CN111537430A - 一种模拟电网金属大气腐蚀的测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟电网金属大气腐蚀的测试装置及测试方法，包括：反应容器，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；反应容器位于第一极板和第二极板之间的空间反应容器中盛放有反应溶液和被包裹的仅露出上表面的被测金属样品，以在被测金属样品的上表面形成薄液膜，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，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被测金属腐蚀测试结果。

Description

一种模拟电网金属大气腐蚀的测试装置及测试方法

技术领域

本发明涉及金属环境腐蚀测试技术领域，特别是涉及一种模拟电网金属 大气腐蚀的测试装置及测试方法。

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模拟电网金属大气腐蚀的测试装置及测试方 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，本发明提供一种模拟电网金属大气腐蚀的测试装 置，包括：反应容器，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；所述反应容器位于所述第一极板和所述第二极板之间的空间；

所述反应容器中盛放有反应溶液和被包裹的仅露出上表面的被测金属样 品，以在所述被测金属样品的上表面形成薄液膜。

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。

可选的，还包括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，还包括设于所述供电电源和所述调压装置之间的定时开关。

可选的，所述反应容器具体包括环形支撑架和绝缘密封装置；

其中，所述环形支撑架的内壁设有用于固定所述绝缘密封装置的固定槽， 所述绝缘密封装置用于包裹所述被测金属样品除所述上表面之外的面。

可选的，所述绝缘密封装置的材料具体为亲水性材料。

可选的，所述绝缘密封装置的材料具体为尼龙。

可选的，还包括：用于密封所述反应容器的干燥箱。

为解决上述技术问题，本发明还提供一种模拟电网金属大气腐蚀的测试 方法，基于上述任意一项所述的模拟电网金属大气腐蚀的测试装置，包括：

记录被测金属样品在反应前的第一质量；

在被测金属样品表面设置预设厚度的液膜，后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，并在持续预设时间后，记录所述 被测金属样品在反应后的第二质量；

根据所述第一质量与所述第二质量之差进行所述被测金属样品的腐蚀速 率计算和腐蚀程度评估。

本发明所提供的模拟电网金属大气腐蚀的测试装置，包括：反应容器， 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；反应容器位于第一极板和第二极板之间的空间 反应容器中盛放有反应溶液和被包裹的仅露出上表面的被测金属样品，以在 被测金属样品的上表面形成薄液膜，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，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。

本发明还提供一种模拟电网金属大气腐蚀的测试方法，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模拟电网金属大气腐蚀的测试装置的结 构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种反应容器的结构示意图；

图3为图2所示的反应容器的分解示意图；

图4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5为本发明实施例提供的液膜测量装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种模拟电网金属大气腐蚀的测试装置及测试方 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模拟电网金属大气腐蚀的测试装置的结 构示意图；图2为本发明实施例提供的一种反应容器的结构示意图；图3为 图2所示的反应容器的分解示意图。

如图1所示，本发明实施例提供的模拟电网金属大气腐蚀的测试装置包 括：反应容器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；反应容器101位于第一极板102和第二极板103之间的空 间；

反应容器101中盛放有反应溶液和被包裹的仅露出上表面的被测金属样 品108，以在被测金属样品108的上表面形成薄液膜。

在具体实施中，可以设置一支架，在支架上固定水平放置的两个绝缘板 107以固定第一极板102和第二极板103，并接好第一极板102、第二极板103、 调压装置104和供电电源105。为了保证测试装置的反应稳定性，本发明实施 例提供的模拟电网金属大气腐蚀的测试装置还可以包括用于密封反应容器 101的干燥箱106，如图1所示，进而可以将绝缘板107、第一极板102和第 二极板103一并固定在干燥箱106的内室中。

为排除干扰测试的因素，需要将被测金属样品108包裹于绝缘材料中， 仅露出反应面，由于反应面是形成液膜的面，故选择被测金属样品108的上 表面作为反应面。反应容器101可以为广口平底容器，以便稳定放置于第一 极板102和第二极板103之间，且反应容器101应采用绝缘材料制成。为方 便固定被测金属样品108，如图2和图3所示，反应容器101具体可以包括环 形支撑架201和绝缘密封装置202；其中，环形支撑架201的内壁设有用于固 定绝缘密封装置202的固定槽，绝缘密封装置202用于包裹被测金属样品108 除上表面之外的面。

在将被测金属样品108放置于反应容器101中封装好后，向反应容器101 中倒入反应溶液。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。为保证测试装置反应稳定性，还可以在干燥箱106内放置一个 盛放有相同反应溶液的容器。

现有技术中，常采用聚四氟乙烯材料包裹被测金属样品108，而聚四氟乙 烯材料是疏水性材料，会造成被测金属样品108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，用于包裹被测金属样品108 的绝缘密封装置202的材料优选采用亲水性材料，如尼龙。

为了更贴近被测金属在实际环境中的腐蚀场景，本发明实施例提供的模 拟电网金属大气腐蚀的测试装置还可以包括设置于干燥箱106中的干湿表、 温度调节装置和湿度调节装置，用以保持测试装置的温湿度环境。

本发明实施例提供的模拟电网金属大气腐蚀的测试装置的安装过程如 下：

在干燥箱106中，将绝缘板107、第一极板102和第二极板103调节水平 后固定，第一极板102和第二极板103之间的距离可以为5cm。

将被测金属样品108用绝缘密封装置202包裹好后放置于反应容器101 中，倒入反应溶液，控制在被测金属样品108的上表面形成预设厚度的液膜。

连接第一极板102、第二极板103、调压装置104和供电电源105，得到 如图1所示的结构。

应用本发明实施例提供的模拟电网金属大气腐蚀的测试装置，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，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。

本发明实施例提供的模拟电网金属大气腐蚀的测试装置，包括：反应容 器，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；反应容器位于第一极板和第二极板之间的空间 反应容器中盛放有反应溶液和被包裹的仅露出上表面的被测金属样品，以在 被测金属样品的上表面形成薄液膜，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，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4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4所示，在 本发明实施例提供的模拟电网金属大气腐蚀的测试装置中，调压装置104具 体包括：直流调压装置401，交流调压装置402和切换开关403；

其中，直流调压装置401的输入端和交流调压装置402的输入端分别与 供电电源105连接，直流调压装置401的输出端与切换开关403的第一切换 位置连接，交流调压装置402的输出端与切换开关403的第二切换位置连接， 切换开关403的固定端分别与第一极板102和第二极板103连接。切换开关 403可以采用继电器。为保证电路安全，切换开关403可以采用联动的两个切 换开关403，一个设于直流调压装置401和交流调压装置402的前端，一个设 于直流调压装置401和交流调压装置402的后端。

在具体实施中，直流调压装置401具体可以采用直流变压器，交流调压 装置402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4 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模拟电网金属大气腐蚀的测试装置加载的电场 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 模拟电网金属大气腐蚀的测试装置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404，以及设于供电电源105和调压装置 104之间的隔离稳压装置405。

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406，用于定时控制整个可变电场加载回路的通断。

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。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 测试装置中较好的液膜形成和测量装置。

如图5所示，本发明实施例提供的模拟电网金属大气腐蚀的测试装置还 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的下端对准被测金属样品108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 二端与被测金属样品108连接。

为形成测试回路，反应容器101底部应预留被测金属样品108与电路参 数测量装置503的第二端的接线端。

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。

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被测金 属样品108的反应面上形成预设厚度的液膜的过程中，连接好被测金属样品 108、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，至接触被测金属样品108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。

上文详述了模拟电网金属大气腐蚀的测试装置对应的各个实施例，在此 基础上，本发明还公开了与上述系统对应的模拟电网金属大气腐蚀的测试方 法。

本发明实施例提供的模拟电网金属大气腐蚀的测试方法可以基于上述任 意一个实施例提供的模拟电网金属大气腐蚀的测试装置实现，包括：

记录被测金属样品在反应前的第一质量；

在被测金属样品表面设置预设厚度的液膜，后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，并在持续预设时间后，记录被测 金属样品在反应后去除表面腐蚀产物后的第二质量；

根据第一质量与第二质量之差进行被测金属样品的腐蚀速率计算和腐蚀 程度评估。

在具体实施中，为提高测试精度，可以设置多个处于同样条件的被测金 属样品。还可以设置多组设有不同厚度的液膜和加载不同电场的被测金属样 品。同时还可以控制定时开关来控制电场加载的开关，还可以通过程序控制 调压装置在不同的时间段加载不同强度的场强以灵活模拟金属腐蚀现场。

为观测不同环境条件对被测金属的影响，除被测金属样品外，还可以设 置对比被测金属样品，分别可以为覆盖有预设厚度的液膜且未加载电场的对 比被测金属样品，未覆盖液膜且加载与被测金属样品同样电场的对比被测金 属样品，以及未覆盖液膜且未加载电场的对比被测金属样品。

以上对本发明所提供的一种模拟电网金属大气腐蚀的测试装置及测试方 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)

1.一种模拟电网金属大气腐蚀的测试装置，其特征在于，包括：反应容器，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；所述反应容器位于所述第一极板和所述第二极板之间的空间；

所述反应容器中盛放有反应溶液和被包裹的仅露出上表面的被测金属样品，以在所述被测金属样品的上表面形成薄液膜。

2.根据权利要求1所述的测试装置，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。

3.根据权利要求1所述的测试装置，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。

4.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，还包括设于所述供电电源和所述调压装置之间的隔离稳压装置。

5.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，还包括设于所述供电电源和所述调压装置之间的定时开关。

6.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述反应容器具体包括环形支撑架和绝缘密封装置；

其中，所述环形支撑架的内壁设有用于固定所述绝缘密封装置的固定槽，所述绝缘密封装置用于包裹所述被测金属样品除所述上表面之外的面。

7.根据权利要求6所述的测试装置，其特征在于，所述绝缘密封装置的材料具体为亲水性材料。

8.根据权利要求7所述的测试装置，其特征在于，所述绝缘密封装置的材料具体为尼龙。

9.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，还包括：用于密封所述反应容器的干燥箱。

10.一种模拟电网金属大气腐蚀的测试方法，其特征在于，基于权利要求1至9任意一项所述的模拟电网金属大气腐蚀的测试装置，包括：

记录被测金属样品在反应前的第一质量；

在被测金属样品表面设置预设厚度的液膜，后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，并在持续预设时间后，记录所述被测金属样品在反应后去除表面腐蚀产物的第二质量；

根据所述第一质量与所述第二质量之差进行所述被测金属样品的腐蚀速率计算和腐蚀程度评估。

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