CN111398158A - 一种可变电场加载的大气腐蚀模拟测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可变电场加载的大气腐蚀模拟测试系统及方法，采用调压装置的输入端与供电电源连接，输出端分别与第一极板和第二极板连接；第一极板和第二极板呈平行放置；电解池中盛放有反应溶液；以被测金属样品为三电极系统的工作电极，工作电极被包裹于绝缘材料中，仅工作电极的上表面暴露于反应溶液中以形成薄液膜，且工作电极置于第一极板和第二极板之间的空间，参比电极和辅助电极均置于反应溶液中，可以模拟被测金属样品在薄液膜与电场同时作用下被腐蚀的场景，通过控制调压装置实现可变电场的加载，同时还可以利用三电极系统进行原位金属腐蚀测试，更加还原现实输电网中金属的腐蚀环境，从而可以得到更加精准的金属腐蚀测试结果。

Description

一种可变电场加载的大气腐蚀模拟测试系统及方法

技术领域

本发明涉及金属环境腐蚀测试技术领域，特别是涉及一种可变电场加载的大气腐蚀模拟测试系统及方法。

背景技术

在大气环境中，由于水汽的蒸发、凝聚，以及空气污染物的存在，暴露在大气中的金属材料易受到大气腐蚀，其本质是发生在一定厚度的薄液膜下的电化学过程。

输电网中应用的金属构件服役环境不仅有大气的侵蚀作用，一般还存在电场环境，且电场强度10～100kV/m不等，即考虑输电网络中的金属腐蚀失效行为，需要考虑电场与液膜的交互作用。

然而，现有技术中金属的大气腐蚀模拟测试鲜有考虑到电场与液膜的交互作用，无法实现对实际电场与液膜的交互作用环境的模拟，从而在对金属的大气腐蚀模拟测试中无法得到被测金属腐蚀情况的准确结果。

发明内容

本发明的目的是提供一种可变电场加载的大气腐蚀模拟测试系统及方法，用于实现对输电网的金属在大气中实际电场与液膜的交互作用下的腐蚀场景进行模拟，从而得到更加准确的腐蚀测试结果。

为解决上述技术问题，本发明提供一种可变电场加载的大气腐蚀模拟测试系统，包括：三电极系统，电解池，第一极板，第二极板，调压装置和供电电源；

其中，所述调压装置的输入端与所述供电电源连接，所述调压装置的输出端分别与所述第一极板和所述第二极板连接；所述第一极板和所述第二极板呈上下平行放置；

所述电解池中盛放有反应溶液；以所述被测金属样品为所述三电极系统的工作电极，所述工作电极被包裹于绝缘材料中，仅所述工作电极的上表面暴露于所述反应溶液中以形成薄液膜，且所述工作电极置于所述第一极板和所述第二极板之间的空间；所述三电极系统的参比电极和所述三电极系统的辅助电极均置于所述反应溶液中。

可选的，所述绝缘材料具体为亲水性绝缘材料。

可选的，所述工作电极的上表面为圆形，所述辅助电极呈圆环形围绕所述工作电极的上表面设置，且所述工作电极的上表面与所述辅助电极的圆环上表面共圆心。

可选的，还包括干燥箱，所述电极系统，所述电解池，所述第一极板和所述第二极板均固设于所述干燥箱的腔内。

可选的，所述调压装置具体包括：直流调压装置，交流调压装置和切换开关；

其中，所述直流调压装置的输入端和所述交流调压装置的输入端分别与所述供电电源连接，所述直流调压装置的输出端与所述切换开关的第一切换位置连接，所述交流调压装置的输出端与所述切换开关的第二切换位置连接，所述切换开关的固定端分别与所述第一极板和所述第二极板连接。

可选的，还包括设于所述调压装置和所述第一极板、所述第二极板之间的过电保护装置，以及设于所述供电电源和所述调压装置之间的隔离稳压装置。

可选的，还包括：支架，螺旋测微器，电路参数测量装置，铂探针；

其中，所述螺旋测微器固设于所述支架，所述铂探针固设于所述螺旋测微器的探头，所述铂探针的下端对准所述工作电极的上表面，所述铂探针的上端与所述电路参数测量装置的第一端连接，所述电路参数测量装置的第二端与所述工作电极连接。

可选的，所述电路参数测量装置具体为用于测量电阻的高精度万用表。

为解决上述技术问题，本发明还提供一种可变电场加载的大气腐蚀模拟测试方法，基于上述任意一项所述的可变电场加载的大气腐蚀模拟测试系统，包括：

在被测金属样品的反应面设置预设厚度的薄液膜；

控制调压装置将第一极板和第二极板间的电场调节至预设电场强度，并基于三电极系统进行电化学测试，以根据所述电化学参数进行所述被测金属样品的腐蚀程度计算。

可选的，所述控制调压装置将第一极板和第二极板间的电场调节至预设电场强度，并基于三电极系统进行电化学测试，具体包括：

将所述三电极系统连接电化学工作站；

利用所述电化学工作站的开路电位测量功能，设置控制开关，记录加载第一预设电场强度电场之前工作电极与参比电极之间的第一开路电位，以及加载所述第一预设电场强度电场之后所述工作电极与所述参比电极之间的第二开路电位；

持续加载所述第一预设电场强度电场预设时长后，关闭电场加载；

利用所述电化学工作站的线性极化曲线测量功能，对所述工作电极进行第一预设模式电位扫描，得到与所述被测金属样品对应的线性极化曲线；

利用所述电化学工作站的电化学阻抗谱测量功能，对所述工作电极进行第二预设模式频率扫描，得到与所述被测金属样品对应的电化学阻抗谱。

本发明所提供的可变电场加载的大气腐蚀模拟测试系统，包括：三电极系统，电解池，第一极板，第二极板，调压装置和供电电源；其中，调压装置的输入端与供电电源连接，调压装置的输出端分别与第一极板和第二极板连接；第一极板和第二极板呈平行放置；电解池中盛放有反应溶液；以被测金属样品为三电极系统的工作电极，工作电极被包裹于绝缘材料中，仅工作电极的上表面暴露于反应溶液中以形成薄液膜，且工作电极置于第一极板和第二极板之间的空间，三电极系统的参比电极和三电极系统的辅助电极均置于反应溶液中，从而可以模拟被测金属样品在薄液膜与电场同时作用下被腐蚀的场景，且可以通过控制调压装置实现可变电场的加载，同时还可以利用三电极系统进行原位或准原位下的金属腐蚀测试，更加还原现实输电网中金属的腐蚀还原，从而可以获得更加精准的被测金属在大气与电场共同作用下腐蚀测试结果。

本发明还提供一种可变电场加载的大气腐蚀模拟测试方法，具有上述有益效果，在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种可变电场加载的大气腐蚀模拟测试系统的结构示意图；

图2为三电极系统的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种三电极系统的侧视图；

图4为本发明实施例提供的一种三电极系统的俯视图；

图5为本发明实施例提供的液膜测量装置的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的可变电场加载回路的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的一种可变电场加载的大气腐蚀模拟测试方法的流程图；

图8为本发明实施例提供的一种图7中步骤S702的具体实施方式的流程图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种可变电场加载的大气腐蚀模拟测试系统及方法，用于实现对输电网的金属在大气中实际电场与液膜的交互作用下的腐蚀场景进行模拟，从而得到更加准确的腐蚀测试结果。

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。

图1为本发明实施例提供的一种可变电场加载的大气腐蚀模拟测试系统的结构示意图；图2为三电极系统的结构示意图；图3为本发明实施例提供的一种三电极系统的侧视图；图4为本发明实施例提供的一种三电极系统的俯视图。

如图1所示，本发明实施例提供的可变电场加载的大气腐蚀模拟测试系统包括：三电极系统，电解池101，第一极板102，第二极板103，调压装置104和供电电源105；

其中，调压装置104的输入端与供电电源105连接，调压装置104的输出端分别与第一极板102和第二极板103连接；第一极板102和第二极板103呈上下平行放置；

电解池101中盛放有反应溶液；以被测金属样品为三电极系统的工作电极106，工作电极106被包裹于绝缘材料107中，仅工作电极106的上表面暴露于反应溶液中以形成薄液膜，且工作电极106置于第一极板102和第二极板103之间的空间；三电极系统的参比电极108和三电极系统的辅助电极109均置于反应溶液中。

在具体实施中，为保证测试系统的结构稳定性，可以设置大理石底座110用于承载电解池101等装置，大理石底座110的形状可以为如图1所示的双层水平台，用于调节水平位置。

为了保证测试系统的反应稳定性，本发明实施例提供的可变电场加载的大气腐蚀模拟测试系统还可以包括干燥箱111，电极系统，电解池101，第一极板102和第二极板103均固设于干燥箱111的腔内。为方便安装，干燥箱111设有可分离的上下两部分，分别为箱体和箱盖。

为了形成薄液膜以及保持薄液膜的稳定性，电解池101包括连通的深水池和浅水池，具体可以如图1所示，从正面看，电解池101的左侧为浅水池，右侧为深水池。

电解池101中盛放有反应溶液，根据测试模拟的实际场景，反应溶液可以为模拟海水的3.5％NaCl溶液，或模拟工业大气的3.5％NaCl和0.1％NaHSO₃溶液等，或其他类型的溶液。

为实现对金属大气腐蚀的原位测试，本发明实施例中搭建三电极系统，三电极系统如图2所示，其中，W为工作电极106，又称研究电极，所研究的反应在该电极上发生；C为辅助电极109，又称对电极，辅助电极109和工作电极106组成回路，使工作电极106上电流畅通，以保证所研究的反应在工作电极106上发生；为排除电极电势因极化电流而产生较大误差，引入参比电极108。如图2所示，在三电极系统中，P为极化电源，mA为电流表，V为电压表。P、mA、C、W构成左侧回路，称为极化回路，在极化回路中有极化电流流过，可对参比电极108进行测量和控制。V、R、W构成右侧回路，称为测量控制回路，在此回路中，对工作电极106的极化状态和参比电极108的稳定性进行扰动控制。因此，三电极系统可以使工作电极106表面通过极化电流，又不会妨碍研究的电极电势的控制和测量，可同时实现电势和电流的控制和测量。

在本发明实施例中，以被测金属样品为工作电极106，工作电极106、辅助电极109、参比电极108均放置于反应溶液中，其中，工作电极106和辅助电极109置于浅水池中，参比电极108置于深水池中，其侧视结构如图3所示。工作电极106被包裹于绝缘材料107中，仅留出上表面作为反应面。

现有技术中，常采用聚四氟乙烯材料包裹工作电极106，而聚四氟乙烯材料是疏水性材料，会造成工作电极106表面的液膜在极薄的时候团聚，导致液膜不稳定。因此，在本发明实施例中，用于包裹工作电极106的绝缘材料107优选采用亲水性绝缘材料107，如尼龙。

为保证工作电极106表面电流均匀，一种较好的实施方式是，如图4所示，工作电极106的上表面为圆形，辅助电极109呈圆环形围绕工作电极106的上表面设置，且工作电极106的上表面与辅助电极109的圆环上表面共圆心，从而使工作电极106和辅助电极109之间通过反应溶液传导均匀的电流。进一步的，可以将被测金属样品制为圆柱体。辅助电极109可以采用铂材料。

为了进一步保证测试系统的液膜稳定性，可以在干燥箱111的腔内设置盛放有反应溶液的容器。

本发明实施例提供的可变电场加载的大气腐蚀模拟测试系统的安装过程如下：

在干燥箱111中，将大理石底座110调节为水平后固定，将电解池101固定于大理石底座110上，可以采用有机玻璃隔板黏附在大理石底座110和电解池101底部之间用以固定。

将工作电极106的反应面水平向上，将采用铂丝的辅助电极109围绕工作电极106一周以获得均匀电流分布，将参比电极108置于深水池中。工作电极106的底部贯穿浅水池，同时加载第二极板103，并连接导线。

固定好电解池101及三个电极后，根据测试所模拟的环境，向电解池101中注入反应溶液，控制在工作电极106的反应面上形成预设厚度的薄液膜。

连接三电极系统。固定第一极板102，第一极板102和第二极板103之间的距离可以为5厘米。将所有的测试导线和加载电场的电源线引出干燥箱111后，关闭干燥箱111上盖，保持液膜稳定，得到如图1所示的结构。

应用本发明实施例提供的可变电场加载的大气腐蚀模拟测试系统，根据两极板之间的距离和目标场强，如20kV/m，50kV/m，100kV/m，控制调压装置104调节电压至相应大小，如1kV，2.5kV，5kV等，实现电场场强的加载。进而可以安装定时控制开关606，实现电场加载的自动控制。根据模拟需要，电场加载持续可以为1至24小时，且连续可调。

在此基础上，基于三电极系统进行电化学测试，无需拆卸被测金属样品，即可观测腐蚀程度，实现原位或准原位的金属腐蚀测试。

本发明实施例提供的可变电场加载的大气腐蚀模拟测试系统，包括：三电极系统，电解池，第一极板，第二极板，调压装置和供电电源；其中，调压装置的输入端与供电电源连接，调压装置的输出端分别与第一极板和第二极板连接；第一极板和第二极板呈上下平行放置；电解池中盛放有反应溶液；以被测金属样品为三电极系统的工作电极，工作电极被包裹于绝缘材料中，仅工作电极的上表面暴露于反应溶液中以形成薄液膜，且工作电极置于第一极板和第二极板之间的空间，三电极系统的参比电极和三电极系统的辅助电极均置于反应溶液中，从而可以模拟被测金属样品在薄液膜与电场同时作用下被腐蚀的场景，且可以通过控制调压装置实现可变电场的加载，同时还可以利用三电极系统进行原位或准原位下的金属腐蚀测试，更加贴近现实输电网中金属的腐蚀场景，从而可以得到更加精准的被测金属腐蚀测试测试结果。

图5为本发明实施例提供的液膜测量装置的结构示意图。

对液膜厚度的控制和测量也是金属的大气腐蚀模拟测试的重要环节之一。现有技术中的一种方法是用镜头纸或滤纸覆盖电极表面，但该方法液膜厚度不可控不可知。在上述实施例的基础上，本发明实施例提供一种大气腐蚀模拟测试系统中较好的液膜形成和测量装置。

如图5所示，在图1的基础上，本发明实施例提供的可变电场加载的大气腐蚀模拟测试系统还包括：支架501，螺旋测微器502，电路参数测量装置503，铂探针504；

其中，螺旋测微器502固设于支架501，铂探针504固设于螺旋测微器502的探头，铂探针504的下端对准工作电极106的上表面，铂探针504的上端与电路参数测量装置503的第一端连接，电路参数测量装置503的第二端与工作电极106连接。

在具体实施中，为提高测量精度，电路参数测量装置503具体采用用于测量电阻的高精度万用表，同时将铂探针尖端打磨成楔形，尖端直径在十几微米，不宜过大。

应用本发明实施例提供的液膜测量装置，在上述实施例的控制在工作电极106的反应面上形成预设厚度的薄液膜的过程中，连接好工作电极106、电路参数测量装置503和铂探针504，旋转螺旋测微器502移动铂探针504接触液膜，电路参数测量装置503出现第一次参数突变，记录此时螺旋测微器502的刻度；继续向下移动铂探针504，至接触工作电极106表面，电路参数测量装置503出现第二次参数突变，记录此时螺旋测微器502的刻度；两次刻度之差即为液膜厚度。可通过注射器抽取或添加反应溶液，实现预定液膜厚度，如50微米，100微米，200微米等。

图6为本发明实施例提供的可变电场加载回路的结构示意图。

在上述实施例的基础上，为实现更多的电场环境模拟，如图6所示，在本发明实施例提供的可变电场加载的大气腐蚀模拟测试系统中，调压装置104具体包括：直流调压装置601，交流调压装置602和切换开关603；

其中，直流调压装置601的输入端和交流调压装置602的输入端分别与供电电源105连接，直流调压装置601的输出端与切换开关603的第一切换位置连接，交流调压装置602的输出端与切换开关603的第二切换位置连接，切换开关603的固定端分别与第一极板102和第二极板103连接。切换开关603可以采用继电器。为保证电路安全，切换开关603可以采用联动的两个切换开关603，一个设于直流调压装置601和交流调压装置602的前端，一个设于直流调压装置601和交流调压装置602的后端。

在具体实施中，直流调压装置601具体可以采用直流变压器，交流调压装置602具体可以采用交流变压器。供电电源105可以采用市电电源(如图6所示的火线L，零线N，AC220V为交流电源220V)。

由于本发明实施例提供的可变电场加载的大气腐蚀模拟测试系统加载的电场属于高压电场，为保证测试人员和测试装置的安全性，本发明实施例提供的可变电场加载的大气腐蚀模拟测试系统还包括设于调压装置104和第一极板102、第二极板103之间的过电保护装置604，以及设于供电电源105和调压装置104之间的隔离稳压装置605。

进一步的，为方便测试，在可变电场加载回路中还可以设有定时控制开关606，用于定时控制整个可变电场加载回路的通断。

上文详述了可变电场加载的大气腐蚀模拟测试系统对应的各个实施例，在此基础上，本发明还公开了与上述装置对应的可变电场加载的大气腐蚀模拟测试方法。

图7为本发明实施例提供的一种可变电场加载的大气腐蚀模拟测试方法的流程图；图8为本发明实施例提供的一种图7中步骤S702的具体实施方式的流程图。

本发明实施例提供的可变电场加载的大气腐蚀模拟测试方法可以基于上述任意一个实施例提供的可变电场加载的大气腐蚀模拟测试系统实现，包括：

S701：在被测金属样品的反应面设置预设厚度的薄液膜。

S702：控制调压装置将第一极板和第二极板间的电场调节至预设电场强度，并基于三电极系统进行电化学测试，以根据电化学参数进行被测金属样品的腐蚀程度计算。

其中，如图8所示，步骤S702中控制调压装置将第一极板和第二极板间的电场调节至预设电场强度，并基于三电极系统进行电化学测试，具体可以包括：

S801：将三电极系统连接电化学工作站。

其中，电化学工作站可以采用Gamry-Reference 600^TM，或者带有恒电位和电化学阻抗谱功能的任一电化学工作站。

S802：利用电化学工作站的开路电位测量功能，设置控制开关，记录加载第一预设电场强度电场之前工作电极与参比电极之间的第一开路电位，以及加载第一预设电场强度电场之后工作电极与参比电极之间的第二开路电位。

采用三电极系统，应用电化学工作站中的开路电位测试功能，分别测试未加载电场和加载电场的开路电位变化。

S803：持续加载第一预设电场强度电场预设时长后，关闭电场加载。

S804：利用电化学工作站的线性极化曲线测量功能，对工作电极进行第一预设模式电位扫描，得到与被测金属样品对应的线性极化曲线。

采用三电极系统，为了获得稳定体系，在停止加载外加电场后等待10分钟再开始进行测试。根据线性曲线的斜率获得极化电阻(R_p)，结合阴阳极塔菲尔斜率，可以根据如下公式(1)直接获得腐蚀速率(i_corr)。比例系数B值由公式(2)中的阳极塔菲尔斜率(β_a)和阴极塔菲尔斜率(β_c)计算获得。采用塔菲尔曲线线性部分拟合确定，一般认为腐蚀过程阴阳极塔菲尔斜率不发生显著变化，测试一次可以作为标准值计算腐蚀速率随时间的演化。

S805：利用电化学工作站的电化学阻抗谱测量功能，对工作电极进行第二预设模式频率扫描，得到与被测金属样品对应的电化学阻抗谱。

同样采用三电极系统，且同样停止加载外加电场10分钟后开始进行电化学阻抗谱测试。线性极化曲线测量和电化学阻抗谱测试先后进行，顺序可以调换。在进行电化学阻抗谱测试时，工作电极处于开路电位条件，未施加额外极化。在工作电极上进行频率扫描范围10⁵Hz至10^-2Hz，施加正弦波电位的幅值为10mV。电化学阻抗谱结合等效电路拟合，可以对腐蚀过程及其潜在的失效机制做更全面分析。

下面结合实例进行对本发明实施例提供的可变电场加载的大气腐蚀模拟测试方法进行进一步说明。

实例1：被测金属样品为Q235碳钢，模拟海洋大气环境。

(1)准备柱状Q235碳钢电极，直径为0.5厘米，外围用尼龙包封，尼龙壁厚0.15厘米，根据所需模拟现场腐蚀环境配置模拟水溶液作为实验介质，本实例模拟海洋大气环境，选取3.5％NaCl溶液。

(2)装配电解池101，固定工作电极106，辅助电极109，放置第二极板103。

(3)倒入反应溶液至淹没工作电极106表面。

(4)应用螺旋测微器，旋转逼近附在螺旋测微器臂上的铂探针504尖至溶液表面，观察万用表电阻读数，记录第一个刻度；进一步逼近铂尖至金属表面，观察万用表电阻读数，记录第二个刻度。两者差值即液膜厚度。通过注射器抽取或增加溶液，调节液膜厚度至100微米。

(5)放入参比电极108，固定第一极板102。

(6)接好电场极板的电源线、三电极系统电极线，通过干燥箱111顶端木塞预留孔引出。

(7)连接极板的电源线至控制开关、直流变压器。

(8)开路电位的测试。连接电化学工作站Gamry-Reference 600^TM，采用测量开路电位功能，设置控制开关，记录加载60kV/m直流电场前后的开路电位的变化。

(9)线性极化曲线和电化学阻抗谱测量。连接电化学工作站Gamry-Reference600^TM，采用线性扫描功能，在开路电位基础上扫描电位-10mV至+10mV，扫速0.5mV/s。采用电化学阻抗谱测试功能，频率范围10⁵Hz至10^-2Hz，正弦波幅值10mV。分别测量未加电场下的线性极化曲线和电化学阻抗谱，然后通过控制开关施加60kV/m的电场10小时，停止加载10分钟后，继续测试线性极化曲线和电化学阻抗谱。

测试结果显示：在60kV/m直流电场作用下，开路电位负移，线性极化电阻下降，电化学阻抗谱也下降，表明碳钢Q235在直流电场作用下耐蚀性能降低，腐蚀速率增加。将上述步骤(8)和步骤(9)中的数据存储并发送至实验室，可供测试人员进一步分析得到输电网中采用碳钢Q235的金属构件在海洋大气环境中的腐蚀速率和腐蚀机制，从而为输电网设计提供参考。

实例2：被测金属样品为铝合金2024，模拟工业大气环境。

(1)准备柱状铝合金2024电极，直径为0.5厘米，外围用尼龙包封，尼龙壁厚0.15厘米，根据所需模拟现场腐蚀环境配置模拟水溶液作为实验介质，本实例模拟工业大气环境，选取3.5％NaCl和0.052％NaHSO₃混合溶液。

(2)装配电解池101，固定工作电极106，辅助电极109，放置第二极板103。

(3)倒入电解质溶液至淹没工作电极106表面。

(4)应用螺旋测微器，旋转逼近附在螺旋测微器臂上的铂探针504尖至溶液表面，观察万用表电阻读数，记录第一个刻度；进一步逼近铂尖至金属表面，观察万用表电阻读数，记录第二个刻度。两者差值即液膜厚度。通过注射器抽取或增加溶液，调节液膜厚度至50微米。

(5)放入参比电极108，固定第一极板102。

(6)接好电场极板的电源线、三电极系统电极线，通过干燥箱111顶端木塞预留孔引出。

(7)连接极板的电源线至控制开关、交流变压器。

(8)开路电位的测试。连接电化学工作站Gamry-Reference 600^TM，采用测量开路电位功能，设置控制开关，记录加载50kV/m交流电场前后的开路电位的变化。

(9)线性极化曲线和电化学阻抗谱测量。连接电化学工作站Gamry-Reference600^TM，采用线性扫描功能，在开路电位基础上扫描电位-10mV至+10mV，扫速0.5mV/s。采用电化学阻抗谱测试功能，频率范围10⁵-10^-2Hz，正弦波幅值10mV。分别测量未加电场下的线性极化曲线和电化学阻抗谱，然后通过控制开关施加50kV/m的交流电场10小时，停止加载10分钟后，继续测试线性极化曲线和电化学阻抗谱。

测试结果显示：在50kV/m交流电场作用下，开路电位负移，线性极化电阻下降，电化学阻抗谱也下降，表明铝合金2024在交流电场作用下耐蚀性能降低，腐蚀速率增加。将上述步骤(8)和步骤(9)中的数据存储并发送至实验室，可供测试人员进一步分析得到输电网中采用铝合金2024的金属构件在工业大气环境中的腐蚀速率和腐蚀机制，从而为输电网设计提供参考。

以上对本发明所提供的一种可变电场加载的大气腐蚀模拟测试系统及方法进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。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。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (10)

1.一种可变电场加载的大气腐蚀模拟测试系统，其特征在于，包括：三电极系统，电解池，第一极板，第二极板，调压装置和供电电源；

其中，所述调压装置的输入端与所述供电电源连接，所述调压装置的输出端分别与所述第一极板和所述第二极板连接；所述第一极板和所述第二极板呈上下平行放置；

所述电解池中盛放有反应溶液；以所述被测金属样品为所述三电极系统的工作电极，所述工作电极被包裹于绝缘材料中，仅所述工作电极的上表面暴露于所述反应溶液中以形成薄液膜，且所述工作电极置于所述第一极板和所述第二极板之间的空间；所述三电极系统的参比电极和所述三电极系统的辅助电极均置于所述反应溶液中。

2.根据权利要求1所述的大气腐蚀模拟测试系统，其特征在于，所述绝缘材料具体为亲水性绝缘材料。

3.根据权利要求2所述的大气腐蚀模拟测试系统，其特征在于，所述工作电极的上表面为圆形，所述辅助电极呈圆环形围绕所述工作电极的上表面设置，且所述工作电极的上表面与所述辅助电极的圆环上表面共圆心。

4.根据权利要求1所述的大气腐蚀模拟测试系统，其特征在于，还包括干燥箱，所述电极系统，所述电解池，所述第一极板和所述第二极板均固设于所述干燥箱的腔内。

5.根据权利要求1所述的大气腐蚀模拟测试系统，其特征在于，所述调压装置具体包括：直流调压装置，交流调压装置和切换开关；

其中，所述直流调压装置的输入端和所述交流调压装置的输入端分别与所述供电电源连接，所述直流调压装置的输出端与所述切换开关的第一切换位置连接，所述交流调压装置的输出端与所述切换开关的第二切换位置连接，所述切换开关的固定端分别与所述第一极板和所述第二极板连接。

6.根据权利要求1所述的大气腐蚀模拟测试系统，其特征在于，还包括设于所述调压装置和所述第一极板、所述第二极板之间的过电保护装置，以及设于所述供电电源和所述调压装置之间的隔离稳压装置。

7.根据权利要求1所述的大气腐蚀模拟测试系统，其特征在于，还包括：支架，螺旋测微器，电路参数测量装置，铂探针；

其中，所述螺旋测微器固设于所述支架，所述铂探针固设于所述螺旋测微器的探头，所述铂探针的下端对准所述工作电极的上表面，所述铂探针的上端与所述电路参数测量装置的第一端连接，所述电路参数测量装置的第二端与所述工作电极连接。

8.根据权利要求7所述的大气腐蚀模拟测试系统，其特征在于，所述电路参数测量装置具体为用于测量电阻的高精度万用表。

9.一种可变电场加载的大气腐蚀模拟测试方法，其特征在于，基于权利要求1至8任意一项所述的可变电场加载的大气腐蚀模拟测试系统，包括：

在被测金属样品的反应面设置预设厚度的薄液膜；

控制调压装置将第一极板和第二极板间的电场调节至预设电场强度，并基于三电极系统进行电化学测试，以根据所述电化学参数进行所述被测金属样品的腐蚀程度计算。

10.根据权利要求9所述的大气腐蚀模拟测试方法，其特征在于，所述控制调压装置将第一极板和第二极板间的电场调节至预设电场强度，并基于三电极系统进行电化学测试，具体包括：

将所述三电极系统连接电化学工作站；

利用所述电化学工作站的开路电位测量功能，设置控制开关，记录加载第一预设电场强度电场之前工作电极与参比电极之间的第一开路电位，以及加载所述第一预设电场强度电场之后所述工作电极与所述参比电极之间的第二开路电位；

持续加载所述第一预设电场强度电场预设时长后，关闭电场加载；

利用所述电化学工作站的线性极化曲线测量功能，对所述工作电极进行第一预设模式电位扫描，得到与所述被测金属样品对应的线性极化曲线；

利用所述电化学工作站的电化学阻抗谱测量功能，对所述工作电极进行第二预设模式频率扫描，得到与所述被测金属样品对应的电化学阻抗谱。

Images