CN111398153B - 一种模拟复杂工况的腐蚀实验装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及腐蚀实验装置，具体为一种模拟复杂工况的腐蚀实验装置。在能源系统中，管材内外壁表面经常与不同的腐蚀环境接触。本发明主要由两个实验区组成，实验区内分别模拟管材内外侧腐蚀溶液环境，试样两个表面分别与两个实验区中的溶液接触。本发明可进行浸泡实验和电化学实验。进行电化学实验时，工作电极（试样）的两个表面分别与两个实验区中的溶液接触；两个辅助电极分别与工作电极的两个表面正对，参比电极放在一侧的实验区中，并靠近工作电极表面。根据实验需要，可以在实验区中分别模拟管材内外壁的腐蚀环境，进行实验。

Description

一种模拟复杂工况的腐蚀实验装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及腐蚀实验装置，具体为一种模拟复杂工况的腐蚀实验装置。

背景技术

随着现代经济和社会的高速发展，能源问题日益突出。在能源系统中，管材内外壁表面状态不同，而且常与不同的腐蚀环境接触。

以传热管为例：核电作为一种清洁、高效的能源越来越被广泛利用，其中最主要的利用形式是核能发电。压水堆核电站是技术最为成熟、应用最为广泛的一种方式，压水堆核电站的蒸汽发生器是连接核电一回路和二回路的边界，它将反应堆产生的热量传递给蒸汽发生器的二次侧，产生蒸汽推动汽轮机做功。同时，它又是分隔一次侧和二次侧介质的屏障，它对于核电站的安全运行非常重要。然而，压水堆核电站的运行经验表明，蒸汽发生器传热管断裂事故在核电站非停事故中居首要地位。因此，蒸汽发生器传热管的腐蚀与应力腐蚀行为研究备受关注。由于蒸汽发生器管所处的特殊位置，其腐蚀行为极为复杂。目前，国际上对蒸汽发生器管的腐蚀行为研究主要分为两部分，一部分是研究蒸汽发生器管在一回路中的腐蚀行为，另外一部分则研究蒸汽发生器管在二回路中的腐蚀行为。两部分研究工作相对独立，然而实际工作环境中蒸汽发生器管内外管壁的腐蚀是同时发生的。

以埋地供水管道为例：火电机组运行过程中需要大量供水，部分电厂距离水源较远，需要通过埋地管道进行长距离供水。然而，腐蚀是导致钢质埋地管道泄漏的主要原因。近年来，国内运行时间较长的老旧电厂埋地管道腐蚀泄漏问题日益突出，导致外腐蚀的主要原因是钢管表面的原有防腐层逐渐老化破损，尤其在制备、安装过程中防腐层的损伤部位优先发生腐蚀。另外，大多电厂未对埋地供水管道安装阴极保护系统，腐蚀监检测和日常管理及维护较为困难。导致内腐蚀的主要原因是部分电厂在水源地泵房内往往没有对来水进行处理。近年来，由于工业排放、水质污染等因素加剧了水质恶化，加速了管道内部结垢，并导致严重的垢下腐蚀。管道内部的水环境和外部的土壤环境截然不同。

当前，金属材料及其表面防腐涂层的腐蚀行为研究大多在单一的腐蚀性环境中进行，缺乏模拟管材实际工况的腐蚀实验研究。为了综合研究管材内外壁的腐蚀行为，我们设计了这一腐蚀实验装置。目前，这一方法和装置在国内外未见公开报道。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种综合研究管材内外部同时接触两种腐蚀性溶液环境的腐蚀行为的方法和装置，综合考虑内外两侧表面上所进行的腐蚀，避免采用单一溶液腐蚀行为研究评价所带来的偏差。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种模拟复杂工况的腐蚀实验装置，其特征是，包括有机玻璃罐，所述有机玻璃罐的内部设置有插槽，所述插槽上活动插接有插板，所述插板将有机玻璃罐的内部分成两个实验区，所述插板的中部设置有用于安装试样的安装孔，所述有机玻璃罐的顶部安装有密封盖。

进一步的，所述试样上连接有导线，所述有机玻璃罐内设置有参比电极和辅助电极，所述有机玻璃罐内盛装有溶液。

进一步的，所述试样位于有机玻璃罐的中部，且试样分别与两个实验区内部的溶液接触。

所述的模拟复杂工况的腐蚀实验装置的使用方法，其特征是，过程如下：将试样封装在插板的安装孔内，并保持试样的两个测试表面裸露，之后将带有封装试样的插板插入插槽内，将插槽和插板之间进行密封，防止一侧实验区的溶液泄漏到另外一侧实验区内；

进行电化学实验时，试样的两个表面分别与两个实验区中的溶液接触，两个实验区内的辅助电极分别与试样的两个表面相向布置，参比电极布置在一侧的实验区中，且参比电极的尖端靠近试样的表面；

待研究的试样作为工作电极同时与两种溶液接触，工作电极上焊接的导线与电化学工作站的工作电极接口相连；两个辅助电极分别与工作电极的两个表面正对，两个辅助电极上连接的导线均与电化学工作站的辅助电极接口相连；参比电极上引出的导线与电化学工作站的参比电极接口相连；启动电化学工作站进行工作。

进一步的，试样两侧的表面状态可以采用原始表面状态、喷丸、抛光、机械打磨和激光熔覆等。

进一步的，试样两侧的表面可根据实际情况制备表面涂层。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：

1、本发明通过在两个实验区中分别加入不同的溶液，从而模拟实际服役工况，可用于综合研究管材内外部同时接触两种腐蚀性溶液环境的腐蚀行为。

2、本发明为管道内外壁一侧腐蚀环境变化对整体管道腐蚀行为影响的研究提供了条件。

3、本发明可分别用于腐蚀浸泡实验和电化学实验。利用电化学工作站进行腐蚀行为研究时，可以精确测量材料的自腐蚀电位和电流密度等腐蚀电化学参数。

附图说明

图1是本发明实施例中腐蚀实验装置的结构示意图。

图2是本发明实施例中插板的结构示意图。

图3是本发明实施例中腐蚀实验装置的电路示意图。其中，P代表极化电源；mA代表电流表；V为测量或控制电极电势的仪器；C代表辅助电极；R代表参比电极。

图4是本发明实施例中实验所得的极化曲线图。

图中：有机玻璃罐1、导线2、参比电极3、辅助电极4、密封盖5、溶液液面6、试样7、插板8、插槽9、安装孔10、实验区11。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

实施例1。

参见图1至图2，本实施例中，一种模拟复杂工况的腐蚀实验装置，包括有机玻璃罐1，有机玻璃罐1的内部设置有插槽9，插槽9上活动插接有插板8，插板8将有机玻璃罐1的内部分成两个实验区11，插板8的中部设置有用于安装试样7的安装孔10，有机玻璃罐1的顶部安装有密封盖5。

本实施例中，试样7上连接有导线2，有机玻璃罐1内盛装有溶液，参比电极3和辅助电极4置于溶液液面6以下。

本实施例中，试样7位于有机玻璃罐1的中部，且试样7分别与两个实验区11内部的溶液接触。

使用方法：将试样7封装在插板8的安装孔10内，并保持试样7的两个测试表面裸露，之后将带有封装试样7的插板8插入插槽9内，将插槽9和插板8之间进行密封，防止一侧实验区11的溶液泄漏到另外一侧实验区11内；在试样7封装时，将一侧焊有导线2的片状电化学试样7用硅胶封在插板8的安装孔10处。

进行电化学实验时，试样7的两个表面分别与两个实验区11中的溶液接触，两个实验区11内的辅助电极4分别与试样7的两个表面相向布置，参比电极3布置在一侧的实验区11中，且参比电极的尖端靠近试样7的表面。

待研究的试样7作为工作电极同时与两种溶液接触，工作电极上焊接的导线2与电化学工作站的工作电极接口相连；两个辅助铂电极分别与工作电极的两个表面正对，两个辅助铂电极上焊接的导线2均与电化学工作站的辅助电极接口相连；参比电极3置于一侧的实验区11中，参比电极3上引出的导线2与电化学工作站的参比电极接口相连；启动电化学工作站进行工作。

实施例2。

1、将试样7的两个表面逐级打磨，抛光到3.5 μm，然后用蒸馏水冲洗干净。

本实施例中试样7所用的材料是纯度为99.9%的电解镍。

2、在试样7的厚度方向用一根外表包有聚四氟热缩管的不锈钢丝点焊在上面，再次将试样7冲洗干净。

3、将试样7置于插板8中间的安装孔10内，用704硅胶小心将试样7封好，保持试样7的两个测试面裸露，同时保证两侧实验区11之间相互隔绝。

4、待硅胶干后，将封有试样7的插板8插入插槽9中。再次用704硅胶将试样7和插板8的连接位置密封好，防止一侧溶液泄漏到另外一侧。

5、在有机玻璃罐1的两侧分别加入不同溶液。

本实施例中有机玻璃罐1的两侧分别加入0.1mol/L的NaOH溶液和0.1mol/L的Na₂SO₄溶液。

6、将辅助电极4与参比电极3安放好。两个辅助电极4分别与工作电极（试样7）的两个表面正对。

本实施例中的辅助电极4是Pt电极，参比电极3是饱和甘汞电极。参比电极3放置在含0.1mol/L的NaOH溶液一侧。

7、将三个电极分别与电化学工作站相连接，启动电化学工作站。

本实施例中采用的电化学工作站是美国Princeton公司生产的电化学工作站273A。工作电极和参比电极3分别与电化学工作站上相应的端口相连接，两个辅助电极4通过导线2相互连接后与电化学工作站的辅助电极端口相连接。

8、在电脑中设定电化学工作站的运行程序和相关参数。

本实施例测试的是试样7在两种溶液中的极化行为。其中，扫描电位从-0.25 V（相对于自腐蚀电位）到接近1.2 V（相对于饱和甘汞电极），扫描速率为0.1667 mV/s。

9、实验结束后，从电脑中导出实验结果，进行数据处理和数据分析。

本实施例中，通过数据处理和数据分析可以看出：试样7同时接触两种溶液时的腐蚀行为与试样7在单一溶液中的腐蚀行为，如单一的0.1mol/L NaOH溶液和单一的0.1mol/LNa₂SO₄中的腐蚀行为，有显著不同。

试验结果表明，本装置适用于各种同时与两种溶液接触时金属材料的腐蚀行为研究。

本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

虽然本发明已以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种模拟复杂工况的腐蚀实验装置的使用方法，其特征是，腐蚀实验装置包括有机玻璃罐（1），所述有机玻璃罐（1）的内部设置有插槽（9），所述插槽（9）上活动插接有插板（8），所述插板（8）将有机玻璃罐（1）的内部分成两个实验区（11），所述插板（8）的中部设置有用于安装试样（7）的安装孔（10），所述有机玻璃罐（1）的顶部安装有密封盖（5）；

所述试样（7）上连接有导线（2），所述有机玻璃罐（1）内设置有参比电极（3）和辅助电极（4），所述有机玻璃罐（1）内盛装有溶液；

所述试样（7）位于有机玻璃罐（1）的中部，且试样（7）分别与两个实验区（11）内部的溶液接触；

使用方法过程如下：将试样（7）封装在插板（8）的安装孔（10）内，并保持试样（7）的两个测试表面裸露，之后将带有封装试样（7）的插板（8）插入插槽（9）内，将插槽（9）和插板（8）之间进行密封，防止一侧实验区（11）的溶液泄漏到另外一侧实验区（11）内；

进行电化学实验时，试样（7）的两个表面分别与两个实验区（11）中的溶液接触，两个实验区（11）内的辅助电极（4）分别与试样（7）的两个表面相向布置，参比电极（3）布置在一侧的实验区（11）中，且参比电极的尖端靠近试样（7）的表面；

待研究的试样（7）作为工作电极同时与两种溶液接触，工作电极上连接的导线（2）与电化学工作站的工作电极接口相连；两个辅助电极（4）上连接的导线（2）均与电化学工作站的辅助电极接口相连；参比电极（3）上引出的导线（2）与电化学工作站的参比电极接口相连；启动电化学工作站进行工作。