CN201083673Y - 一种用于沟槽腐蚀敏感性测试的电解池 - Google Patents

一种用于沟槽腐蚀敏感性测试的电解池 Download PDF

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Abstract

本实用新型提供一种用于沟槽腐蚀敏感性测试的电解池。该电解池构成包括容器(16)、排气孔(2)、废液排放口(8)、外盖(15)及通过外盖的插口插入容器的工作电极、参比电极和辅助电极，其中所述的工作电极由硬质导线(1)与试样(7)非测量面焊接构成。在沟槽腐蚀敏感性测试试验中，没有专用的极化电解池，多采用电化学研究通用电解池，本实用新型从ERW焊管沟槽腐蚀敏感性电化学测试的实际特点和需要出发，设计了一种专门适用于焊管沟槽腐蚀敏感性电化学评价的电解池，弥补了通用电解池的不足。本实用新型电解池具有结构简单、性能稳定、操作简便、造价低廉的特点。

Description

一种用于沟槽腐蚀敏感性测试的电解池
技术领域
本实用新型涉及一种用于沟槽腐蚀敏感性测试的电解池。
背景技术
沟槽腐蚀性能是用户在ERW焊管产品订货和使用过程中非常重视的问题之一。沟槽腐蚀的本质是ERW焊管焊缝局部相电化学不均匀导致的电偶腐蚀。由于ERW焊管焊缝区与母材的微区成分、夹杂物含量及显微组织存在显著差别，故会在焊缝与母材金属之间产生电位差，形成原电池，导致焊缝产生较为严重的局部腐蚀-沟槽腐蚀。
对沟槽腐蚀敏感性的评价主要采用电化学恒电位极化方法测试，即在3.5％NaCl溶液中，通过外加-550mV(vs.SCE)的恒电位进行极化，持续测试144h。然后，清除试样表面的腐蚀产物，根据失重量计算出试样平均腐蚀深度d1，测量沟槽深度d2，得到沟槽腐蚀敏感系数α＝d2/d1。
目前国内外尚无专门用于焊管沟槽腐蚀敏感性测试的电解池。
宝钢研究院进行电化学方法评价使用的电解池是由美国普林斯顿应用研究公司提供的，配套电化学综合测试系统的通用电解池。其构造和安装位置如图1所示：主要由连接螺栓1、聚四氟乙烯板2、Pt片导线3、辅助电极Pt片4、排气软管5、溶液注入口6、饱和甘汞电极7、电解液8、毛细管9、工作电极导线10、固定螺栓11、聚四氟乙烯顶块12、试样13、支架14、密封垫圈15、1cm2圆形开口(试样测试面积)16、玻璃空腔17等组成。
试验开始前，首先将试样13的测试部位紧贴圆形开口15，并用顶针顶紧，从溶液注入口6注入测试溶液，分别将辅助电极Pt网的导线3、工作电极的导线10以及参比电极7的导线与电化学测试设备的相应接线连接，然后开始进行电化学测试。
该电解池是美国普林斯顿应用研究公司电化学综合测试系统的标准配件之一，在世界范围内广泛使用，可用于常规电化学极化曲线和E-t曲线的测量。该电解池的最大特点是安装测量试样较为便利，比较适合表面平整而且性能均匀的试样。
但是，使用过程中我们发现该电解池设计上存在一些不足和缺陷：
(1)试样的测试面积是固定的，即试样表面面积为1cm2的圆形开口，不利于更大试样表面和局部密封或暴露试样的测量；
(2)当电解质溶液的导电性较弱时，由于参比电极直接与测试电解质溶液接触，参比电极的内阻会较大，容易造成数据严重偏移，特别是当试验周期较长时，电解质溶液会对参比电极产生影响和损害，使得电位发生漂移；
(3)辅助电极与工作电极之间的距离过大(10cm左右)，当电解质溶液的导电性较弱时，会使二者之间的电化学过程受到影响，影响实验结果的准确性；
(4)受试样固定方式的限制，测试试样不能太薄和太厚，太薄在固定时容易变形，太厚(超过1cm)，则试样无法固定；
(5)该电解池价格昂贵(约1100美元)，替换代价很高。
此外，焊管沟槽腐蚀敏感性测试的条件相对特殊，主要包括：
(1)试样测试的尺寸一般采用20mm×15mm，需要对整个试样表面进行测量，通用电解池1cm2圆形暴露表面无法满足测试要求；
(2)测试用电解质为3.5％NaCl溶液，侵蚀性较强，加之测试时间较长，为144h，对参比电极损伤较大，电极寿命较短。
在沟槽腐蚀敏感性测试试验中，没有专用的极化电解池，多采用电化学研究通用电解池。本实用新型从ERW焊管沟槽腐蚀敏感性电化学测试的实际特点和需要出发，设计了一种专门适用于焊管沟槽腐蚀敏感性电化学评价的电解池，弥补了通用电解池的不足。本实用新型的目的在于提供一种用于试样测试面积不规则、试样尺寸较大、测试电解质溶液腐蚀性较强、长时间稳定测量的电解池系统。
实用新型内容
本实用新型提供一种用于沟槽腐蚀敏感性测试的电解池。
本实用新型所述的用于沟槽腐蚀敏感性测试的电解池，构成包括容器(16)、排气孔(2)、废液排放口(8)、外盖(15)及通过外盖的插口插入容器的工作电极、参比电极和辅助电极，其中所述的工作电极由硬质导线(1)与试样(7)非测量面焊接构成。焊接后用树脂(6)封固并进行常规表面打磨和处理。
本实用新型所述的用于沟槽腐蚀敏感性测试的电解池，其中所述的硬质导线(1)穿过电解池外盖上固定的接线柱(3)，确定试样(7)的上下位置和方向，用紧固螺栓(4)固定。
本实用新型所述的用于沟槽腐蚀敏感性测试的电解池，其中所述的参比电极由防滑套(13)、内负饱和KCl混合琼脂盐桥的鲁金毛细管(19)及插入其内的饱和甘汞电极(11)构成。
本实用新型所述的用于沟槽腐蚀敏感性测试的电解池，其中所述的鲁金毛细管(19)和饱和甘汞电极(11)接口处用石蜡(12)密封。
本实用新型所述的用于沟槽腐蚀敏感性测试的电解池，其中所述的鲁金毛细管(19)顶端从外盖突出，并用防滑套(13)固定。
本实用新型所述的用于沟槽腐蚀敏感性测试的电解池，其中所述的鲁金毛细管(19)通过插口(14)插入，调整鲁金毛细管(19)尖部与试样(7)测量面的相对位置，较好的是，二者相距2～3mm。
本实用新型所述的用于沟槽腐蚀敏感性测试的电解池，其中所述的辅助电极由硬质导线(20)与石墨片(18)连接构成。接头部分用704胶(17)或石蜡进行防水密封。
本实用新型所述的用于沟槽腐蚀敏感性测试的电解池，其中所述的硬质导线(20)穿过电解池外盖上固定的接线柱(21)，用紧固螺栓(22)固定。
本实用新型所述的用于沟槽腐蚀敏感性测试的电解池，其中较好的是，所述的石墨片(18)与试样(7)测量面相距10～15mm。
本实用新型所述的用于沟槽腐蚀敏感性测试的电解池，其中所述的废液排放口(8)与带有夹具(10)的胶皮软管(9)连接。
本实用新型电解池的安装和使用方法如下：
1、工作电极：采用硬质导线(1)与处理好的试样(7)的非测量面焊接，然后用树脂(6)封固和进行常规表面打磨和处理，形成工作电极。将硬质导线(1)穿过电解池外盖(15)上固定的接线柱(3)，确定试样的上下位置和方向，用紧固螺栓(4)固定。
2、参比电极：将饱和甘汞电极(11)插入鲁金毛细管(19)(内负饱和KCl混合琼脂溶液)中。在鲁金毛细管(19)与饱和甘汞电极(11)的接口处采用石蜡(12)密封，防止长期试验中毛细管内KCl溶液蒸发。鲁金毛细管(19)通过外盖的鲁金毛细管插口(14)插入，鲁金毛细管顶端要从外盖(15)突出，用防滑套(13)固定，以防止鲁金毛细管滑脱。调整鲁金毛细管尖部与试样(7)测量面的相对位置，二者相距2～3mm为宜。
3、辅助电极：辅助电极采用方形或者圆形石墨片(18)。用704胶(17)或石蜡对硬质导线(20)与石墨片(18)接头部位进行防水密封。将硬质导线(20)穿过外盖的接线柱(21)，调整好石墨片(18)与试样(7)测量面的相对位置(相距10～15mm)后，用紧固螺栓(22)固定。
4、以上步骤完成后，将固定好电极的电解池外盖(15)盖好，并旋紧。用夹具(10)将胶皮软管(9)夹住，通过溶液注入口(5)往容器(16)中注入适量测试电解液，即可开始测量。
5、一个测量周期完成后，打开夹具(10)将废液通过开口(8)排放掉。鲁金毛细管(19)的尖嘴部位往往会积聚腐蚀产物，要及时清洗或更换。
本实用新型电解池的外盖(15)上有三个位置不同的工作电极接线柱，在安装不同封样厚度的工作电极时，可以通过接线柱的调整确定合适的工作电极位置。当测试过程需通入气体时，排气孔(2)用于排气。
按照本发明制作的电解池已成功应于“宝钢ERW焊管沟槽腐蚀行为与评价方法研究”项目的研究工作中，实践证明该电解池具有如下优点：
(1)试样测试面积可以根据实际需要适当变化，不需恰好是1cm2的圆面；外盖(15)采用多个工作电极接线柱，使得工作电极的厚度可以在一定范围内调整。
(2)鲁金毛细管(19)内采用饱和KCl混合琼脂盐桥而不直接用测试电解质，使得饱和甘汞电极在测试过程中不与电解液直接接触，因此得到很好的保护，延长了饱和甘汞电极的寿命，且有利于在较强腐蚀介质中的长期稳定测试。此外，由于该盐桥电阻较小，减小了参比电极(由饱和甘汞电极(11)和鲁金毛细管(19)组成)内阻对试验结果带来的系统误差。
(3)试样(7)与石墨片(18)之间的距离缩短了(原有电解池为10cm以上，现在只有10～15mm)，因此减小了溶液电阻对试验结果的影响。
(4)由于在饱和甘汞电极(11)和鲁金毛细管(19)之间采用了石蜡(12)密封，避免了参比电极中溶液的挥发，使得测试过程非常稳定。对于沟槽腐蚀性能的电化学评价试验，测试周期非常长(144h)，若不密封，则鲁金毛细管内的饱和KCl溶液会迅速蒸发，最终使得饱和甘汞电极与鲁金毛细管之间无法导通，而导致试验中断。
(5)该电解池增加了废液排放口(8)，使得试验过程中换液步骤变得更为便利。
(6)该电解池造价低廉，总价不超过100元，仅为进口电解池的1/80，特别适合多通道电化学测量之用。
本实用新型电解池具有结构简单、性能稳定、操作简便、造价低廉的特点，也可用于其它较大尺寸或性状不一致金属试样的电化学性能研究，也能用于类似沟槽腐蚀敏感性测试这类特殊电化学测试的装置。
附图的简单说明
图1是圆筒状卧式Hall电解槽的示意图。
图中1-连接螺栓；2-聚四氟乙烯板；3-Pt片导线；4-辅助电极Pt片；5-排气软管；6-溶液注入口；7-饱和甘汞电极；8-溶液；9-毛细管；10-工作电极导线；11-紧固螺栓；12-聚四氟乙烯顶块；13-试样；14-支架；15-密封垫圈；16-1cm2圆形开口；17-玻璃空腔。
图2是本实用新型用于沟槽腐蚀敏感性测试的电解池结构示意图。
图中1-带绝缘层的硬质导线；2-排气孔；3-接线柱；4-紧固螺栓；5-溶液注入口；6-树脂；7-试样；8-废液排出口；9-胶皮软管；10-夹具；11-饱和甘汞电极；12-石蜡；13-防滑套；14-鲁金毛细管插口；15-有机玻璃外盖；16-有机玻璃容器；17-704密封胶；18-片状石墨电极；19-鲁金毛细管；20-带绝缘层的硬质导线；21-接线柱；22-紧固螺栓。
具体实施方式
下面参照附图，更具体地说明本实用新型。
实施例1
本实用新型电解池的安装和使用方法如下：
1、工作电极：试样(7)的连接采用硬质包皮铜芯导线(1)。首先将导线两端的绝缘层去掉10mm，将其中的一端与处理好的试样(7)的非测量面焊接，然后用树脂(6)封固和进行常规表面打磨和处理，形成工作电极。将硬质导线(1)穿过电解池外盖(15)上固定的接线柱(3)，确定试样的上下位置和方向，用紧固螺栓(4)固定。
2、参比电极：将鲁金毛细管(19)(内负饱和氯化钾混合琼脂溶液)通过鲁金毛细管插口(14)插入，调整鲁金毛细管尖部与试样(7)测量面的相对位置，二者相距2～3mm。鲁金毛细管顶端要从外盖(15)突出1～2cm，用防滑套(13)固定。然后将饱和甘汞电极(11)插入鲁金毛细管(19)中，并注入饱和KCl溶液。在毛细管与饱和甘汞电极(11)的接口处采用石蜡(12)密封。
3、辅助电极：采用圆形石墨片(18)，直径50mm，在靠近边部钻一直径为2mm小孔，将硬质导线(20)去掉绝缘层穿过小孔并固定，然后用704胶(17)对接头部位进行防水密封。将硬质导线(20)穿过外盖的接线柱(21)，调整好石墨片(18)与试样(7)测量面的相对位置，相距15mm，然后用紧固螺栓(22)固定。
4、以上步骤完成后，将固定好电极的电解池外盖(15)盖好，并旋紧。用夹具(10)将胶皮软管(9)夹住，用漏斗通过溶液注入口(5)往容器(16)中注入适量测试电解液，开始测量。
5、一个测量周期完成后，打开夹具(10)将废液通过废液排放口(8)排放掉，清洗鲁金毛细管(19)的尖嘴部位。
本实用新型电解池的外盖(15)上有三个位置不同的工作电极接线柱，在安装不同封样厚度的工作电极时，可以通过接线柱的调整确定合适的工作电极位置。当测试过程需通入气体时，排气孔(2)用于排气。
本实用新型电解池具有结构简单、性能稳定、操作简便、造价低廉的特点。用于焊管沟槽腐蚀敏感性电化学评价，弥补了通用电解池的不足，也能用于类似沟槽腐蚀敏感性测试这类特殊电化学测试的装置。

Claims (10)

1.一种用于沟槽腐蚀敏感性测试的电解池，构成包括容器(16)、排气孔(2)、废液排放口(8)、外盖(15)及通过外盖的插口插入容器的工作电极、参比电极和辅助电极，其特征在于，所述的工作电极由硬质导线(1)与试样(7)非测量面焊接构成。
2.如权利要求1所述的用于沟槽腐蚀敏感性测试的电解池，其特征在于，所述的硬质导线(1)穿过电解池外盖上固定的接线柱(3)，用紧固螺栓(4)固定。
3.如权利要求1所述的用于沟槽腐蚀敏感性测试的电解池，其特征在于，所述的参比电极由防滑套(13)、内负饱和KCl混合琼脂盐桥的鲁金毛细管(19)及插入其内的饱和甘汞电极(11)构成。
4.如权利要求1所述的用于沟槽腐蚀敏感性测试的电解池，其特征在于，所述的鲁金毛细管(19)和饱和甘汞电极(11)接口处用石蜡(12)密封。
5.如权利要求1或3所述的用于沟槽腐蚀敏感性测试的电解池，其特征在于，所述的鲁金毛细管(19)顶端从外盖突出，并用防滑套(13)固定。
6.如权利要求1或3所述的用于沟槽腐蚀敏感性测试的电解池，其特征在于，所述的鲁金毛细管(19)尖部与试样(7)的测量面相对，二者相距2～3mm。
7.如权利要求1所述的用于沟槽腐蚀敏感性测试的电解池，其特征在于，所述的辅助电极由硬质导线(20)与石墨片(18)连接构成。
8.如权利要求1或7所述的用于沟槽腐蚀敏感性测试的电解池，其特征在于，所述的硬质导线(20)穿过电解池外盖上固定的接线柱(21)，用紧固螺栓(22)固定。
9.如权利要求1或7所述的用于沟槽腐蚀敏感性测试的电解池，其特征在于，所述的石墨片(18)与试样(7)测量面相距10～15mm。
10.如权利要求1所述的用于沟槽腐蚀敏感性测试的电解池，其特征在于，所述的废液排放口(8)与带有夹具(10)的胶皮软管(9)连接。
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