CN111781129A - 高效金属材料腐蚀速率测定装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高效金属材料腐蚀速率测定装置及方法，主要解决现有金属腐蚀测定装置缺少液位在线监测、自动化程度低、实验结果重复性差的问题。本发明通过采用一种高效金属材料腐蚀速率测定装置，所述测试杯位于水浴箱中，测试杯中安装有第二液位传感器，金属挂片悬挂固定在支撑架上，水浴中安装有第一液位传感器和温度控制传感器，所述测试液储存装置与测试杯通过微量计量泵和电磁阀相连，所述数据控制采集系统对装置中涉及到的电磁阀、液位传感器、水浴温度控制传感器及微量计量泵进行数据控制及在线用于高效金属材料腐蚀速率测定中。
Description
技术领域
本发明涉及一种高效金属材料腐蚀速率测定装置及方法。
背景技术
固体废物鉴别与危险化学品的分类均涉及到腐蚀挂片试验，腐蚀速率的大小是固体废物鉴别与危险化学品分类的一个至关重要的依据，另外金属材料因腐蚀而造成的直接和间接国民损失十分惊人，据统计，发达国家的材料腐蚀经济损失占全年生产总值的3.0％～3.5％，而发展中国家由于科技和管理水平的落后，这个比例会更高。由此可见，金属腐蚀对危废鉴别、化学品分类、国民经济和国防建设有着举足轻重的影响，在对金属的腐蚀及其防护的研究中，发明一种高效金属材料腐蚀速率测定装置则显得异常重要。
然而目前常规的金属材料实验室的均匀腐蚀全浸、半浸以及悬空的试验方法存在较大局限，自动化程度低，由于不同的测试溶液蒸发速度不同，在测定实验168h中，难以保证金属挂片始终全部浸没于测试液体内部，或者金属挂片始终处于半浸没状态，容易引起测试误差造成固体废物鉴别或者危险化学品分类错误判断。现有的动态腐蚀测定装置，操作复杂、实验周期长，每组实验均需消耗大量的人力物力，且实验装置造价成本高，对于小型实验室及大部分高校实验室，此类装置不适用。中国专利CN206235544U中涉及一种金属腐蚀速率测定装置，采用带刻度的析氢管、活塞、悬挂环、腐蚀液槽、恒温水槽、可控温的磁力搅拌系统装置等进行测定，但该装置自动化程度低、测定精度差，不适用于长时间实验。
发明内容
本发明所要解决的技术问题之一是现有金属腐蚀测定装置缺少液位在线检测、自动化程度低、实验结果重复性差的问题，提供一种新的高效金属材料腐蚀速率测定装置，具有液位在线检测、自动化程度高、实验结果重复性好的优点。本发明所要解决的技术问题之二是提供一种与解决的技术问题之一相对应的高效金属材料腐蚀速率测定方法。
为解决上述问题之一，本发明采用的技术方案如下：一种高效金属材料腐蚀速率测定装置，包括测试杯、金属挂片、水浴、液位传感器、微型计量泵、测试液储存装置、数据控制采集系统，所述测试杯位于水浴箱中，测试杯中安装有第二液位传感器，金属挂片悬挂固定在支撑架上，水浴中安装有第一液位传感器和温度控制传感器，所述测试液储存装置与测试杯通过微量计量泵和电磁阀相连，所述数据控制采集系统对装置中涉及到的电磁阀、液位传感器、水浴温度控制传感器及微量计量泵进行数据控制及在线采集。
上述技术方案中，优选地，测试杯结构为有盖设计，固定在水浴箱固定孔中，且测试液提前加入测试杯内。
上述技术方案中，优选地，所述金属挂片通过挂片悬挂绳固定在支撑架上，其中悬挂绳需要固定长度，确保实验中腐蚀挂片完全浸没或者半浸没在测试杯中的测试液内。
上述技术方案中，优选地，所述测试杯中安装有第二液位传感器，用于在线监测实验过程中测试杯中测试液液位高度，防止金属挂片裸露在空气中。
上述技术方案中，优选地，所述水浴中第一液位高度要高于测试杯中测试液高度，即水浴要将测试杯中测试液完全浸没，保证实验过程中测试杯中测试液始终处于实验温度范围内。
上述技术方案中，优选地，所述水浴中安装有第一液位传感器，用于在线监测实验过程中水浴内水的液位高度，所述水浴中安装有温度控制传感器，用于在线监测及控制水浴温度。
上述技术方案中，优选地，微量计量泵主要用于当测试杯内测试液液位低于设定要求液位时，将测试液从储存装置中抽入测试杯内。
上述技术方案中，优选地，所述水浴通过电磁阀与水龙头相连，水龙头用于实验过程中对水浴进行水量补充。
上述技术方案中，优选地，所述装置主要通过所述金属挂片实验前后质量差来计算腐蚀速率。
为解决上述问题之二，本发明采用的技术方案如下：一种高效金属材料腐蚀速率测定方法，采用所述测定装置进行金属腐蚀速率测定，包括以下步骤：
(1)将测试杯固定在水浴箱的固定位置上，设定水浴第一液位传感器和水浴温度传感器，保证水浴液位要高于测试杯中测试液高度；
(2)保证在测试液处于固定位置时，有至少一个金属挂片处于全浸没状态、有至少一个金属挂片处于半浸没状态，设定测试杯第二液位传感器始终保证实验过程中测试液液位要将金属挂片完全浸没和半浸没；
(3)通过水浴温度控制传感器设定水浴温度，带水浴温度达到实验温度后，将金属挂片通过挂片悬挂绳固定在支撑架上，并将金属挂片完全浸没入以及半浸没测试杯内的测试液中，开始进行腐蚀实验；
(4)实验过程中通过水浴第一液位传感器和测试杯第二液位传感器控制水浴液位和测试杯内测试液液位变化；若水浴液位较低时，开启水浴与水龙头间的第二电磁阀，通过水龙头进行水量补充，当水浴液位重新满足设定要求后，关闭第二电磁阀；若测试杯内测试液液位较低时，开启测试杯与测试液储存装置之间的第一电磁阀和微型计量泵，测试液自动被抽入测试杯中，当测试杯测试液液位重新满足设定要求后，关闭第一电磁阀和微型计量泵，通过控制实验过程中水浴液位和测试杯液位，保证腐蚀测定实验的准确性；
(5)通过测定金属挂片实验前后质量差来计算对应的腐蚀速率。
本发明提供一种高效金属材料腐蚀速率测定装置及方法，具有自动加注测试液和水浴以及自动监测实验过程等功能，可快速有效的进行金属材料的腐蚀速率测定，有效解决了现有金属腐蚀测定装置缺少液位在线检测，自动化程度低、实验结果重复性差等缺点。与现有技术相比，本发明提供一种高效金属材料腐蚀速率测定装置及方法，可快速有效的测定金属材料的腐蚀速率。本发明结构简单、操作易行，可实现金属挂片腐蚀速率测定的快速高效进行，具有在线检测液位及补充液体、自动化程度高等优点，取得了较好的技术效果，具有良好的应用前景。
附图说明
图1为本发明所述装置的流程示意图。
图1中，1数据控制采集系统；2水浴温度控制传感器；3、第一液位传感器；4、第二液位传感器；5固定扣；6水龙头；7、第一电磁阀；8微型计量泵；9测试液储存装置；10水浴；11、第二电磁阀；12截止阀；13测试杯。
下面通过实施例对本发明作进一步的阐述，但不仅限于本实施例。
具体实施方式
【实施例1】
一种高效金属材料腐蚀速率测定装置，如图1所示，主要包括：包括测试杯、金属挂片、水浴、液位传感器、微型计量泵、测试液储存装置、数据控制采集系统，所述测试杯位于水浴箱中，测试杯中安装有第二液位传感器，金属挂片悬挂固定在支撑架上，水浴中安装有第一液位传感器和温度控制传感器，所述测试液储存装置与测试杯通过微量计量泵和电磁阀相连，所述数据控制采集系统对装置中涉及到的电磁阀、液位传感器、水浴温度控制传感器及微量计量泵进行数据控制及在线采集。
所述测试杯位于水浴中，结构为有盖设计，使用固定扣固定在水浴中，且测试液提前加入测试杯内。
实验中腐蚀金属挂片一个完全浸没在测试杯中的测试液内，一个半浸没在测试杯中的测试液内。
所述测试杯中安装有第二液位传感器，用于在线监测实验过程中测试杯中测试液液位高度，防止金属挂片裸露在空气中。
所述水浴中安装有第一液位传感器，用于在线监测实验过程中水浴内水的液位高度。
所述水浴中液位高度要高于测试杯中测试液高度，即水浴要将测试杯中测试液完全浸没，保证实验过程中测试杯中测试液始终处于实验温度范围内。
所述水浴中安装有温度控制传感器，用于在线监测及控制水浴温度。
所述测试液储存装置与测试杯通过微量计量泵和第一电磁阀相连。
所述微量计量泵主要用于当测试杯内测试液液位低于设定要求液位时，将测试液从储存装置中抽入测试杯内。
所述水龙头通过第二电磁阀与水浴相连，用于实验过程中对水浴进行水量补充。
所述数据控制/采集系统1主要对装置中涉及到的电磁阀、液位传感器、水浴温度控制传感器2及微量计量泵等进行数据控制及在线采集。
本发明还提供一种高效金属材料腐蚀速率测定的方法。
依次包括以下步骤：
(1)将测试杯固定在水浴中，设定水浴第一液位传感器和测试杯第二液位传感器，保证水浴液位要高于测试杯中测试液高度，即水浴要将测试杯中测试液完全浸没，保证实验过程中测试杯中测试液始终处于实验温度范围内，同时也要保证测试液液位要将保证一个金属挂片完全浸没一个金属挂片半浸没；
(2)通过水浴温度控制传感器设定水浴温度，待水浴温度达到实验温度并保持30min后，将两个金属挂片浸没入测试杯内的测试液中，开始进行腐蚀实验，同时开启测试杯与测试液储存装置之间的截止阀；
(3)实验过程中通过水浴第一液位传感器和测试杯第二液位传感器详细记录并控制水浴液位和测试杯内测试液液位变化；若水浴液位较低时，开启水浴与水龙头间的第二电磁阀，通过水龙头进行水量补充，当水浴液位重新满足设定要求后，关闭第二电磁阀；若测试杯内测试液液位较低时，开启测试杯与测试液储存装置之间的第一电磁阀和微型计量泵，测试液自动被抽入测试杯中，当测试杯测试液液位重新满足设定要求后，关闭第一电磁阀和微型计量泵，通过控制实验过程中水浴液位和测试杯液位，从而保证腐蚀测定实验的准确性。
(4)通过测定金属挂片实验前后质量差来计算对应的腐蚀速率。
综上所述，本发明结构简单、操作易行，可实现金属挂片腐蚀实验的快速高效进行，具有在线检测液位及补充液体、自动化程度高等优点。
【实施例2】
按照实施例1所述的条件和步骤，进行不锈钢腐蚀速率的测定，包括如下步骤：
(1)使用120号砂粒的砂纸对不锈钢金属板(尺寸为20mm×50mm×2mm)进行打磨，用酒精超声和丙酮去除油渍之后称重，质量分别为：15.6114g和15.6671g；
(2)分别倒入1.5L碱洗渣浸出液于测试杯中，1.0L碱洗渣浸出液于测试液储存装置中后，将测试杯后固定在水浴中，设定水浴第一液位传感器和测试杯第二液位传感器，保证水浴液位要高于测试杯中测试液高度，即水浴要将测试杯中测试液完全浸没，保证实验过程中测试杯中测试液始终处于实验温度范围内，同时也要保证测试液液位要保证一个不锈钢金属金属挂片处于完全浸没状态、另一个不锈钢挂片处于半浸没状态；
(3)通过水浴温度控制传感器设定水浴温度为55℃，待水浴温度达到实验温度并保持30min后，将两个不锈钢挂片浸没入测试杯内的测试液中，开始进行腐蚀实验，同时开启测试杯与测试液储存装置之间的截止阀；
(4)实验过程中通过水浴第一液位传感器和测试杯第二液位传感器详细记录并控制水浴液位和测试杯内测试液液位变化；若水浴液位较低时，开启水浴与水龙头间的第二电磁阀，通过水龙头进行水量补充，当水浴液位重新满足设定要求后，关闭第二电磁阀；若测试杯内测试液液位较低时，开启测试杯与测试液储存装置之间的第一电磁阀和微型计量泵，测试液自动被抽入测试杯中，当测试杯测试液液位重新满足设定要求后，关闭第一电磁阀和微型计量泵。
(5)将两个不锈钢挂片暴露于上述稳定状态168h后，对不锈钢挂片进行刷洗干净并干燥后称重，质量分别为：14.5617g和15.0246g；
(6)根据下面的腐蚀速率计算公式计算不锈钢全浸和半浸在碱洗渣浸出液的腐蚀速率分别为：3.027mm/a和1.853mm/a。
式中：R—腐蚀速率
M—试验前的试样质量，g；
M1—试验前的试样质量，g；
S—试样的总面积，cm2；
T—试验时间，h；
D—材料的密度，kg/m3。
【实施例3】
按照实施例1所述的条件和步骤，进行铝的腐蚀速率的测定，包括如下步骤：
(1)使用120号砂粒的砂纸对铝板(尺寸为20mm×50mm×2mm)进行打磨，用酒精超声和丙酮去除油渍之后称重，质量分别为：7.5110g和7.7360g；
(2)分别倒入1.5L碱洗渣浸出液于测试杯中，1.0L碱洗渣浸出液于测试液储存装置中后，将测试杯后固定在水浴中，设定水浴第一液位传感器和测试杯第二液位传感器，保证水浴液位要高于测试杯中测试液高度，即水浴要将测试杯中测试液完全浸没，保证实验过程中测试杯中测试液始终处于实验温度范围内，同时也要保证测试液液位要保证一个铝挂片处于完全浸没状态、另一个铝挂片处于半浸没状态；
(3)通过水浴温度控制传感器设定水浴温度为55℃，待水浴温度达到实验温度并保持30min后，将两个不锈钢挂片浸没入测试杯内的测试液中，开始进行腐蚀实验，同时开启测试杯与测试液储存装置之间的截止阀；
(4)实验过程中通过水浴第一液位传感器和测试杯第二液位传感器详细记录并控制水浴液位和测试杯内测试液液位变化；若水浴液位较低时，开启水浴与水龙头间的第二电磁阀，通过水龙头进行水量补充，当水浴液位重新满足设定要求后，关闭第二电磁阀；若测试杯内测试液液位较低时，开启测试杯与测试液储存装置之间的第一电磁阀和微型计量泵，测试液自动被抽入测试杯中，当测试杯测试液液位重新满足设定要求后，关闭第一电磁阀和微型计量泵。
(5)将两个铝挂片暴露于上述稳定状态168h后，对铝挂片进行刷洗干净并干燥后称重，质量分别为：6.8617g和7.4246g；
(6)根据下面的腐蚀速率计算公式计算铝挂片全浸和半浸在碱洗渣浸出液的腐蚀速率分别为：5.495mm/a和2.636mm/a。
式中：R—腐蚀速率
M—试验前的试样质量，g；
M1—试验前的试样质量，g；
S—试样的总面积，cm2；
T—试验时间，h；
D—材料的密度，kg/m3。
【比较例】
(1)使用120号砂粒的砂纸对不锈钢金属板(尺寸为20mm×50mm×2mm)进行打磨，用酒精超声和丙酮去除油渍之后称重，质量分别为：15.0462g和15.5618g；
(2)分别准备两套腐蚀速率测定装置，一套为本发明装置，一套为缺少液位在线监测、不具备自动补加测试液功能的金属腐蚀速率测定装置。
(3)对于本发明装置：
分别倒入1.5L废酸于测试杯中，1.0L废酸于测试液储存装置中后，将测试杯后固定在水浴中，设定水浴第一液位传感器和测试杯第二液位传感器，保证水浴液位要高于测试杯中测试液高度，即水浴要将测试杯中测试液完全浸没，保证实验过程中测试杯中测试液始终处于实验温度范围内，同时也要保证测试液液位要保证不锈钢金属金属挂片处于完全浸没状态；
通过水浴温度控制传感器设定水浴温度为55℃，待水浴温度达到实验温度并保持30min后，将两个不锈钢挂片浸没入测试杯内的测试液中，开始进行腐蚀实验，同时开启测试杯与测试液储存装置之间的截止阀；
实验过程中通过水浴第一液位传感器和测试杯第二液位传感器详细记录并控制水浴液位和测试杯内测试液液位变化；若水浴液位较低时，开启水浴与水龙头间的第二电磁阀，通过水龙头进行水量补充，当水浴液位重新满足设定要求后，关闭第二电磁阀；若测试杯内测试液液位较低时，开启测试杯与测试液储存装置之间的第一电磁阀和微型计量泵，测试液自动被抽入测试杯中，当测试杯测试液液位重新满足设定要求后，关闭第一电磁阀和微型计量泵。
将不锈钢挂片暴露于上述稳定状态168h后，观察不锈钢挂片状态，此时不锈钢挂片仍然处于全浸没状态，对不锈钢挂片进行刷洗干净并干燥后称重，质量为：14.4021g；
(4)对于缺少液位在线监测、不具备自动补加测试液功能的金属腐蚀速率测定装置：
分别倒入1.5L废酸于测试杯中，将测试杯后固定在水浴中，设定水浴传感器保证水浴液位要高于测试杯中测试液高度，即水浴要将测试杯中测试液完全浸没，保证实验过程中测试杯中测试液始终处于实验温度范围内；
通过水浴温度控制传感器设定水浴温度为55℃，待水浴温度达到实验温度并保持30min后，将不锈钢挂片浸没入测试杯内的测试液中，开始进行腐蚀实验；
将不锈钢挂片暴露于上述状态168h后，观察不锈钢挂片状态，此时不锈钢挂片有1/5裸露于空气中，将此不锈钢挂片取出进行刷洗干净、干燥后称重，质量为：15.2125g；
(5)根据下面的腐蚀速率计算公式计算两套装置中不锈钢的腐蚀速率为：1.858mm/a和1.007mm/a，根据试验结果以及取出挂片时挂片所处的状态可知本发明装置可使金属腐蚀速率测试过程中金属刮片一直处于浸没状态，不会由于测试液的蒸发损失造成金属挂片浸没状态发生改变，测得的腐蚀速率更为准确。
式中：R—腐蚀速率
M—试验前的试样质量，g；
M1—试验前的试样质量，g；
S—试样的总面积，cm2；
T—试验时间，h；
D—材料的密度，kg/m3。
Claims (10)
1.一种高效金属材料腐蚀速率测定装置，包括测试杯、金属挂片、水浴、液位传感器、微型计量泵、测试液储存装置、数据控制采集系统，所述测试杯位于水浴箱中，测试杯中安装有第二液位传感器，金属挂片悬挂固定在支撑架上，水浴中安装有第一液位传感器和温度控制传感器，所述测试液储存装置与测试杯通过微量计量泵和电磁阀相连，所述数据控制采集系统对装置中涉及到的电磁阀、液位传感器、水浴温度控制传感器及微量计量泵进行数据控制及在线采集。
2.根据权利要求1所述高效金属材料腐蚀速率测定装置，其特征在于测试杯结构为有盖设计，固定在水浴箱固定孔中，且测试液提前加入测试杯内。
3.根据权利要求1所述高效金属材料腐蚀速率测定装置，其特征在于所述金属挂片通过挂片悬挂绳固定在支撑架上，其中悬挂绳需要固定长度，确保实验中腐蚀挂片完全浸没或者半浸没在测试杯中的测试液内。
4.根据权利要求1所述高效金属材料腐蚀速率测定装置，其特征在于所述测试杯中安装有第二液位传感器，用于在线监测实验过程中测试杯中测试液液位高度，防止金属挂片裸露在空气中。
5.根据权利要求1所述高效金属材料腐蚀速率测定装置，其特征在于所述水浴中第一液位高度要高于测试杯中测试液高度，即水浴要将测试杯中测试液完全浸没，保证实验过程中测试杯中测试液始终处于实验温度范围内。
6.根据权利要求1所述高效金属材料腐蚀速率测定装置，其特征在于所述水浴中安装有第一液位传感器，用于在线监测实验过程中水浴内水的液位高度，所述水浴中安装有温度控制传感器，用于在线监测及控制水浴温度。
7.根据权利要求1所述高效金属材料腐蚀速率测定装置，其特征在于微量计量泵主要用于当测试杯内测试液液位低于设定要求液位时，将测试液从储存装置中抽入测试杯内。
8.根据权利要求1所述高效金属材料腐蚀速率测定装置，其特征在于所述水浴通过电磁阀与水龙头相连，水龙头用于实验过程中对水浴进行水量补充。
9.根据权利要求1所述高效金属材料腐蚀速率测定装置，其特征在于所述装置主要通过所述金属挂片实验前后质量差来计算腐蚀速率。
10.一种高效金属材料腐蚀速率测定方法，采用权利要求1-9所述测定装置进行金属腐蚀速率测定，包括以下步骤：
(1)将测试杯固定在水浴箱的固定位置上，设定水浴第一液位传感器和水浴温度传感器，保证水浴液位要高于测试杯中测试液高度；
(2)保证在测试液处于固定位置时，有至少一个金属挂片处于全浸没状态、有至少一个金属挂片处于半浸没状态，设定测试杯第二液位传感器始终保证实验过程中测试液液位要将金属挂片完全浸没和半浸没；
(3)通过水浴温度控制传感器设定水浴温度，带水浴温度达到实验温度后，将金属挂片通过挂片悬挂绳固定在支撑架上，并将金属挂片完全浸没入以及半浸没测试杯内的测试液中，开始进行腐蚀实验；
(4)实验过程中通过水浴第一液位传感器和测试杯第二液位传感器控制水浴液位和测试杯内测试液液位变化；若水浴液位较低时，开启水浴与水龙头间的第二电磁阀，通过水龙头进行水量补充，当水浴液位重新满足设定要求后，关闭第二电磁阀；若测试杯内测试液液位较低时，开启测试杯与测试液储存装置之间的第一电磁阀和微型计量泵，测试液自动被抽入测试杯中，当测试杯测试液液位重新满足设定要求后，关闭第一电磁阀和微型计量泵，通过控制实验过程中水浴液位和测试杯液位，保证腐蚀测定实验的准确性；
(5)通过测定金属挂片实验前后质量差来计算对应的腐蚀速率。
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