CN109612920B - 一种金属构件大气腐蚀监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种金属构件大气腐蚀监测方法，被监测金属构件的监测形状为圆形，电流电极采用圆弧形，可保证腐蚀电流的均匀性；用金属薄片作为电压电极，减少氯离子对电极体系的污染；电流电极与被监测金属构件、电压电极与被监测金属构件之间存有间隙，不接触、不导通，但距离尽可能近，提高了监测的灵敏度，保证在大气中薄液膜下易形成测量体系；该腐蚀监测传感器可直接粘贴到被监测金属构件表面，不受构件形状限制，可连续监测获得金属构件的瞬时腐蚀速率和累计腐蚀量，不仅可以为工程选材和防腐设计提供数据支撑，还可对运行中的金属构件给出安全预警，确保电力系统安全运行。
Description
技术领域
本发明涉及大气腐蚀监测技术领域，尤其是涉及一种金属构件大气腐蚀监测方法。
背景技术
金属在自然大气条件下发生的腐蚀现象称为大气腐蚀。大气腐蚀主要包括空气的氧化和由于金属表面存在薄液膜导通导致的电化学腐蚀两个部分，其中，电化学腐蚀占全部腐蚀量的90％以上的权重。金属表面在大气环境中一般会吸附厚度不等的水膜，氧气等腐蚀性介质溶解于水膜使其具有导电性，金属氧化释放出的电子被腐蚀介质接收，完成电化学腐蚀过程。
暴露于自然环境中的工程设备、构件，不可避免地遭受腐蚀，是导致设备失效的主要原因之一。我国每年因金属材料大气腐蚀造成的经济损失达上千亿元，开展在线腐蚀监测技术研究，跟踪金属构件在服役环境中的腐蚀行为，检测其在服役环境中的腐蚀速率，获得腐蚀过程信息，保证设备、构件在全寿命周期内安全、经济运行，减缓和减少因大气腐蚀造成的损失，具有重大的社会和经济效益。
腐蚀监测技术从上个世纪八十年代开始，已在国际上获得了广泛的研究。目前常用的监测手段有挂片法、电阻探针法、电化学探针法等。挂片法由于操作周期过长，而且只能反应一段时间内设备的平均腐蚀速度，无法反应某一点、某一时刻的腐蚀信息，无法进行在线监测。电阻探针法探头使用一段时间后，由于表面锈层的存在以及灵敏度的限制，均会使所测结果发生偏差。电化学探针法由于具有响应速度快，反应灵敏、可获得金属材料的腐蚀速率、腐蚀行为等特点，被广泛应用于溶液环境中构件的腐蚀监测。电化学探针法又包括线性极化法、弱极化曲线法、电化学阻抗谱法、电化学噪声法等。
由于大气腐蚀的介质是微量电解质溶液，传统的电化学测试方法难以对这种微量的电解质体系进行准确测量，其最大的困难是在薄液膜下，溶液的欧姆降很大；并且电流(电位)在工作电极表面分布不均匀；参比电极里的离子(如Cl-)的微量污染，也会给薄液膜这微量体系带来很大干扰，给测量带来很大的误差。
目前大气环境中金属材料的腐蚀常采用大气腐蚀监测仪和开尔文探针进行监测。大气腐蚀检测仪所监测到的电流为由异种材料组成的电偶型腐蚀监测传感器在大气中的腐蚀电流和腐蚀电位，不能单独给出反映电偶件腐蚀状况的电化学信息，无法直接获得金属构件自身的腐蚀速率和腐蚀行为。而开尔文探针由于其检测条件要求比较苛刻，不适于现场监测。
综上所述，现有技术中对于大气环境中的在线腐蚀监测存在无法直接获得金属构件本身的腐蚀速率和腐蚀过程信息等问题，尤其是无法对金属构件的腐蚀状况做出准确判断，给出安全预警。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种金属构件大气腐蚀监测方法。
为解决上述的技术问题，本发明提供的技术方案为：
一种金属构件大气腐蚀监测方法，包括以下步骤：
1)准备用于测量金属构件的大气腐蚀的线性极化曲线的腐蚀监测设备和传感器，以实时监测金属构件的极化电阻；
所述传感器包括温度传感器、湿度传感器和腐蚀监测传感器；
所述腐蚀监测传感器包括绝缘基片、电流电极、电压电极、屏蔽电极一、屏蔽电极二、屏蔽电极三、用于与被监测金属接触的被测金属连接片、用于导电的电极引出线；
所述电流电极、电压电极、屏蔽电极一、屏蔽电极二以及屏蔽电极三均平铺设置于所述绝缘基片的正向表面上，所述被测金属连接片平铺设置于所述绝缘基片的反向表面上；
所述绝缘基片上开设有通孔；
所述电流电极为圆弧形片状，所述电流电极从外侧环绕包围着所述绝缘基片上的通孔；
所述电压电极为圆弧形片状，所述电压电极从外侧环绕包围着所述绝缘基片上的通孔，所述电流电极的圆弧内径与所述电压电极的圆弧内径相等，所述电流电极的圆弧外径与所述电压电极的圆弧外径相等，所述电流电极的圆弧的圆心与所述电压电极的圆弧的圆心重合，所述电流电极的圆弧两端分别与相应的所述电压电极的圆弧两端间隔隔开以形成缺口用于使得所述电流电极与电压电极不发生电连接，所述电流电极的弧长为所述电压电极的弧长的2倍，所述电流电极与所述电压电极之间的两个缺口、电压电极以及电流电极构成一个整圆；
所述屏蔽电极一为带有缺口的非闭环的环形片状，所述屏蔽电极一从外侧环绕包围着所述电流电极与电压电极；
所述屏蔽电极二与屏蔽电极三均为圆形片状且位于电压电极与屏蔽电极一之间的环状区域内；
所述电流电极、电压电极、屏蔽电极一、屏蔽电极二、屏蔽电极三以及被测金属连接片中的每一个上均电连接有所述电极引出线；
所述腐蚀监测设备通过对由腐蚀监测传感器和被监测金属构件构成的电解池施加激励电压，绘制线性极化曲线，计算其线性区的极化电阻；
所述腐蚀监测设备引出六组导电线，其中五组导电线分别电连接所述温度传感器、湿度传感器、电压电极、电流电极以及被测金属连接片上的电极引出线，剩余第六组导电线同时电连接所述屏蔽电极一、屏蔽电极二以及屏蔽电极三上的电极引出线，所述电压电极、电流电极和被测金属连接片构成三电极体系，其中所述被测金属连接片作为工作电极，电流电极作为辅助电极，电压电极作为参比电极；
将所述腐蚀监测传感器直接粘贴到被监测金属构件的表面上且使得所述被测金属连接片与所述被监测金属构件的表面直接接触形成电连接，且此时所述绝缘基片上的通孔所露出的被监测金属构件的表面为实际被监测区域；
所述腐蚀监测设备对大气环境的温湿度进行实时监测，当大气中的湿度大于等于40％时，开始线性极化曲线测量；当大气中的湿度小于40％时默认为不腐蚀，不进行线性极化曲线测量；
腐蚀监测包括温湿度测量和线性极化曲线测量，所述温湿度测量周期为1～10分钟测量一次，所述线性极化曲线测量周期为20～60分钟测量一次；
2)根据步骤1)获得的极化电阻，计算金属构件的瞬时腐蚀电流密度；
所述瞬时腐蚀电流密度依据以下公式进行计算：
式中：icorr—瞬时腐蚀电流密度；
B—Stern-Geary系数；
Rp—极化电阻；
所述B值通过对实际监测金属构件在监测环境下测量极化曲线获得或根据文献选择一个参考值；
3)然后通过对不同时刻获得的瞬时腐蚀电流密度进行计算，获得金属构件的瞬时腐蚀速率；
所述被监测金属构件的瞬时腐蚀速率依据以下公式计算：
式中：A—金属原子量；
n—金属化合价；
F—法拉第常数；
icorr—瞬时腐蚀电流密度；
V-—瞬时腐蚀速率；
4)然后对瞬时腐蚀速率进行积分获得金属构件的累计腐蚀量，实时监测金属构件的腐蚀情况；
所述被监测金属构件的累计腐蚀量为：
式中：ΔM—累计腐蚀量；
V-—瞬时腐蚀速率；
t—腐蚀时间。
优选的，所述绝缘基片为0.01～0.5mm厚的柔软的聚酰亚胺、聚对苯二甲酸类塑料或玻璃纤维，所述通孔为圆孔。
优选的，所述电流电极、电压电极、屏蔽电极一、屏蔽电极二、屏蔽电极三、被测金属连接片以及电极引出线的材质为金、银、铜或铂。
优选的，所述电流电极的圆弧内径为3mm～13mm，圆弧外径为5mm～15mm，所述电压电极与电流电极之间的缺口的宽度为1mm～1.5mm。
优选的，所述屏蔽电极一的圆环内径为20～30mm，圆环外径为22～32mm。
优选的，所述屏蔽电极二与屏蔽电极三的直径为0.5～2mm。
本发明提供了一种金属构件大气腐蚀监测方法，本发明利用腐蚀监测传感器连续监测金属构件腐蚀，直接对金属构件进行现场监测，真实反映金属构件的腐蚀情况；
采用柔性腐蚀监测传感器，不受构件形状限制；
被监测金属构件的监测形状为圆形，电流电极采用圆弧形，可保证腐蚀电流的均匀性；
同时被测金属连接片这一电极与电流电极、被测金属连接片这一电极与电压电极之间的距离尽可能近，保证在大气中薄液膜下易形成测量体系；
用金属薄片代替溶液中常用的饱和甘汞电极作为电压电极，减少氯离子对电极体系的污染；
所述腐蚀监测传感器上的电流电极与被测金属连接片、电压电极与被测金属连接片之间存有间隙，不接触、不导通，但距离尽可能近，提高了监测的灵敏度；
所述腐蚀监测传感器可随意贴在要监测金属构件腐蚀状态的部位，不受金属构件形状限制；
本发明与已有金属构件大气在线腐蚀监测方法相比具有不受构件形状限制、可连续监测获得金属构件的瞬时腐蚀速率和累计腐蚀量，通过本发明对重要金属构件实现长期腐蚀监测，对腐蚀数据的积累和确保电力系统安全运行具有重要意义；
该腐蚀监测传感器可直接粘贴到被监测金属构件表面，用来监测金属构件在大气中的腐蚀状况，准确给出金属构件在服役环境中的实时腐蚀速率和腐蚀行为，不仅可以为工程选材和防腐设计提供数据支撑，还可对运行中的金属构件给出安全预警。
附图说明
图1为本发明的实施例提供的一种腐蚀监测传感器的正面结构示意图；
图2为图1的反面结构示意图。
图中：2绝缘基片，3通孔，4电流电极，5电压电极，6屏蔽电极一，7屏蔽电极二，8屏蔽电极三，9被测金属连接片，10电极引出线，11缺口。
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的一部分实施例，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的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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“轴向”、“径向”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“竖直”、“水平”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。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”，可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征的的正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征的正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
参照图1，图1为本发明的实施例提供的一种腐蚀监测传感器的正面结构示意图；图2为图1的反面结构示意图。
本申请提供了一种金属构件大气腐蚀监测方法，包括以下步骤：
1)准备用于测量金属构件的大气腐蚀的线性极化曲线的腐蚀监测设备和传感器，以实时监测金属构件的极化电阻；
所述传感器包括温度传感器、湿度传感器和腐蚀监测传感器；
所述腐蚀监测传感器包括绝缘基片2、电流电极4、电压电极5、屏蔽电极一6、屏蔽电极二7、屏蔽电极三8、用于与被监测金属接触的被测金属连接片9、用于导电的电极引出线10；
所述电流电极4、电压电极5、屏蔽电极一6、屏蔽电极二7以及屏蔽电极三8均平铺设置于所述绝缘基片2的正向表面上，所述被测金属连接片9平铺设置于所述绝缘基片2的反向表面上；
所述绝缘基片2上开设有通孔3；
所述电流电极4为圆弧形片状，所述电流电极4从外侧环绕包围着所述绝缘基片2上的通孔3；
所述电压电极5为圆弧形片状，所述电压电极5从外侧环绕包围着所述绝缘基片2上的通孔3，所述电流电极4的圆弧内径与所述电压电极5的圆弧内径相等，所述电流电极4的圆弧外径与所述电压电极5的圆弧外径相等，所述电流电极4的圆弧的圆心与所述电压电极5的圆弧的圆心重合，所述电流电极4的圆弧两端分别与相应的所述电压电极5的圆弧两端间隔隔开以形成缺口11用于使得所述电流电极4与电压电极5不发生电连接，所述电流电极4的弧长为所述电压电极5的弧长的2倍，所述电流电极4与所述电压电极5之间的两个缺口、电压电极5以及电流电极4构成一个整圆；
所述屏蔽电极一6为带有缺口的非闭环的环形片状，所述屏蔽电极一6从外侧环绕包围着所述电流电极4与电压电极5；
所述屏蔽电极二7与屏蔽电极三8均为圆形片状且位于电压电极5与屏蔽电极一6之间的环状区域内；
所述电流电极4、电压电极5、屏蔽电极一6、屏蔽电极二7、屏蔽电极三8以及被测金属连接片9中的每一个上均电连接有所述电极引出线10；
所述腐蚀监测设备通过对由腐蚀监测传感器和被监测金属构件构成的电解池施加激励电压，绘制线性极化曲线，计算其线性区的极化电阻；
所述腐蚀监测设备引出六组导电线，其中五组导电线分别电连接所述温度传感器、湿度传感器、电压电极5、电流电极4以及被测金属连接片9上的电极引出线10，剩余第六组导电线同时电连接所述屏蔽电极一6、屏蔽电极二7以及屏蔽电极三8上的电极引出线10，所述电压电极5、电流电极4和被测金属连接片9构成三电极体系，其中所述被测金属连接片9作为工作电极，电流电极4作为辅助电极，电压电极5作为参比电极；
将所述腐蚀监测传感器直接粘贴到被监测金属构件的表面上且使得所述被测金属连接片9与所述被监测金属构件的表面直接接触形成电连接，且此时所述绝缘基片2上的通孔3所露出的被监测金属构件的表面为实际被监测区域；
所述腐蚀监测设备对大气环境的温湿度进行实时监测，当大气中的湿度大于等于40％时，开始线性极化曲线测量；当大气中的湿度小于40％时默认为不腐蚀，不进行线性极化曲线测量；
腐蚀监测包括温湿度测量和线性极化曲线测量，所述温湿度测量周期为1～10分钟测量一次，所述线性极化曲线测量周期为20～60分钟测量一次；
2)根据步骤1)获得的极化电阻，计算金属构件的瞬时腐蚀电流密度；
所述瞬时腐蚀电流密度依据以下公式进行计算：
式中：icorr—瞬时腐蚀电流密度；
B—Stern-Geary系数；
Rp—极化电阻；
所述B值通过对实际监测金属构件在监测环境下测量极化曲线获得或根据文献选择一个参考值；
3)然后通过对不同时刻获得的瞬时腐蚀电流密度进行计算，获得金属构件的瞬时腐蚀速率；
所述被监测金属构件的瞬时腐蚀速率依据以下公式计算：
式中：A—金属原子量；
n—金属化合价；
F—法拉第常数；
icorr—瞬时腐蚀电流密度；
V-—瞬时腐蚀速率；
4)然后对瞬时腐蚀速率进行积分获得金属构件的累计腐蚀量，实时监测金属构件的腐蚀情况；
所述被监测金属构件的累计腐蚀量为：
式中：ΔM—累计腐蚀量；
V-—瞬时腐蚀速率；
t—腐蚀时间。
在本申请的一个实施例中，所述绝缘基片2为0.01～0.5mm厚的柔软的聚酰亚胺、聚对苯二甲酸类塑料或玻璃纤维，所述通孔3为圆孔。
在本申请的一个实施例中，所述电流电极4、电压电极5、屏蔽电极一6、屏蔽电极二7、屏蔽电极三8、被测金属连接片9以及电极引出线10的材质为金、银、铜或铂。
在本申请的一个实施例中，所述腐蚀监测设备用于测试微电流，电流测量精度达到皮安级pA；
所述腐蚀监测设备用于测试微电压，电压测试精度达到0.1mV；
所述腐蚀监测设备的槽压为±10V；
所述腐蚀监测设备用于对由腐蚀监测传感器和被监测金属构件构成的电解池施加电压激励信号，上限达±1V。
在本申请的一个实施例中，上述腐蚀监测传感器通过蚀刻法制备而成：首先将加工好的绝缘基片2与厚度为0.1mm的金属铜薄片压合在一起，绝缘基片2的正面和反面均需压合金属铜薄片，然后通过酸性蚀刻形成电流电极4、电压电极5、屏蔽电极一6、屏蔽电极二7、屏蔽电极三8和被测金属连接片9，然后在所述电流电极4、电压电极5、屏蔽电极一6、屏蔽电极二7、屏蔽电极三8以及被测金属连接片9中的每一个上均电连接所述电极引出线10，完成后制得所述腐蚀监测传感器。
在本申请的一个实施例中，上述腐蚀监测传感器通过压合法制备而成：首先加工好绝缘基片2、电流电极4、电压电极5、屏蔽电极一6、屏蔽电极二7、屏蔽电极三8和被测金属连接片9，电流电极4、电压电极5、屏蔽电极一6、屏蔽电极二7、屏蔽电极三8和被测金属连接片9均采用厚度为0.1mm的金属铜薄片加工而成，然后按照电流电极4、电压电极5、屏蔽电极一6、屏蔽电极二7、屏蔽电极三8位于绝缘基片2之上，被测金属连接片9位于绝缘基片2之下，按图1所示位置固定好后，通过压合工艺将其压合成整体，然后在所述电流电极4、电压电极5、屏蔽电极一6、屏蔽电极二7、屏蔽电极三8以及被测金属连接片9中的每一个上均电连接所述电极引出线10，完成后制得所述腐蚀监测传感器。
在本申请的一个实施例中，上述腐蚀监测传感器通过喷墨印刷法制备而成：利用纳米金的溶液按照预设形状和位置通过喷墨印刷印制在加工好的绝缘基片2上，烘干后获得预设形状和位置的电流电极4、电压电极5、屏蔽电极一6、屏蔽电极二7、屏蔽电极三8以及被测金属连接片9，然后在所述电流电极4、电压电极5、屏蔽电极一6、屏蔽电极二7、屏蔽电极三8以及被测金属连接片9中的每一个上均电连接所述电极引出线10，完成后制得所述腐蚀监测传感器。喷墨印刷法获得的金电极厚度为200nm。
在本申请的一个实施例中，上述腐蚀监测传感器通过离子溅射法制备而成：首先加工好绝缘基片2，用光刻法在绝缘基片2上覆盖掩模，在所需电极位置留空，将绝缘基片2放于小型离子溅射仪中，通过小型离子溅射仪将材料溅射在绝缘基片2上，洗去掩模材料获得电流电极4、电压电极5、屏蔽电极一6、屏蔽电极二7、屏蔽电极三8以及被测金属连接片9，然后在所述电流电极4、电压电极5、屏蔽电极一6、屏蔽电极二7、屏蔽电极三8以及被测金属连接片9中的每一个上均电连接所述电极引出线10，完成后制得所述腐蚀监测传感器。溅射后获得的金电极厚度为100nm。
本申请提供了一种腐蚀监测传感器，包括绝缘基片2、电流电极4、电压电极5、屏蔽电极一6、屏蔽电极二7、屏蔽电极三8、被测金属连接片9、电极引出线10；
本发明利用需要被研究构件直接作为测试物体，可实时反映需要被研究构件的腐蚀速率；
电流电极4、电压电极5与被监测金属构件之间的距离约为绝缘基片2的厚度，一致性好且降低了他们的欧姆降；
绝缘基片2上的通孔3采用圆形，电流电极4采用圆弧形片状，可保证腐蚀电流的均匀性；
同时，电流电极4与需要被研究构件之间的距离可根据测试环境进行更改，例如，测试大气环境中的腐蚀时，由于大气中水含量低，在电流电极4与需要被研究构件之间形成的电解液膜比较薄，可通过减少电流电极4的内径尺寸，即减少电流电极4与需要被研究构件之间的距离来提高传感器的灵敏度；当在土壤或溶液环境中进行测试时，则可适当增大电流电极4与被研究构件之间的距离；
传感器引入屏蔽电极一6，可确定被监测构件的面积和位置，给出构件局部腐蚀速率；
上述屏蔽电极一6，屏蔽电极二7，屏蔽电极三8用来屏蔽传感器外面的金属构件的腐蚀电流，当传感器被贴在被监测构件上测量时，通过外围电路监控屏蔽电极二7和屏蔽电极三8之间的电位差并通过给屏蔽电极一6一定的电流补偿，保证屏蔽电极二7和屏蔽电极三8的电位相同，即屏蔽电极二7和屏蔽电极三8之间无电流，保证传感器外的电流不会到达电流电极4，确保金属构件的被监测面积为传感器上的通孔3面积；
传感器采用柔性材料制备而成，不受金属构件形状限制，适用于各种形状金属构件的各部位腐蚀监测；
本发明研制了可直接贴在被测金属构件上进行监测的柔性腐蚀监测传感器，可对服役金属构件在服役环境下进行腐蚀监测，不受构件形状及服役环境限制；
该腐蚀监测传感器具有操作便捷，可控性强，制造成本低，适用于工业化大规模生产。
实施例1
发明人选取一块长方形锌板将其放在大气环境腐蚀试验箱中对其进行腐蚀监测，设置大气环境腐蚀实验箱中的温度为26℃，设置实验箱的湿度程序为80％4小时，60％4小时，30％4小时，试验时间为15天；
所选锌板尺寸为：200mm×50mm×2mm，首先采用400#金相砂纸对锌板表面进行轻微打磨，去掉毛刺和凸起；
然后采用10μm的双面胶将温度传感器、湿度传感器和腐蚀监测传感器贴到锌板上，采用专用工具对传感器进行擀压，确保传感器与锌板紧密贴合；
然后将腐蚀监测设备上的六组导电线分别与相应的传感器相连，进行腐蚀监测；
采用温度传感器与湿度传感器监测实验箱中的环境温湿度，监测周期为每10分钟监测一次，当实验箱中的湿度大于等于40％时，进行线性极化曲线测试，测量周期为20分钟。线性极化测试所加电位为±10mV，测量速度为5mV/s；
然后通过测量获得的线性极化曲线计算出极化电阻；
然后通过在实际环境中测量塔菲尔曲线获得B值为23mV，通过计算获得瞬时腐蚀电流密度；
然后对锌板连续监测15天，通过积分获得锌板累计腐蚀量，通过腐蚀速率计算获得锌板在大气环境腐蚀实验箱中15天的平均腐蚀速率为0.338μm/a；
同时加工一批规格为100mm×30mm×2mm的锌板试样，数量为4，其中3个为平行试样，1个为空白试样，采用超声波清洗器对锌板试样进行清洗，烘干、称重，然后将3个平行锌板试样、腐蚀监测传感器与腐蚀监测设备一起放入大气环境腐蚀实验箱，进行为期15天的腐蚀试验；实验结束后，将锌板试样取出，按照GB/T 16545-2015去除试样上的腐蚀产物，然后再对试样进行清洗、烘干、称重，采用腐蚀失重法，计算锌板平均腐蚀速率为0.341μm/a。
经对比，可见：通过本腐蚀监测方法和腐蚀失重法获得的锌大气腐蚀速率基本一致。
实施例2
发明人选择某220kV变电站内的钢结构镀锌杆塔的塔脚附近的联板进行腐蚀监测。
首先采用400#金相砂纸对被监测部位联板表面的镀锌层进行轻微打磨，去掉毛刺和凸起。然后采用10μm的双面胶将传感器贴到联板上的被监测部位，采用专用工具对传感器进行擀压，确保传感器与构件紧密贴合；
然后将腐蚀监测设备上的六组导电线分别与相应的传感器相连，打开腐蚀监测设备，首先监测大气环境的温湿度，当大气环境的湿度大于等于40％时，开始进行线性极化曲线测试，线性极化曲线测试所加电位为±10mV，测量速度为5mV/s；
然后通过测量获得的线性极化曲线计算出极化电阻；
然后根据文献和运行经验选择B值为26mV，通过计算获得瞬时腐蚀电流密度；
然后对联板连续监测三个月，通过积分获得联板累计腐蚀量，通过腐蚀速率计算公式获得联板在被监测的三个月的平均腐蚀速率为0.245μm/a；
同时加工一批规格为100mm×30mm×5mm，材质与联板相同的镀锌试样，对试样进行清洗、烘干、称重，然后将试样挂在被监测杆塔的联板位置，进行现场暴露试验，暴露试验时间和周期与联板腐蚀监测时间和周期相同；试验结束后，将试样取回，按照GB/T 16545-2015去除试样上的腐蚀产物，然后再对试样进行清洗、烘干、称重，通过腐蚀失重计算暴露试样平均腐蚀速率为0.255μm/a。
经对比，可见：现场暴露试验获得的试样腐蚀速率与采用腐蚀监测传感器在线监测获得的联板腐蚀速率一致性很好，在线监测可准确给出钢构件的大气腐蚀速率。
本发明未详尽描述的方法和装置均为现有技术，不再赘述。
本文中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (5)
1.一种金属构件大气腐蚀监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)准备用于测量金属构件的大气腐蚀的线性极化曲线的腐蚀监测设备和传感器，以实时监测金属构件的极化电阻；
所述传感器包括温度传感器、湿度传感器和腐蚀监测传感器；
所述腐蚀监测传感器包括绝缘基片、电流电极、电压电极、屏蔽电极一、屏蔽电极二、屏蔽电极三、用于与被监测金属接触的被测金属连接片、用于导电的电极引出线；
所述电流电极、电压电极、屏蔽电极一、屏蔽电极二以及屏蔽电极三均平铺设置于所述绝缘基片的正向表面上，所述被测金属连接片平铺设置于所述绝缘基片的反向表面上；
所述绝缘基片上开设有通孔；
所述电流电极为圆弧形片状，所述电流电极从外侧环绕包围着所述绝缘基片上的通孔；
所述电压电极为圆弧形片状，所述电压电极从外侧环绕包围着所述绝缘基片上的通孔，所述电流电极的圆弧内径与所述电压电极的圆弧内径相等，所述电流电极的圆弧外径与所述电压电极的圆弧外径相等，所述电流电极的圆弧的圆心与所述电压电极的圆弧的圆心重合，所述电流电极的圆弧两端分别与相应的所述电压电极的圆弧两端间隔隔开以形成缺口用于使得所述电流电极与电压电极不发生电连接，所述电流电极的弧长为所述电压电极的弧长的2倍，所述电流电极与所述电压电极之间的两个缺口、电压电极以及电流电极构成一个整圆；
所述屏蔽电极一为带有缺口的非闭环的环形片状，所述屏蔽电极一从外侧环绕包围着所述电流电极与电压电极；
所述屏蔽电极二与屏蔽电极三均为圆形片状且位于电压电极与屏蔽电极一之间的环状区域内；
所述电流电极、电压电极、屏蔽电极一、屏蔽电极二、屏蔽电极三以及被测金属连接片中的每一个上均电连接有所述电极引出线；
所述腐蚀监测设备通过对由腐蚀监测传感器和被监测金属构件构成的电解池施加激励电压，绘制线性极化曲线，计算其线性区的极化电阻；
所述腐蚀监测设备引出六组导电线，其中五组导电线分别电连接所述温度传感器、湿度传感器、电压电极、电流电极以及被测金属连接片上的电极引出线，剩余第六组导电线同时电连接所述屏蔽电极一、屏蔽电极二以及屏蔽电极三上的电极引出线，所述电压电极、电流电极和被测金属连接片构成三电极体系，其中所述被测金属连接片作为工作电极，电流电极作为辅助电极，电压电极作为参比电极；
将所述腐蚀监测传感器直接粘贴到被监测金属构件的表面上且使得所述被测金属连接片与所述被监测金属构件的表面直接接触形成电连接，且此时所述绝缘基片上的通孔所露出的被监测金属构件的表面为实际被监测区域；
所述腐蚀监测设备对大气环境的温湿度进行实时监测，当大气中的湿度大于等于40％时，开始线性极化曲线测量；当大气中的湿度小于40％时默认为不腐蚀，不进行线性极化曲线测量；
腐蚀监测包括温湿度测量和线性极化曲线测量，所述温湿度测量周期为1～10分钟测量一次，所述线性极化曲线测量周期为20～60分钟测量一次；
2)根据步骤1)获得的极化电阻，计算金属构件的瞬时腐蚀电流密度；
所述瞬时腐蚀电流密度依据以下公式进行计算：
式中：icorr—瞬时腐蚀电流密度；
B—Stern-Geary系数；
Rp—极化电阻；
所述B值通过对实际监测金属构件在监测环境下测量极化曲线获得或根据文献选择一个参考值；
3)然后通过对不同时刻获得的瞬时腐蚀电流密度进行计算，获得金属构件的瞬时腐蚀速率；
所述被监测金属构件的瞬时腐蚀速率依据以下公式计算：
式中：A—金属原子量；
n—金属化合价；
F—法拉第常数；
icorr—瞬时腐蚀电流密度；
V-—瞬时腐蚀速率；
4)然后对瞬时腐蚀速率进行积分获得金属构件的累计腐蚀量，实时监测金属构件的腐蚀情况；
所述被监测金属构件的累计腐蚀量为：
式中：ΔM—累计腐蚀量；
V-—瞬时腐蚀速率；
t—腐蚀时间；
所述绝缘基片为0.01～0.5mm厚的柔软的聚酰亚胺、聚对苯二甲酸类塑料或玻璃纤维，所述通孔为圆孔。
2.根据权利要求1所述的金属构件大气腐蚀监测方法，其特征在于，所述电流电极、电压电极、屏蔽电极一、屏蔽电极二、屏蔽电极三、被测金属连接片以及电极引出线的材质为金、银、铜或铂。
3.根据权利要求1所述的金属构件大气腐蚀监测方法，其特征在于，所述电流电极的圆弧内径为3mm～13mm，圆弧外径为5mm～15mm，所述电压电极与电流电极之间的缺口的宽度为1mm～1.5mm。
4.根据权利要求1所述的金属构件大气腐蚀监测方法，其特征在于，所述屏蔽电极一的圆环内径为20～30mm，圆环外径为22～32mm。
5.根据权利要求1所述的金属构件大气腐蚀监测方法，其特征在于，所述屏蔽电极二与屏蔽电极三的直径为0.5～2mm。
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