CN109374520B - 流动薄液膜下金属大气腐蚀电化学测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种流动薄液膜下金属大气腐蚀电化学测试系统，包括机架、溶液控制装置、流速控制装置和电解池装置；机架包括连接溶液控制装置、流速控制装置和电解池装置的溶液管路；溶液控制装置包括储液容器、密封盖、进气管、测试电极和出液管，进气管从进气孔延伸进储液容器中，测试电极和出液管均延伸进储液容器中，出液管与溶液管路连通；电解池装置包括上盖板、带孔薄膜和下底板，上盖板封装有待测金属电极，下底板封装有参比电极、辅助电极，待测金属电极与参比电极均与带孔薄膜的通孔连通；下底板设有进液孔和出液孔，进液孔与溶液管路连通。本发明薄液膜厚度、温度、溶解氧含量、成分等重要实验参数可控，对大气腐蚀过程的模拟性好。

Description

流动薄液膜下金属大气腐蚀电化学测试系统

技术领域

本发明涉及模拟大气环境腐蚀技术领域，特别是涉及一种流动薄液膜下金属大气腐蚀电化学测试系统。

背景技术

机械工程装备长期处于各种大气环境下工作，服役过程中无法回避的问题是材料的大气腐蚀失效，据统计，大气腐蚀造成的经济损失占总腐蚀损失的一半以上。因此，研究材料在大气中的腐蚀现象和规律，了解环境因素对材料腐蚀的影响是一项重要且迫切的课题。金属的大气腐蚀过程本质上是发生在薄液膜下的电化学过程，空气中的水通过吸附、凝聚、沉积在金属表面形成电解液膜：当薄液膜较厚时，金属的腐蚀与浸入本体溶液时的情况相似，传统的电解池体系及其测试可获得可靠的实验结果；当薄液膜厚度较薄时，金属的腐蚀虽然也是电化学腐蚀，但其腐蚀机理与本体溶液中存在巨大差异，其中物质的传输、腐蚀产物的堆积、金属离子的水化过程均表现出巨大差异。

目前常用的薄液膜装置是在待测金属表面滴薄液滴，采用具有微分尺尖端的铂针穿过气相、气液界面、液相，直至接触待测金属表面，同时采用欧姆计测试探针和金属间的直流和交流阻抗，若铂针接触到薄液膜表面则电阻从无穷大下降至一个较高值，若铂针接触到金属表面则电阻继续下降至一个较小值，根据电阻值的下降特征可获得薄液膜厚度。该试验装置考虑了薄液膜的厚度测量、三电极体系的放置，但是还存在如下问题：1、该试验装置考虑的因素仍然不够全面，溶液温度、气体含量等多个因素不可控；2、未考虑薄液膜在实际环境中的挥发及环境影响等问题，测试过程中溶液成分与体积不稳定；3、测试过程复杂，给试验人员带来很多不便；4、薄液膜下的电化学测试仍停留在模拟的层面上，虽可以在一定程度上反映材料的腐蚀过程，但与实际自然环境的大气腐蚀存在较大差异。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

本发明的目的是提供一种结构简单、溶液成分、体积、厚度等多种参数可控的流动薄液膜下金属大气腐蚀电化学测试系统，可以根据需求模拟多种大气环境，其中温湿度、空气酸碱度、大气污染物等参数可在较大范围内调节，从而提高电化学测试结果的可靠性和模拟性。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供一种流动薄液膜下金属大气腐蚀电化学测试系统，其包括机架、溶液控制装置、流速控制装置和电解池装置；

所述机架包括用于放置所述溶液控制装置、流速控制装置和电解池装置的支撑架，以及用于依次连接所述溶液控制装置、流速控制装置和电解池装置的溶液管路；

所述溶液控制装置包括储液容器、密封盖、进气管、测试电极和出液管，所述储液容器用于存储实验溶液，所述密封盖上设有进气孔和出气孔，所述进气管从所述进气孔延伸进所述储液容器中，用于向所述储液容器的实验溶液中通入实验气体，所述测试电极和所述出液管均安装在所述密封盖上并延伸进所述储液容器中，所述出液管与所述溶液管路连通，所述测试电极用于实时监测实验溶液的参数；

所述电解池装置包括从上至下依次设置的上盖板、带孔薄膜和下底板，以及将所述上盖板、带孔薄膜和下底板压紧在一起并可调节所述带孔薄膜厚度的紧固机构，所述上盖板封装有待测金属电极，并引出所述待测金属电极的测试导线，所述下底板封装有参比电极、环绕所述参比电极设置的辅助电极，所述待测金属电极与所述参比电极位置正对，且所述待测金属电极与所述参比电极均与所述带孔薄膜的通孔连通；所述下底板设有上下贯通的进液孔和出液孔，所述进液孔与所述溶液管路连通，用于向所述带孔薄膜的通孔中通入所述实验溶液形成流动的薄液膜。

本发明实施例中，所述流速控制装置包括设于所述溶液管路上的水泵、流速调节阀和流量计。

本发明实施例中，所述紧固机构包括固定在所述下底板相对两侧的紧固板，安装在两块所述紧固板之间且位于所述上盖板上方的顶板，所述顶板设有螺纹孔，通过从所述螺纹孔旋进紧固螺钉向所述上盖板施加压力。

本发明实施例中，所述上盖板的上表面设有垫板。

本发明实施例中，两块所述紧固板的顶端均向内水平弯折，形成止挡，所述顶板的上表面两端与所述止挡的下表面贴合。

本发明实施例中，所述待测金属电极的底面与所述上盖板的底面平齐，所述参比电极的上表面与所述下底板的上表面平齐。

本发明实施例中，所述待测金属电极通过环氧树脂封装在所述上盖板。

本发明实施例中，所述测试电极为溶解氧/pH/氯离子测试电极；所述实验气体为氮气/氧气/二氧化碳/二氧化硫。

本发明实施例中，所述上盖板和下底板均由聚四氟乙烯制成；所述参比电极为Ag/AgCl电极，所述辅助电极为环形铂丝。

本发明实施例中，所述支撑架从上至下分为三层，所述溶液控制装置、流速控制装置和电解池装置从上至下设于所述支撑架对应层上。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明实施例提供的一种流动薄液膜下金属大气腐蚀电化学测试系统，设置依次通过溶液管路连接的所述溶液控制装置、流速控制装置和电解池装置，所述溶液控制装置存储实验溶液，并向实验溶液中通入实验气体，测试电极延伸进实验溶液中，用于实时监测实验溶液的参数，并通过溶液管路将实验溶液排入电解池装置；电解池装置包括从上至下紧固在一起的上盖板、带孔薄膜和下底板，带孔薄膜的厚度根据压紧力的大小可调，所述上盖板封装有待测金属电极和测试导线，所述下底板封装有参比电极、环绕所述参比电极设置的辅助电极，所述待测金属电极与所述参比电极位置正对，待测金属电极与所述参比电极均与所述带孔薄膜的通孔连通；所述下底板设有上下贯通的进液孔和出液孔，所述进液孔与所述溶液管路连通，用于向所述带孔薄膜的通孔中通入所述实验溶液形成流动的薄液膜，可以根据需求模拟多种大气环境，其中温湿度、空气酸碱度、大气污染物等参数可在较大范围内调节，从而提高电化学测试结果的可靠性和模拟性。

附图说明

图1为本发明实施例一种流动薄液膜下金属大气腐蚀电化学测试系统的整体示意图；

图2为本发明实施例一种流动薄液膜下金属大气腐蚀电化学测试系统中溶液控制装置的剖视图；

图3为本发明实施例一种流动薄液膜下金属大气腐蚀电化学测试系统中溶液控制装置的另一角度的剖视图；

图4为本发明实施例一种流动薄液膜下金属大气腐蚀电化学测试系统中电解池装置的剖视图；

图中：1：机架；11：支撑架；12：溶液管路；2：溶液控制装置；21：储液容器；22：密封盖；23：进气孔；24：出气孔；25：测试电极；26：出液管；3：流速控制装置；31：水泵；32：流速调节阀；33：流量计；4：电解池装置；41：紧固机构；411：紧固板；412：顶板；413：垫板；414：紧固螺钉；42：上盖板；421：待测金属电极；43：带孔薄膜；44：下底板；441：参比电极；442：辅助电极；443：进液孔；444：出液孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，本发明实施例提供了一种流动薄液膜下金属大气腐蚀电化学测试系统，其包括机架1、溶液控制装置2、流速控制装置3和电解池装置4；

所述机架1包括用于放置所述溶液控制装置2、流速控制装置3和电解池装置4的支撑架11，支撑架11包括上下设置的三层，溶液控制装置2、流速控制装置3和电解池装置4分别对应设于第一、二、三层，以及用于依次连接所述溶液控制装置2、流速控制装置3和电解池装置4的溶液管路12；

如图2和图3所示，所述溶液控制装置2包括储液容器21、密封盖22、进气管、测试电极25和出液管26，所述储液容器21用于存储实验溶液，所述密封盖22上设有进气孔23和出气孔24，所述进气管从所述进气孔23延伸进所述储液容器21中，可以延伸到靠近储液容器21的底部，用于向所述储液容器21的实验溶液中通入实验气体，实验气体可以为氮气/氧气/二氧化碳/二氧化硫等气体，可以根据实验需求选择具体的气体类型，溶液温度、气体含量等参数可调，出气孔24用于排出实验溶液中溢出的多余气体，所述测试电极25和所述出液管26均安装在所述密封盖22上并延伸进所述储液容器21中，所述出液管26与所述溶液管路12连通用于将实验溶液排出到溶液管路12，测试电极25可以为溶解氧/pH/氯离子等测试电极25，可以根据实验需求选择具体的测试电极25，所述测试电极25用于实时监测实验溶液的参数；

如图4所示，所述电解池装置4包括从上至下依次设置的上盖板42、带孔薄膜43和下底板44，以及将所述上盖板42、带孔薄膜43和下底板44压紧在一起并可调节所述带孔薄膜43厚度的紧固机构41，带孔薄膜43的厚度根据紧固机构41所施加的紧固力确定，紧固力加大则带孔薄膜43的厚度变小，紧固力减小则带孔薄膜43的厚度变大，可以根据实验需要自由调节，所述上盖板42封装有待测金属电极421，并从上盖板42的侧边引出所述待测金属电极421的测试导线，所述下底板44封装有参比电极441可以为Ag/AgCl电极和环绕所述参比电极441设置的辅助电极442可以为环形铂丝，以保证电场均匀分布，结构合理，所述待测金属电极421与所述参比电极441位置正对，且所述待测金属电极421与所述参比电极441均与所述带孔薄膜43的通孔连通；所述下底板44设有上下贯通的进液孔443和出液孔444，所述进液孔443与所述溶液管路12连通，以保证溶液充足，用于向所述带孔薄膜43的通孔中通入所述实验溶液形成流动的薄液膜，调节带孔薄膜43的厚度即可控制薄液膜的厚度和体积。该测试系统结构简单、溶液成分、体积、厚度等多种参数可控；流速控制装置3用于控制溶液管路12的流速，即控制储液容器21中的实验溶液流向带孔薄膜43的流速。

本实施例能够根据需求模拟多种大气环境，其中温湿度、空气酸碱度、大气污染物等参数可在较大范围内调节，从而提高电化学测试结果的可靠性和模拟性。

本发明实施例中，具体地，所述流速控制装置3包括设于所述溶液管路12上的水泵31、流速调节阀32和流量计33，打开水泵31的开关，根据流速调节阀32和流量计33调节溶液流速。

本发明实施例中，如图4所示，所述紧固机构41包括固定在所述下底板44相对两侧的紧固板411，即两块紧固板411的下端分别固定在下底板44的相对两侧，安装在两块所述紧固板411之间且位于所述上盖板42上方的顶板412，所述顶板412设有螺纹孔，通过从所述螺纹孔旋进紧固螺钉414当然也可以为紧固螺栓等螺纹紧固件向所述上盖板42施加压力，以压紧上盖板42和下底板44之间的带孔薄膜43，使得带孔薄膜43的厚度可控，此外还可以防止漏水。

本发明实施例中，为了向上盖板42施加均匀的压力，在所述上盖板42的上表面设有垫板413，优选为金属垫板，通过垫板413向上盖板42施加压力，施力效果更好、更均匀。

本发明实施例中，两块所述紧固板411的顶端均向内水平弯折，形成止挡，所述顶板412的上表面两端与所述止挡的下表面贴合，以方便固定顶板412的位置。

本发明实施例中，为了便于安装，实现结构优化，所述待测金属电极421的底面与所述上盖板42的底面平齐，所述参比电极441的上表面与所述下底板44的上表面平齐。

本发明实施例中，所述待测金属电极421通过环氧树脂封装在所述上盖板42，从而固定待测金属电极421的位置，防止松脱。

本发明实施例中，所述上盖板42和下底板44均由聚四氟乙烯制成，聚四氟乙烯是由四氟乙烯经聚合而成的高分子化合物，具有优良的化学稳定性、耐腐蚀性、密封性、高润滑不粘性、电绝缘性和良好的抗老化耐力。

本发明实施例在使用时，先将待测金属电极421线切割成圆形尺寸，焊接测试导线，按要求用砂纸打磨后，用环氧树脂封装于上盖板42上。依次在下底板44上放置带孔薄膜43、上盖板42、垫板413，旋紧紧固螺钉414，置于机架1的第一层待用，然后配置溶液倒入储液容器21，盖密封盖22，调节溶液参数，置于机架1的第三层待用，最后采用溶液管路12依次连接溶液控制装置2、流速控制装置3和电解池装置4，打开水泵31的开关，根据流速调节阀32和流量计33调节溶液流速，完成流动薄液膜下金属大气腐蚀电化学试验系统的安装与调试，进行电化学测试，分析腐蚀情况。

由以上实施例可以看出，本发明结构简单，操作方便，实验效果好；薄液膜厚度、温度、溶解氧含量、成分等重要实验参数可控，对大气腐蚀过程的模拟性好；试验装置小巧、可移动，使用便捷。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种流动薄液膜下金属大气腐蚀电化学测试系统，包括机架、溶液控制装置、流速控制装置和电解池装置；所述机架包括用于放置所述溶液控制装置、流速控制装置和电解池装置的支撑架，以及用于依次连接所述溶液控制装置、流速控制装置和电解池装置的溶液管路；所述溶液控制装置包括储液容器、密封盖、进气管和出液管，所述储液容器用于存储实验溶液，所述密封盖上设有进气孔和出气孔，所述进气管从所述进气孔延伸进所述储液容器中，用于向所述储液容器的实验溶液中通入实验气体，其特征在于，还包括测试电极，所述测试电极和所述出液管均安装在所述密封盖上并延伸进所述储液容器中，所述出液管与所述溶液管路连通，所述测试电极用于实时监测实验溶液的参数；

所述电解池装置包括从上至下依次设置的上盖板、带孔薄膜和下底板，以及将所述上盖板、带孔薄膜和下底板压紧在一起并可调节所述带孔薄膜厚度的紧固机构，所述上盖板封装有待测金属电极，并引出所述待测金属电极的测试导线，所述下底板封装有参比电极、环绕所述参比电极设置的辅助电极，所述待测金属电极与所述参比电极位置正对，且所述待测金属电极与所述参比电极均与所述带孔薄膜的通孔连通；所述下底板设有上下贯通的进液孔和出液孔，所述进液孔与所述溶液管路连通，用于向所述带孔薄膜的通孔中通入所述实验溶液形成流动的薄液膜。

2.根据权利要求1所述的流动薄液膜下金属大气腐蚀电化学测试系统，其特征在于，所述流速控制装置包括设于所述溶液管路上的水泵、流速调节阀和流量计。

3.根据权利要求1所述的流动薄液膜下金属大气腐蚀电化学测试系统，其特征在于，所述紧固机构包括固定在所述下底板相对两侧的紧固板，安装在两块所述紧固板之间且位于所述上盖板上方的顶板，所述顶板设有螺纹孔，通过从所述螺纹孔旋进紧固螺钉向所述上盖板施加压力。

4.根据权利要求3所述的流动薄液膜下金属大气腐蚀电化学测试系统，其特征在于，所述上盖板的上表面设有垫板。

5.根据权利要求3所述的流动薄液膜下金属大气腐蚀电化学测试系统，其特征在于，两块所述紧固板的顶端均向内水平弯折，形成止挡，所述顶板的上表面两端与所述止挡的下表面贴合。

6.根据权利要求1所述的流动薄液膜下金属大气腐蚀电化学测试系统，其特征在于，所述待测金属电极的底面与所述上盖板的底面平齐，所述参比电极的上表面与所述下底板的上表面平齐。

7.根据权利要求1所述的流动薄液膜下金属大气腐蚀电化学测试系统，其特征在于，所述待测金属电极通过环氧树脂封装在所述上盖板。

8.根据权利要求1所述的流动薄液膜下金属大气腐蚀电化学测试系统，其特征在于，所述测试电极为溶解氧/pH/氯离子测试电极；所述实验气体为氮气/氧气/二氧化碳/二氧化硫。

9.根据权利要求1所述的流动薄液膜下金属大气腐蚀电化学测试系统，其特征在于，所述上盖板和下底板均由聚四氟乙烯制成；所述参比电极为Ag/AgCl电极，所述辅助电极为环形铂丝。

10.根据权利要求1所述的流动薄液膜下金属大气腐蚀电化学测试系统，其特征在于，所述支撑架从上至下分为三层，所述溶液控制装置、流速控制装置和电解池装置从上至下设于所述支撑架对应层上。

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