CN109001104A - 一种基于高通量积分电量的局部环境腐蚀性评价方法 - Google Patents

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蔡桢梁
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Abstract

一种基于高通量积分电量的局部环境腐蚀性评价方法，属于局部环境腐蚀性监测领域。先制备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；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C，再依据以下公式进行数学转换：C＝1000×I，或C＝1/I，或C＝ln(I)，或C＝lg(I)；根据“相同时间段不同环境”，或“相同环境不同时间段”获得的C值，进行局部环境评价。本发明方法可实施短周期评价局部环境的腐蚀性，并可实施腐蚀量连续监测。具有短周期评价局部环境腐蚀性的特点，可通过本发明对局部环境腐蚀性随时间的变化规律进行长期监测，实现局部环境腐蚀数据的长期积累，对装备安全运行预警有重要意义。

Description

一种基于高通量积分电量的局部环境腐蚀性评价方法
技术领域
本发明属于局部环境腐蚀性监测领域，特别是提供了一种基于高通量积分电量的局部环境腐蚀性评价方法。
背景技术
环境腐蚀性等级是表征不同环境腐蚀性严酷度差异的一种直观方式，对材料的腐蚀研究、合理选用和防护设计等具有重要意义。目前对大气环境腐蚀性评价方法主要是依据ISO9223标准，该标准提供了两种评价方法：一是通过采集温度、湿度、氯离子、二氧化硫等主要环境参数，基于环境参数提出评价方法；二是通过长期现场挂片腐蚀试验，获取碳钢等典型金属的腐蚀速率，基于腐蚀速率提出评价方法。该标准在评价宏观大气环境腐蚀性方面具有广泛的适用性，然而其评价原理也决定了该标准具有3个不可克服的缺点：(1)完成评价的周期过长：不管是获取环境参数还是腐蚀速率，至少都需要1年甚至更长的监测时间，获取数据才真实有效；(2)仅适用于评价宏观的大气环境：被评价的环境腐蚀性必须具有周期性变化的特点，如大气环境的腐蚀性随季节轮换，遵循较稳定的变化规律；(3)不能实现腐蚀量的连续监测。
而对于一些特殊场景，如石油化工企业的管道保温层内部环境、跨海大桥不同位置、离海岸线不同距离的电网设施、埋地管道穿越不同类型土壤、短时期在不同气候带穿行的高速铁路等，这些场景均属于局部环境，其腐蚀性特点与宏观大气环境腐蚀性有较大的差异，无法采用ISO9223中规定的环境参数监测或腐蚀速率检测方法实施评价。
为解决现有技术出现的测试周期长、不能评价局部环境腐蚀性、也不能实施腐蚀量连续监测的难点，本发明提供了一种基于高通量积分电量的局部环境腐蚀性评价方法，按照本发明设计的方法可以短周期实施局部环境腐蚀性评价，并可实施腐蚀量连续监测。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于高通量积分电量的局部环境腐蚀性评价方法，该方法具有短周期评价局部环境腐蚀性，并可实施腐蚀量连续监测的特点。
一种基于高通量积分电量的局部环境腐蚀性评价方法，是通过以下步骤来实现的：
步骤一，制备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：
(3)选取两种电极电位有明显差异的金属对，包括但不限于Zn/Cu；Fe/Cu；Fe/Ti；Cu/Ti等，优选Zn/Cu；
(4)将选定用来制作传感器的两种金属，采用线切割方式加工成长度5-50mm、宽度10-20mm、厚度为0.2-0.8mm的片状试片。试样的尺寸并无严格限制，但长度过长，会导致安装不便；宽度过大会导致测试精度下降。优选长度30mm、宽度10mm、厚度0.5mm；
(3)按(2)中方法，每种金属均制造上述片状试片10-24片，优选12片；
(4)将(3)中制造的所有试片表面打磨抛光，除油；
(5)将(4)中制造的相同片数的同种金属试片采用用铜或银导线并联方式，电连接到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0.2-0.8mm，相距过近容易导致短路，相距大则导致测试精度下降，优选0.5mm；
(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C，实现步骤为：
(1)把腐蚀传感器的两根导线分别连接到电流测试仪，连续测试电流ik值，所述电流测试仪要求至少具备以指定时间间隔连续测试、存储、输出电流数据的功能，也可通过WIFI或GPRS信号将测试数据无线传输到网络服务器；
(2)将电流测试值ik对测试总时间t进行积分，获得累积电量Q值，测试总时间越长则局部环境腐蚀性表征越准确；
(3)用于表征局部环境腐蚀性的参数I，可依据以下公式进行计算：
I＝(Q/t)×T
其中T是人为定义的时间，一般根据需表征的局部环境腐蚀性变化周期来决定，一般设定为48-120小时，优选48小时。
(4)为便于从数值上更直观表征局部环境腐蚀性，提出腐蚀强度的参数C，可依据以下但不限于以下公式进行数学转换：
C＝1000×I，或C＝1/I，或C＝ln(I)，或C＝lg(I)
数学转换并非必须的。
(5)根据“相同时间段不同环境”，或“相同环境不同时间段”获得的C值，可进行局部环境评价。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
本发明提供了利用腐蚀传感器监测局部环境腐蚀性的方法，本发明提供的基于高通量积分电量的环境腐蚀性评价方法，可以实施短周期评价局部环境的腐蚀性，并可实施腐蚀量连续监测。
因此，本发明与已有的大气腐蚀性评价标准ISO9223相比具有短周期评价局部环境腐蚀性的特点，同时可通过本发明对局部环境腐蚀性随时间的变化规律进行长期监测，实现局部环境腐蚀数据的长期积累，对装备安全运行预警有重要意义。
附图说明
图1为本发明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为腐蚀量连续监测的C-t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。
本发明对现有的环境腐蚀性评价方法实施周期长、不能连续监测腐蚀量的问题，提供了一种基于高通量积分电量的局部环境腐蚀性评价方法，且能实现局部环境腐蚀性腐蚀量连续监测。
实施例1
选用Q235碳钢材料和纯锌材料，通过线切割加工方法分别制备12片尺寸为0.5mm×30mm×10mm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按同种金属分两组后分别并联连接构成两组电极对，把电极对中的碳钢和锌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湿热箱中，用于模拟不同腐蚀性的局部环境，温度设置为35度，湿度分别设置为65％、70％、75％、80％、85％和90％，腐蚀传感器的两根导线分别连接到市售电流测试仪上，连续测试并自动记录ik值，168小时后停止测试。将电流测试仪记录的数据导出到Origion软件，将电流测试值ik对测试总时间t进行积分，获得累积电量Q值，以及数值转换后的I、C值结果如表1所示。
表1模拟不同局部环境的腐蚀性评价相关参数值
湿度(RH％) 65％ 70％ 75％ 80％ 85％ 90％
累积电量Q 0.10 0.12 0.24 0.48 2.41 4.32
环境腐蚀性I 0.0021 0.0025 0.0050 0.0100 0.0502 0.0900
腐蚀强度C 2.08 2.50 5.00 10.00 50.21 90.00
根据表1计算结果，可提出湿热箱局部环境的评价方法，如表2所示：
表2模拟不同局部环境的腐蚀性评价结果
分级 腐蚀强度C值范围 腐蚀程度描述
C1 <2.5 腐蚀性可忽略
C2 2.5～5 极轻微腐蚀
C3 5～10 轻微腐蚀
C4 10～50 中度腐蚀
C5 >50 严重腐蚀
本实施例仅通过168小时就完成了模拟不同局部环境的腐蚀性评价，与现有方法相比，实施了短周期评价局部环境腐蚀性。而且上述基于高通量积分电量对模拟不同局部环境的腐蚀性评价结果，与现有腐蚀常识非常吻合，表明本发明的局部环境腐蚀性评价方法可靠。
实施例2
将本发明实施例1制造的腐蚀传感器置于温湿度不断变化的湿热箱中，用于模拟腐蚀性随机波动的局部环境。温度依次设置为35度、40度、45度和50度，每个温度持续42小时；湿度依次设置为65％、75％、85％和95％，每个湿度持续42小时。腐蚀传感器的两根导线分别连接到市售电流测试仪上，连续测试并自动记录ik值，168小时后停止测试。将电流测试仪记录的数据导出到Origion软件，将电流测试值ik对测试总时间t进行积分，获得累积电量Q值，经数值转换后获得C值，绘制C-t曲线如附图2所示。图2监测了局部环境腐蚀性不断变化的过程，监测结果可为工程服役安全性提供预警。
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 (3)

1.一种基于高通量积分电量的局部环境腐蚀性评价方法，其特征在于评价步骤如下：
步骤一，制备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)选取两种电极电位有明显差异的金属对，包括Zn/Cu；Fe/Cu；Fe/Ti；Cu/Ti；
(2)将选定用来制作传感器的两种金属，采用线切割方式加工成长度5-50mm、宽度10-20mm、厚度为0.2-0.8mm的片状试片；试样的尺寸并无严格限制，但长度过长，会导致安装不便；宽度过大会导致测试精度下降；
(3)按(2)中方法，每种金属均制造上述片状试片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)中制造的相同片数的同种金属试片采用用铜或银导线并联方式，电连接到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，保证任意两组试片相距0.2-0.8mm，相距过近容易导致短路，相距大则导致测试精度下降；
(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C，实现步骤为：
(1)把腐蚀传感器的两根导线分别连接到电流测试仪，连续测试电流ik值，所述电流测试仪要求至少具备以指定时间间隔连续测试、存储、输出电流数据的功能，或通过WIFI或GPRS信号将测试数据无线传输到网络服务器；
(2)将电流测试值ik对测试总时间t进行积分，获得累积电量Q值，测试总时间越长则局部环境腐蚀性表征越准确；
(3)用于表征局部环境腐蚀性的参数I，依据以下公式进行计算：
I＝(Q/t)×T
其中T是人为定义的时间，根据需表征的局部环境腐蚀性变化周期来决定，设定为48-120小时；
(4)为便于从数值上更直观表征局部环境腐蚀性，提出腐蚀强度的参数C，依据以下公式进行数学转换：
C＝1000×I，或C＝1/I，或C＝ln(I)，或C＝lg(I)；
(5)根据“相同时间段不同环境”，或“相同环境不同时间段”获得的C值，进行局部环境评价。
2.如权利要求1所述一种基于高通量积分电量的局部环境腐蚀性评价方法，其特征在于所述传感器的制备步骤(1)所述两种电极为Zn/Cu，步骤(2)所述片状试片长度30mm、宽度10mm、厚度0.5mm；步骤(3)所述片状试片片数为12片；步骤(3)所述两组试片相距0.5mm。
3.如权利要求1所述一种基于高通量积分电量的局部环境腐蚀性评价方法，其特征在于步骤二中人为定义的时间T为48小时。
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