的电流-时间曲线电流不在变化，充氢结束；充氢过程中温度控制为25±0.5℃；

5)对步骤4)所述的电化学工作站的电流-时间曲线进行积分，得到电量-时间曲线；通过电量-时间曲线计算出氢渗透时间T；

6)计算试样的储氢能力，根据公式TH＝T/d²计算试样的储氢能力，其中，TH为试样的储氢能力，单位为min/mm²；T为氢渗透时间，单位为min；d为试样厚度，单位为mm。

进一步地，所述步骤6中，充氢电流密度为30mA/cm²为佳。

本发明采用分段恒电位的方法，试验中去除扩氢溶液及试样中的氢气时采用较高的电位，可以有效的缩短实验时间；进一步，电位过高会造成试样的极化；充氢开始后采用0.2V的恒电位电离氢气，保证了试验条件的一致性，便于不同试样之间储氢能力的比较。

本发明中充氢溶液采用0.1mol/L的H₂SO₄和2g/L的硫脲的混合溶液，不仅保证了电解氢气的产生，还保证了试样不会被酸溶液腐蚀。

本发明中充氢电流密度10～30mA/cm²，保证了电解产生氢气，缩短了试验时间；进一步，虽然大的电流密度可以快速产生大量氢气，但是过量氢气的产生会造成试样发生“氢鼓泡”现象，从而影响实验的准确性。

本发明相比现有技术具有如下积极效果：本发明方法采用分段恒电位的方法，可以有效的缩短实验时间；充氢溶液采用0.1mol/L的H₂SO₄和2g/L的硫脲的混合溶液，保证了试样不会被酸溶液腐蚀。

附图说明

图1为本发明方法中涉及装置的结构示意图。

图中标记说明：1-扩氢室，2-参比电极，3-对电极，4-电化学工作站，5-恒流稳压电源，6-铂电极，7-充氢室，8-试样室。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明，，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

实施例1，参照图1，一种热轧酸洗搪瓷钢基板储氢能力的检测方法，包括以下步骤：

1)试样制备，将厚度为1.8mm的BTC330R热轧酸洗搪瓷钢基板切割为Ф25mm试样，用500#砂纸对试样进行双面打磨，打磨后的试样表面光滑、无明显划痕，用去离子水和无水乙醇对试样表面进行清洗，试样清洗后进行吹干，测量试样厚度d为1.71mm；将试样固定到试样室8中；

2)在扩氢室1中加入扩氢溶液，扩氢溶液为0.2mol/L的NaOH溶液，扩氢溶液液面高度超过试样工作部分上沿15mm；

3)将试样、铂丝和饱和甘汞电极按三电极体系接入电化学工作站4，其中，试样为工作电极、铂丝为对电极3、饱和甘汞电极为参比电极2，电化学工作站采用恒电位的工作方式，恒电压控制为3.5V，对扩氢溶液中的氢气进行电离，氢气电离过程中的温度控制为25±0.5℃；当电流变化值小于1μA时，将电化学工作站的恒电压调控为0.2V；

4)当步骤3)中所述的电化学工作站的恒电压调控为0.2V时，在充氢室7中加入充氢溶液，充氢溶液为0.1mol/L的H₂SO₄和2g/L的硫脲的混合溶液；充氢溶液液面高度超过试样工作部分上沿15mm；充氢采用恒流稳压电源5提供的恒定电流进行，充氢电流密度为30mA/cm²，其中，试样接负极、铂电极6接正极，充氢开始时进行计时，记录电化学工作站的电流-时间曲线；当电化学工作站显示的电流-时间曲线电流不在变化，充氢结束；充氢过程中温度控制为25±0.5℃；

5)对步骤4)所述的电化学工作站的电流-时间曲线进行积分，得到电量-时间曲线；通过电量-时间曲线计算出氢渗透时间T为18.93min；

对电流-时间曲线进行积分，得到电量-时间曲线；通过电量-时间曲线计算出氢渗透时间T为18.93min；

6)计算试样的储氢能力，根据公式TH＝T/d²计算试样的储氢能力，经过数次试验，TH的平均值为6.45min/mm²，试样具有很好的储氢性能。

实施例1中试样经搪瓷后没有发生鳞爆，试样具有很好的储氢性能。

实施例2，参照图1，一种热轧酸洗搪瓷钢基板储氢能力的检测方法，包括以下步骤：

1)试样制备，将厚度为1.8mm的BTC340R热轧酸洗搪瓷钢基板切割为Ф25mm试样，用500#砂纸对试样进行双面打磨，打磨后的试样表面光滑、无明显划痕，用去离子水和无水乙醇对试样表面进行清洗，试样清洗后进行吹干，测量试样厚度d为1.71mm；将试样固定到试样室中；

2)在扩氢室中加入扩氢溶液，扩氢溶液为0.2mol/L的NaOH溶液，扩氢溶液液面高度超过试样工作部分上沿13mm；

3)将试样、铂丝和饱和甘汞电极按三电极体系接入电化学工作站，其中，试样为工作电极、铂丝为对电极、饱和甘汞电极为参比电极，电化学工作站采用恒电位的工作方式，恒电压控制为3.5V，对扩氢溶液中的氢气进行电离，氢气电离过程中的温度控制为25±0.5℃；当电流变化值小于1μA时，将电化学工作站的恒电压调控为0.2V；

4)当步骤3)中所述的电化学工作站的恒电压调控为0.2V时，在充氢室中加入充氢溶液，充氢溶液为0.1mol/L的H₂SO₄和2g/L的硫脲的混合溶液；充氢溶液液面高度超过试样工作部分上沿13mm；充氢采用恒流稳压电源提供的恒定电流进行，充氢电流密度为30mA/cm²，其中，试样接负极、铂电极接正极，充氢开始时进行计时，记录电化学工作站的电流-时间曲线；当电化学工作站显示的电流-时间曲线电流不在变化，充氢结束；充氢过程中温度控制为25±0.5℃；

5)对步骤4)所述的电化学工作站的电流-时间曲线进行积分，得到电量-时间曲线；通过电量-时间曲线计算出氢渗透时间T为19.88min；

6)计算试样的储氢能力，根据公式TH＝T/d²计算试样的储氢能力，经过数次试验，TH的平均值为6.52min/mm²，试样具有很好的储氢性能。

实施例2中试样经搪瓷后没有发生鳞爆，试样具有很好的储氢性能。

实施例3，参照图1，一种热轧酸洗搪瓷钢基板储氢能力的测量方法，包括以下步骤：

1)试样制备，将厚度为1.7mm的BTC160R热轧酸洗搪瓷钢基板切割为Ф25mm试样，用500#砂纸对试样进行双面打磨，打磨后的试样表面光滑、无明显划痕，用去离子水和无水乙醇对试样表面进行清洗，试样清洗后进行吹干，测量试样厚度d为1.66mm；将试样固定到试样室中；

2)在扩氢室中加入扩氢溶液，扩氢溶液为0.2mol/L的NaOH溶液，扩氢溶液液面高度超过试样工作部分上沿10mm；

3)将试样、铂丝和饱和甘汞电极按三电极体系接入电化学工作站，其中，试样为工作电极、铂丝为对电极、饱和甘汞电极为参比电极，电化学工作站采用恒电位的工作方式，恒电压控制为3.5V，对扩氢溶液中的氢气进行电离，氢气电离过程中的温度控制为25±0.5℃；当电流变化值小于1μA时，将电化学工作站的恒电压调控为0.2V；

4)当步骤3)中所述的电化学工作站的恒电压调控为0.2V时，在充氢室中加入充氢溶液，充氢溶液为0.1mol/L的H₂SO₄和2g/L的硫脲的混合溶液；充氢溶液液面高度超过试样工作部分上沿10mm；充氢采用恒流稳压电源提供的恒定电流进行，充氢电流密度为30mA/cm²，其中，试样接负极、铂电极接正极，充氢开始时进行计时，记录电化学工作站的电流-时间曲线；当电化学工作站显示的电流-时间曲线电流不在变化，充氢结束；充氢过程中温度控制为25±0.5℃；

5)对步骤4)所述的电化学工作站的电流-时间曲线进行积分，得到电量-时间曲线；通过电量-时间曲线计算出氢渗透时间T为18.93min；

对电流-时间曲线进行积分，得到电量-时间曲线；通过电量-时间曲线计算出氢渗透时间T为4.33min；

6)计算试样的储氢能力，根据公式TH＝T/d²计算试样的储氢能力，经过数次试验，TH的平均值为1.65min/mm²，试样的储氢能力差。

实施例3中试样经搪瓷后全部发生鳞爆，试样的储氢能力差。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (2)

1.一种热轧酸洗搪瓷钢基板储氢能力的检测方法，其特征是，所述的方法包括以下步骤：

1)试样制备，用砂纸对Ф15～30mm热轧酸洗搪瓷钢基板试样进行双面打磨，打磨后的试样表面光滑、无明显划痕，用去离子水和无水乙醇对试样表面进行清洗，试样清洗后进行吹干，测量试样厚度；将试样固定到试样室中；

2)在扩氢室中加入扩氢溶液，扩氢溶液为0.2mol/L的NaOH溶液，扩氢溶液液面高度超过试样工作部分上沿10～15mm；

3)将试样、铂丝和饱和甘汞电极按三电极体系接入电化学工作站，其中，试样为工作电极、铂丝为对电极、饱和甘汞电极为参比电极，电化学工作站采用恒电位的工作方式，恒电压控制为0.2～4V，对扩氢溶液中的氢气进行电离，氢气电离过程中的温度控制为25±0.5℃；当电流变化值小于1μA时，将电化学工作站的恒电压调控为0.2V；

4)当步骤3)中所述的电化学工作站的恒电压调控为0.2V时，在充氢室中加入充氢溶液，充氢溶液为0.1mol/L的H₂SO₄和2g/L的硫脲的混合溶液；充氢溶液液面高度超过试样工作部分上沿10～15mm；充氢采用恒流稳压电源提供的恒定电流进行，充氢电流密度为10～30mA/cm²，其中，试样接负极、铂电极接正极，充氢开始时进行计时，记录电化学工作站的电流-时间曲线；当电化学工作站显示的电流-时间曲线电流不在变化，充氢结束；充氢过程中温度控制为25±0.5℃；

5)对步骤4)所述的电化学工作站的电流-时间曲线进行积分，得到电量-时间曲线；通过电量-时间曲线计算出氢渗透时间T；

6)计算试样的储氢能力，根据公式TH＝T/d²计算试样的储氢能力，其中，TH为试样的储氢能力，单位为min/mm²；T为氢渗透时间，单位为min；d为试样厚度，单位为mm。

2.如权利要求1所述的一种热轧酸洗搪瓷钢基板储氢能力的检测方法，其特征是，当步骤4)中所述的充氢电流密度为30mA/cm²。