CN109632617B - 一种实时监测铝合金腐蚀速率的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种实时监测铝合金腐蚀速率的方法，其主要结构是将电火花加工法得到的传感器工作电极和辅助电极通过梳状交叉的方式固定于基板，然后将铜质导线通过螺栓分别固定于双电极表面，最后利用环氧树脂胶水包裹螺栓和传感器的背面、四周。本发明还提供了一种利用该传感器实时监测铝合金腐蚀速率时对监测结果的修正方法，通过不同扫描速率下进行极化电阻测量，得到腐蚀体系极化电阻随电位扫描速率的变化关系，推导出腐蚀体系极化电阻的修正公式，从而消除传感器在测量过程中因快速充放电而产生的附加电流对监测结果的影响，实现对监测结果的修正。本发明提供的监测铝合金腐蚀速率传感器结构简单、监测误差修正方法应用方便，能够有效地对铝合金结构实现实时、精确、连续监测。

Description

一种实时监测铝合金腐蚀速率的方法
技术领域
本发明是一种实时监测铝合金腐蚀速率的方法，属于金属材料腐蚀检测技术领域。
背景技术
铝合金具有优异的力学性能，它易加工、耐久性高、重量轻，广泛的应用于机械制造业以及航空工业当中。铝合金是飞机桁架，大梁的主要材料，但是在长期使用当中，铝合金表面会出现破损，这些破损部位暴露在环境当中，使得铝合金表面出现腐蚀。腐蚀初期铝合金表面由银白色变为暗淡的灰色，失去金属光泽，随着腐蚀加剧，铝合金表面会出现点蚀坑，这些腐蚀坑会沿着横向和纵向发展，严重影响了铝合金结构的性能。腐蚀坑的出现提高了材料腐蚀局部应力集中系数，使得这些部位成了材料疲劳断裂的高危部位，所以对铝合金腐蚀程度进行正确有效和及时的评估变得十分重要。
由于铝合金腐蚀具有隐蔽性、随机性，相关铝合金腐蚀检测大多着眼于表面形貌检测和评估。目前铝合金材料的腐蚀检测和评估手段主要是通过目测法以及计算机图像分形技术，这些方法手段被动、效率低、必须停机检测，同时，只能描述腐蚀面积大小，无法给出腐蚀进行的深度，也不能对铝合金腐蚀进行实时在线的监测。
随着电化学监测技术的不断发展，基于电化学原理的腐蚀监测系统在腐蚀监测中体现了其特有的优势。其中，线性极化法作为一种快速、灵敏、准确的电化学腐蚀测量方法，可以直接通过测量腐蚀速率来对腐蚀体系实现在线监测。随着其技术发展的日益成熟，线性极化技术已成为发达国家在石油、化工等领域首选的腐蚀监测技术。然而，线性极化技术的测量精度受到诸多因素的影响，特别是当测量所用电化学系统为双电极体系时，由于双电层电容效应的影响，在利用线性极化法进行测量将使得腐蚀体系在连续的快速充放电过程中产生附加电流，从而导致腐蚀体系极化电阻的测量结果精度不佳。
文献“一种多参数小型化飞机结构腐蚀环境监测技术”公开了一种基于线性极化法的电化学传感器，将传感器暴露于腐蚀环境中，通过监测节点对传感器施加激励电压，记录传感器的输出，从而实现对腐蚀环境氯离子浓度的监测。该传感器通过输出电压大小表征腐蚀环境氯离子浓度高低，无法得到腐蚀体系的极化电阻，从而不能实现腐蚀体系瞬时速率的监测；同时，传感器电极通过真空蒸镀的方法制得，厚度过小，亦无法满足长时间的监测需求。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种实时监测铝合金腐蚀速率的方法，其目的是更准确得到极化电阻值，进而推算出更精确的腐蚀速率。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
该种实时监测铝合金腐蚀速率的方法，其特征在于：该方法的步骤如下：
步骤一、制作传感器，在聚酰亚胺基板5上制作工作电极1和辅助电极2，工作电极1和辅助电极2与待测工件材料相同，工作电极1和辅助电极2呈梳齿形且相互交叉排布，工作电极1和辅助电极2分别通过固定螺栓3引出导线4；
步骤二、将两根导线4分别连接至电化学工作站的阳极、阴极，然后在不同扫描速率下测量传感器的极化电阻，计算每一个扫描速率下的极化电阻的平均值，绘制不同扫描速率与其极化电阻的平均值之间的关系曲线，对该关系曲线进行拟合得到斜率；
步骤三、根据该斜率推导出传感器极化电阻的修正公式如下：
Figure BDA0001920066760000021
式中：Rp为极化电阻的实际值，
Figure BDA0001920066760000022
为极化电阻的测量值，Ydl为腐蚀体系的附加导纳；
步骤四、将完成极化电阻修正公式后的传感器安装到待测工件的表面，在实时监测过程中，测量该传感器的极化电阻值并根据上述公式1进行修正，得到修正后的传感器的极化电阻值，再根据修正后的传感器的极化电阻值与腐蚀速率的关系推导出待测工件的腐蚀速率。
进一步，工作电极1和辅助电极2均为矩齿形，工作电极1的齿宽0.15～0.25mm，辅助电极2的齿宽0.45～0.70mm。
进一步，工作电极1的齿宽0.15mm，辅助电极2的齿宽0.45mm。
进一步，在工作电极1和辅助电极2安装固定螺栓3的孔的直径为0.5～1.5mm。
进一步，在工作电极1和辅助电极2安装固定螺栓3的孔的直径为0.5mm。
进一步，步骤二中所述的扫描速率分别为0.5mV/s、1mV/s、2mV/s、3mV/s、4mV/s、5mV/s，每一个扫描速率测量5组极化电阻值，再计算每一个扫描速率下的极化电阻的平均值。
本发明方法在于线性极化测量时，通过不同扫描速率下的极化电阻测量，得到腐蚀体系极化电阻随电位扫描速率的变化关系，对结果进行线性拟合得到曲线的斜率，推到出腐蚀体系极化电阻的修正公式，从而消除传感器在测量过程中因快速充放电而产生的附加电流对监测结果的影响，修正监测结果，实现对铝合金结构的实时、精确监测。
附图说明
图1为本发明的传感器结构示意图。
图2为实施例中不同扫描速率与其极化电阻的平均值之间的关系曲线
具体实施方式
以下结合附图对本发明作更详细的说明。
如附图1所示，本发明技术方案中制作的用于实时监测铝合金腐蚀速率的传感器工作电极1、辅助电极2、螺栓3、导线4和聚酰亚胺基板5，该传感器的制作过程如下：
步骤1、制作电极，选用与待测工件相同的材料，利用电火花加工工艺制作工作矩齿形的电极1和辅助电极2，电极1和辅助电极2呈梳齿形且相互交叉排布，工作电极1和辅助电极2分别通过固定螺栓3引出导线4，工作电极1和辅助电极2均为矩齿形，工作电极1的齿宽0.2mm，辅助电极2的齿宽0.6mm；
步骤2、工作电极1和辅助电极2加工完成后，分别利用碳酸钠溶液、纯净水和乙醇溶液在数控超声波清洗器中对电极表面进行清洗，去除电火花加工工作液残留；
步骤3、工作电极1和辅助电极2通过环氧树脂胶水固定于聚酰亚胺基板5上，聚酰亚胺基板5尺寸为15mm*22mm，利用环氧树脂胶水对工作电极1和辅助电极2的四周进行封胶处理，留出有效腐蚀面积；
步骤4、利用电钻将工作电极1和辅助电极2端部打孔，孔直径为1.5mm；利用固定螺钉3将所述导线4固定于电极表面，导线4多余部分利用焊锡包裹；利用环氧树脂胶水包裹螺栓3；
步骤5、待环氧树脂胶水凝固后，利用无水乙醇清洗传感器表面，并利用电吹风吹干。
接上述步骤，对该传感器的极化电阻进行修正的过程如下：
步骤6、将两根导线4分别连接至电化学工作站的阳极、阴极，然后在不同扫描速率下测量传感器的极化电阻，所述的扫描速率分别为0.5mV/s、1mV/s、2mV/s、3mV/s、4mV/s、5mV/s，每一个扫描速率测量5组极化电阻值，再计算每一个扫描速率下的极化电阻的平均值；如表1所示：
表1为实施例中不同扫描速率的下的极化电阻测量结果。
Figure BDA0001920066760000041
步骤7、计算每一个扫描速率下的极化电阻的平均值，绘制不同扫描速率与其极化电阻的平均值之间的关系曲线，如图2所示，对该关系曲线进行拟合得到斜率；根据该斜率推导出传感器极化电阻的修正公式如下：
Figure BDA0001920066760000051
式中：Rp为极化电阻的实际值，
Figure BDA0001920066760000052
为极化电阻的测量值，Ydl为腐蚀体系的附加导纳，Ydl＝4.178×10-5。
步骤8、将完成极化电阻修正公式后的传感器安装到待测工件的表面，在实时监测过程中，测量该传感器的极化电阻值并根据上述公式1进行修正，得到修正后的传感器的极化电阻值，再根据修正后的传感器的极化电阻值与腐蚀速率的关系推导出待测工件的腐蚀速率。

Claims (6)

1.一种实时监测铝合金腐蚀速率的方法，其特征在于：该方法的步骤如下：
步骤一、制作传感器，在聚酰亚胺基板(5)上制作工作电极(1)和辅助电极(2)，工作电极(1)和辅助电极(2)与待测工件材料相同，工作电极(1)和辅助电极(2)呈梳齿形且相互交叉排布，工作电极(1)和辅助电极(2)分别通过固定螺栓(3)引出导线(4)；
步骤二、将两根导线(4)分别连接至电化学工作站的阳极、阴极，然后在不同扫描速率下测量传感器的极化电阻，计算每一个扫描速率下的极化电阻的平均值，绘制不同扫描速率与其极化电阻的平均值之间的关系曲线，对该关系曲线进行拟合得到斜率；
步骤三、根据该斜率推导出传感器极化电阻的修正公式如下：
Figure FDA0001920066750000011
式中：Rp为极化电阻的实际值，
Figure FDA0001920066750000012
为极化电阻的测量值，Ydl为腐蚀体系的附加导纳；
步骤四、将完成极化电阻修正公式后的传感器安装到待测工件的表面，在实时监测过程中，测量该传感器的极化电阻值并根据上述公式1进行修正，得到修正后的传感器的极化电阻值，再根据修正后的传感器的极化电阻值与腐蚀速率的关系推导出待测工件的腐蚀速率。
2.根据权利要求1所述的实时监测铝合金腐蚀速率的方法，其特征在于：工作电极(1)和辅助电极(2)均为矩齿形，工作电极(1)的齿宽0.15～0.25mm，辅助电极(2)的齿宽0.45～0.70mm。
3.根据权利要求2所述的实时监测铝合金腐蚀速率的方法，其特征在于：工作电极(1)的齿宽0.15mm，辅助电极(2)的齿宽0.45mm。
4.根据权利要求1所述的实时监测铝合金腐蚀速率的方法，其特征在于：在工作电极(1)和辅助电极(2)安装固定螺栓(3)的孔的直径为0.5～1.5mm。
5.根据权利要求4所述的实时监测铝合金腐蚀速率的方法，其特征在于：在工作电极(1)和辅助电极(2)安装固定螺栓(3)的孔的直径为0.5mm。
6.根据权利要求1所述的实时监测铝合金腐蚀速率的方法，其特征在于：步骤二中所述的扫描速率分别为0.5mV/s、1mV/s、2mV/s、3mV/s、4mV/s、5mV/s，每一个扫描速率测量5组极化电阻值，再计算每一个扫描速率下的极化电阻的平均值。
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