CN204679400U - 一种供水管道耐腐蚀研究用具有多种涂层可更换工作电极 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种供水管道耐腐蚀研究用具有多种涂层可更换工作电极，其金属电极为球墨铸铁电极，直径08～12mm，高10～15mm；球墨铸铁电极的外表面设置有厚度3mm、高度15～25mm的绝缘层；由于球墨铸铁电极与绝缘层的高度差，在其上部形成一个高度为2～12mm的凹槽，该凹槽内设置有防腐层或腐蚀垢层；在球墨铸铁电极的下表面设置有硬质金属导体接头，该下表面及硬质金属导体接头的外表面均设置有绝缘层。本实用新型解决了现有供水管道监测中无法利用电化学装置对带有水泥砂浆层、镀锌层、环氧树脂层等防腐层，以及内外管壁覆盖有腐蚀垢层的老旧管道电化学测量的缺点；还可以利用外部仪器测量涂层的微观形貌，分析供水管道中各种涂层的腐蚀、作用机理。
Description
技术领域
本实用新型是关于电化学测量装置的，特别涉及一种供水管道耐腐蚀研究用具有多种涂层的可更换工作电极。
背景技术
城市供水系统是城市的生命线，管道的安全供水对维护城市的正常生产、生活起着至关重要的作用。我国供水管道材质主要为球墨铸铁等金属，金属管道的腐蚀是威胁管道安全运行的重要因素。在管道耐腐蚀性检测的众多方法中，电化学测量方法作为观测材料耐腐蚀性能的一种重要手段，由于其快速、可连续监测等优点而被广泛用于金属供水管道耐腐蚀的实验研究。在电化学测量装置中，工作电极的选择及制备是关系到测试可行性及有效性的关键因素。现有的工作电极通常为单一金属材质的柱状或片状电极，尚不能准确模拟管道运行中的真实情况。在实际供水系统中，管道主体为球墨金属等材质，其上涂覆有水泥砂浆内衬层、环氧树脂涂层或镀锌涂层等多种防腐层，管道内涂层除具有防腐作用外,还降低了管壁粗糙度,从而减少流动阻力，以降低动力消耗、节约管材和工费等。同时，大量城市供水管道已运行多年，管道内外壁面上已形成较厚的局部腐蚀瘤或大面积腐蚀垢层，严重影响了用户端出水水质，并加速了管道的腐蚀。
针对以上情况，应用现有的单一金属材质工作电极进行电化学测量以模拟管道运行情况，明显与实际管道的运行情况不符，无法获得带有防腐涂层或腐蚀产物的金属电极在腐蚀过程中的腐蚀数据；同时，因传统工作电极反应面积不易确定、制备操作难以标准化、体积较大而无法实现后续大型仪器检测等问题，限制了电化学方法在供水管道耐腐蚀研究领域的应用。
发明内容
本实用新型的目的，在于提供一种供水管道耐腐蚀研究用具有多种涂层的可更换工作电极，以解决现有技术中传统金属工作电极无法准确地对带有防腐涂层或腐蚀产物的金属电极进行电化学测量的问题，以便更加准确地模拟供水管道的实际运行情况及耐腐蚀性能。该电极反应面积方便计算，涂层表面平整均一，涂层厚度易于控制，制作方法规范可行，增强了该电极的普遍适用性。
本实用新型解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：
一种供水管道耐腐蚀研究用具有多种涂层的可更换工作电极，包括金属电极、绝缘层和导体接头，其特征在于，所述金属电极为球墨铸铁电极1，其外表面设置有绝缘层2；球墨铸铁电极1的直径为08～12mm，高10～15mm；绝缘层2的厚度为3mm，高15～25mm；由于球墨铸铁电极1与绝缘层2的高度差，其上部形成一个高度为2～12mm凹槽3，该凹槽3内设置有防腐层6或者腐蚀垢层7；在球墨铸铁电极1的下表面设置有硬质金属导体接头4，球墨铸铁电极1的下表面及硬质金属导体接头4的外表面均设置有绝缘层。
所述球墨铸铁电极1为圆柱体电极，其外表面设置的绝缘层2为PVC绝缘层；球墨铸铁电极1的下表面及硬质金属导体接头4的外表面设置的绝缘层也为PVC绝缘层。
所述硬质金属导体接头4的长度为5～10cm，末端裸露，与外部电化学测量装置相连接。
所述防腐层6为水泥砂浆层、镀锌层或者环氧树脂层。
所述凹槽3与腐蚀垢层7之间设置有双面导电碳胶5，双面导电碳胶5的厚度为0.05mm。
本专利的优点和有益效果是：
1、本实用新型是一种供水管道耐腐蚀研究用具有多种涂层的可更换工作电极，可对多种管道防腐涂层进行实时电化学腐蚀监测，便于研究涂层的作用机理和防腐性能，以更加准确地模拟供水管道的实际运行情况及耐腐蚀性能。
2、本实用新型工作电极可对覆盖有内外管壁腐蚀垢层剥落物的金属电极进行电化学测量，从而推测出现有老旧管道腐蚀垢层的微观结构及性能，以探究供水管道的腐蚀进程和腐蚀机理，对城市供水管道的寿命预测和腐蚀防护意义重大。
3、本实用新型工作电极制作方法规范可行，反应面积方便计算，涂层表面平整均一，涂层厚度易于控制，可以大大提高腐蚀电化学测量的准确性和规范性。
4、本实用新型工作电极广泛适用于各种电化学测量装置，如两电极、三电极体系电解池，通过交流阻抗谱、动电位扫描、开路电位等测量手段，可准确获得静态或流动体系下腐蚀过程中的腐蚀数据，从而模拟、研究出多种供水管道防腐层的作用机理及失效机理。
5、本实用新型工作电极截面积小、厚度薄、主体体积较小，避免了使用其他截面积较大或厚度较大的工作电极需要切割的操作，使得后续利用大型仪器检测涂层微观形貌的实验操作更为方便、快捷，便于综合应用多种检测方法，更好地分析供水管道中多种涂层在腐蚀环境中的作用机理。
附图说明
图1是本实用新型供水管道耐腐蚀研究用具有多种涂层的可更换工作电极的结构示意图；
图2是本实用新型具体实施例测量所得对数频率特性曲线(Bode图)；
图3是本实用新型的凹槽内涂覆防腐层的结构示意图；
图4是本实用新型的凹槽内涂覆腐蚀垢层的结构示意图。
本实用新型附图标记如下：
1———球墨铸铁电极 2———绝缘层
3———凹槽 4———硬质金属导体接头
5———双面导电碳胶 6———防腐层
7———腐蚀垢层
具体实施方式
如图1所示，本实用新型是一种供水管道耐腐蚀研究用具有多种涂层的可更换工作电极，该工作电极的金属电极为球墨铸铁圆柱电极，其外表面设置有PVC绝缘层；球墨铸铁电极1的直径为08～12mm，高10～15mm；绝缘层2的厚度为3mm，高15～25mm；由于球墨铸铁电极1与绝缘层2的高度差，其上部形成一个高度为2～12mm凹槽3，该凹槽3内设置有防腐层6或者腐蚀垢层7；在球墨铸铁电极1的下表面设置有硬质金属导体接头4，该下表面及硬质金属导体接头4的外表面均设置有PVC绝缘层。硬质金属导体接头4的长度为5～10cm，末端裸露，与外部电化学测量装置相连接。防腐层6为水泥砂浆内衬层、镀锌层或者环氧树脂层。
本实施例的工作电极由内层球墨铸铁圆柱电极和外层PVC绝缘层组成。内层球墨铸铁圆柱体的截面直径为1cm，高10mm；外层为PVC绝缘层的厚度为3mm，高16mm。内外层上表面高度差为3mm，从而形成一个高度已知的圆柱形凹槽作为涂层载体。
然后，将球墨金属圆柱体的下表面与一长度为5cm的硬质金属导体接头焊接相连，该下表面以及金属接头外层均覆盖有PVC绝缘层，防止非工作面积位点在电极浸入电解池后发生腐蚀而影响测量。金属接头末端裸露，与外部电化学装置相连。
填涂防腐涂层6或腐蚀垢层7；防腐涂层6为水泥砂浆层、镀锌层或者环氧树脂层，直接涂覆于凹槽3内，高度与绝缘层2平齐(如图3所示)；腐蚀垢层7是由老旧管道腐蚀垢层剥落物所组成，需预先在凹槽3内的金属表面粘贴一层厚度为0.05mm的双面导电碳胶5，然后将从老旧管道上剥落的腐蚀垢粘附其上，填满凹槽3(如图4所示)。
特别需要注意的是，当以水泥砂浆层作为研究涂层时，需要采用符合国家标准的配比方案和涂覆要求，自行调制水泥砂浆，均匀涂覆在凹槽内。首先，需要完成水泥砂浆的拌合。本实施例工作电极的水泥砂浆层采用42.5#R早强型普通硅酸盐水泥；砂的选择应符合GB/T 14684的要求，砂子中粒度小于75μm的颗粒质量分数不应超过砂子总量的2％；配置水为饮用水。水、水泥、砂的质量比为0.6:1:3.5。其次，再对水泥砂浆进行涂覆。将拌合好的水泥砂浆填涂在电极预留出的凹槽3内，以绝缘层2外檐为基准，用一平面刮板刮掉多余的水泥砂浆，以保证水泥砂浆涂层的表面与绝缘层2外檐在同一平面上，并且仅存在于中央圆柱形区域内。如此涂覆，以保证涂层厚度与凹槽高度一致，为3mm，并且裸露的内衬表面较为平整均一；同时绝缘层外檐高度固定不变，可以用来作为判断内称层厚度变化的基准。然后，制备好的电极在25℃恒温箱中自然硬化、风干，时常为3～5天。
将制作好的工作电极连入外部的电化学测量装置，可以连接两电极或者三电极体系电解池，再将电解池与电化学工作站联用，通过交流阻抗谱、动电位扫描、开路电位等测量手段，可准确获得静态或流动体系下腐蚀过程中的腐蚀数据，从而模拟、研究出多种供水管道防腐层的作用机理及失效机理。同时，对填涂腐蚀垢层的工作电极进行电化学监测，可以推测出现有老旧管道腐蚀垢层的微观结构，探索金属供水管道的腐蚀机理，从而对管道的缓蚀阻垢提出有效的的解决方案。
以上述具有水泥砂浆层的球墨铸铁工作电极为例，模拟带内衬的球墨铸铁供水管道的腐蚀过程，以探究水泥砂浆防腐层的作用机理及失效机理。将该工作电极接入常规三电极体系电解池，电解池内注入自来水，并与电化学工作站连用。输入球墨铸铁金属材料特性和实验条件(25℃下)等基本参数，选择测量方法为交流阻抗谱中的阻抗-频率扫描，选择参比电极为饱和甘汞电极SCE，设置电位幅值为10mV(相对于开路电位)，扫描频率为0.01～100000Hz，待开路电位稳定后，开始测量，得出交流阻抗谱随时间的变化图。测量所得对数频率特性曲线如图2所示，结果表明，水泥砂浆防腐层的结构随时间不断变化，当图中扩散拖尾消失转变为容抗弧时，水泥砂浆层失效；再通过等效电路的模拟计算，可以得出对应的防腐层微观结构的电化学参数。这与文献中结果是基本一致的。
本实用新型一方面解决了现有供水管道腐蚀监测中无法利用电化学装置对带有水泥砂浆层、镀锌层、环氧树脂层等防腐层，以及内外管壁覆盖有腐蚀垢层的老旧管道进行电化学测量的问题；另一方面，该工作电极制作方法规范可行，反应面积方便计算，涂层表面平整均一，涂层厚度易于控制，可以大大提高腐蚀电化学测量的准确性和规范性，增强了该工作电极的适应性，可准确获得静态或流动体系下腐蚀过程中的腐蚀数据，从而模拟、研究出多种供水管道防腐层的作用机理及失效机理。
Claims (5)
1.一种供水管道耐腐蚀研究用具有多种涂层可更换工作电极，包括金属电极、绝缘层和导体接头，其特征在于，所述金属电极为球墨铸铁电极(1)，其外表面设置有绝缘层(2)；球墨铸铁电极(1)的直径为08～12mm，高10～15mm；绝缘层(2)的厚度为3mm，高15～25mm；由于球墨铸铁电极(1)与绝缘层(2)的高度差，其上部形成一个高度为2～12mm凹槽(3)，该凹槽(3)内设置有防腐层(6)或者腐蚀垢层(7)；在球墨铸铁电极(1)的下表面设置有硬质金属导体接头(4)，球墨铸铁电极(1)的下表面及硬质金属导体接头(4)的外表面均设置有绝缘层。
2.根据权利要求1所述的一种供水管道耐腐蚀研究用具有多种涂层可更换工作电极，其特征在于，所述球墨铸铁电极(1)为圆柱体的电极，其外表面设置的绝缘层(2)为PVC绝缘层；球墨铸铁电极(1)的下表面及硬质金属导体接头(4)的外表面设置的绝缘层也为PVC绝缘层。
3.根据权利要求1所述的一种供水管道耐腐蚀研究用具有多种涂层可更换工作电极，其特征在于，所述硬质金属导体接头(4)的长度为5～10cm，末端裸露，与外部电化学测量装置相连接。
4.根据权利要求1所述的一种供水管道耐腐蚀研究用具有多种涂层可更换工作电极，其特征在于，所述防腐层(6)为水泥砂浆层、镀锌层或者环氧树脂层。
5.根据权利要求1所述的一种供水管道耐腐蚀研究用具有多种涂层可更换工作电极，其特征在于，所述凹槽(3)与腐蚀垢层(7)之间设置有双面导电碳胶(5)，双面导电碳胶(5)的厚度为0.05mm。
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