RU2761767C1 - Device for non-destructive electrochemical monitoring of the surface condition of metal samples in electrolyte - Google Patents

Device for non-destructive electrochemical monitoring of the surface condition of metal samples in electrolyte Download PDF

Info

Publication number
RU2761767C1
RU2761767C1 RU2021110783A RU2021110783A RU2761767C1 RU 2761767 C1 RU2761767 C1 RU 2761767C1 RU 2021110783 A RU2021110783 A RU 2021110783A RU 2021110783 A RU2021110783 A RU 2021110783A RU 2761767 C1 RU2761767 C1 RU 2761767C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
current
samples
electrochemical cell
electrodes
electrolyte
Prior art date
Application number
RU2021110783A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Менделевич Ольшанский
Валерий Анатольевич Карпов
Ксения Александровна Комарова
Юрий Николаевич Данилейко
Дмитрий Анатольевич Швоев
Александр Григорьевич Островский
Олег Юрьевич Кочетов
Original Assignee
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ ЭКОЛОГИИ И ЭВОЛЮЦИИ им. А.Н. СЕВЕРЦОВА РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК (ИПЭЭ РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ ЭКОЛОГИИ И ЭВОЛЮЦИИ им. А.Н. СЕВЕРЦОВА РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК (ИПЭЭ РАН) filed Critical ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ ЭКОЛОГИИ И ЭВОЛЮЦИИ им. А.Н. СЕВЕРЦОВА РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК (ИПЭЭ РАН)
Priority to RU2021110783A priority Critical patent/RU2761767C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2761767C1 publication Critical patent/RU2761767C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N17/00Investigating resistance of materials to the weather, to corrosion, or to light
    • G01N17/02Electrochemical measuring systems for weathering, corrosion or corrosion-protection measurement

Abstract

FIELD: non-destructive electrochemical monitoring.
SUBSTANCE: invention relates to the field of non-destructive electrochemical monitoring of the state of the surface of metal samples and can be used to assess the state of materials during prolonged maintenance in natural water, in particular materials of underwater devices for long-term operation. A device for non-destructive electrochemical monitoring of the surface state of metal samples in an electrolyte includes a circuit for measuring the potentials of electrodes, while the circuit consists of an electrochemical cell body made of an insulating material and having grooves for placing current electrodes, recording electrodes, test samples, and current concentrators in them installed between the recording electrodes and the test samples, above which current-limiting insulating plugs are placed in the same grooves above, and it also consists of a current generator connected through resistors by means of a wire with current electrodes placed in the body of an electrochemical cell filled with electrolyte, in which recording electrodes are also immersed, connected by wires to the inputs of potential meters, and test samples, and the current and recording electrodes are made made of rectangular pieces of stainless steel mesh and have an electrode body made of insulating material and having a cavity for inserting the mesh, in this case, the lower part of the electrode body is made perforated, designed for free flow of electrolyte in the electrochemical cell and electrical contact between the electrolyte and the metal mesh, which in turn is connected by means of a petal, bolt and washer with wires connecting the corresponding electrode to the current generator and potential meter, and current and recording electrodes, housing for holding samples, current concentrator and insulating plugs have the same width, equal to the width of the electrochemical cell.
EFFECT: expanding the functionality of the device, simplicity of comparative studies of a large number of different types and of the same type of samples under the same conditions, while reducing the operating time with the replacement of samples, without disrupting the configuration of the electric current in the electrochemical cell.
6 cl, 9 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретение.The technical field to which the invention relates.

Изобретение относится к области неразрушающего электрохимического контроля состояния поверхности металлических образцов в одной среде и может быть использовано для оценки состояния различных материалов при длительном содержании в природной воде, в частности материалов для подводных устройств длительной эксплуатации.The invention relates to the field of non-destructive electrochemical monitoring of the state of the surface of metal samples in one environment and can be used to assess the state of various materials during long-term maintenance in natural water, in particular materials for underwater devices for long-term operation.

Основное преимущество методов неразрушающего контроля - практически полное отсутствие влияния на объект контроля, без изменения технических или физических свойств и его эксплуатационных качеств и характеристик. Заявленное устройство относится к средствам неразрушающего электрохимического контроля и позволяет контролировать образцы двумя широко известными способами - амперохронометрией и импедансной спектроскопией.The main advantage of non-destructive testing methods is the almost complete absence of influence on the test object, without changing the technical or physical properties and its performance and characteristics. The claimed device relates to means of non-destructive electrochemical control and allows you to control samples by two well-known methods - amperochronometry and impedance spectroscopy.

Особенностью методов электрохимического импеданса и амперохронометрии является то, что информацию об адсорбции ингибитора на поверхность электрода, о формировании защитных пленок и процессе пассивации металла, механизмах и кинетике коррозионного поведения, можно получить, не нарушая характера течения этих процессов в тестируемом образце.A feature of the methods of electrochemical impedance and amperochronometry is that information about the adsorption of the inhibitor on the electrode surface, the formation of protective films and the process of metal passivation, the mechanisms and kinetics of corrosion behavior can be obtained without disturbing the nature of these processes in the test sample.

Уровень техники.State of the art.

На сегодняшний день известна установка для проведения электрохимических измерений в частности качественной и количественной оценки коррозионной стойкости металлов, которая состоит, как минимум, из двух частей: электрохимической ячейки и измерительной аппаратуры. В большинстве случаев в качестве измерительной аппаратуры используется потенциостат. Электрохимическая ячейка - специальный сосуд, который содержит исследуемую электрохимическую систему (электролит и электрод) и позволяет осуществить комплекс операций. Для проведения некоторых электрохимических действий применяются электрохимические ячейки различной конструкции, простейшей из которых является двухэлектродная ячейка. Электрохимическая ячейка включает в себя не менее двух электродов, для того чтобы можно было либо пропускать через исследуемую систему ток, либо измерять потенциал электродов. При этом в процессе исследования электрохимических процессов в тонких слоях электролита с большим сопротивлением используют высоковольтные источники питания, высокоомные регуляторы поляризующего тока и вольтметры для измерения потенциала. (Коррозия и защита металлов. В 2 ч. Ч. 1. Методы исследований коррозионных процессов: учебно-методическое пособие / Н.Г. Россина, Н.А. Попов, М.А. Жилякова, А.В. Корелин, Екатеринбург: Изд-во Урал, ун-та, 2019, с. 8-20). Однако при исследовании кинетики анодных и катодных процессов в широком диапазоне потенциалов, когда скорости электрохимических реакций меняются на несколько порядков, возможны искажения поляризационных кривых и, следовательно, данных об истинных кинетических параметрах процесса, например оценки коррозионной стойкости металлов. Эти искажения обычно связаны с отклонениями измеряемого потенциала от величины скачка потенциала в двойном слое, определяющего скорость электрохимической реакции. Указанные отклонения обусловлены омическим падением потенциала, вызываемым конструктивными особенностями рабочей ячейки, наличием пленок на электроде, большими зазорами между электродами.Today, there is a known installation for carrying out electrochemical measurements, in particular for a qualitative and quantitative assessment of the corrosion resistance of metals, which consists of at least two parts: an electrochemical cell and measuring equipment. In most cases, a potentiostat is used as measuring equipment. An electrochemical cell is a special vessel that contains the investigated electrochemical system (electrolyte and electrode) and allows a complex of operations to be carried out. For some electrochemical actions, electrochemical cells of various designs are used, the simplest of which is a two-electrode cell. An electrochemical cell includes at least two electrodes in order to either pass a current through the system under study or measure the potential of the electrodes. At the same time, in the process of studying electrochemical processes in thin layers of electrolyte with high resistance, high-voltage power supplies, high-resistance polarizing current regulators and voltmeters are used to measure the potential. (Corrosion and protection of metals. In 2 hours. Part 1. Methods of researching corrosion processes: a training manual / NG Rossina, NA Popov, MA Zhilyakova, AV Korelin, Yekaterinburg: Publishing house Ural, university, 2019, p. 8-20). However, when studying the kinetics of anodic and cathodic processes in a wide range of potentials, when the rates of electrochemical reactions vary by several orders of magnitude, distortions of polarization curves and, consequently, data on the true kinetic parameters of the process, for example, assessment of the corrosion resistance of metals, are possible. These distortions are usually associated with deviations of the measured potential from the magnitude of the potential jump in the double layer, which determines the rate of the electrochemical reaction. These deviations are due to the ohmic potential drop caused by the design features of the working cell, the presence of films on the electrode, and large gaps between the electrodes.

Наиболее близким техническим решением к заявленному является устройство для электрохимического исследования коррозии металлов, включающее в себя цепь для измерения потенциалов электродов, цепь для измерения коррозионного тока, а также термостат. Цепь для измерения потенциалов состоит из электродов, погруженных в растворы, находящиеся в сосудах. Растворы соединяются электролитическим ключом. В каждый раствор погружается электрод сравнения (например, хлорсеребряный электрод). Переключатель и милливольтметр позволяют измерять потенциалы металлических электродов относительно применяемого электрода сравнения. Цепь для измерения коррозионного тока состоит из электродов, погруженных в растворы, находящиеся в сосудах. Растворы соединяются электролитическим ключом. Между электродами последовательно включены: тумблер, калиброванный резистор с подключенным параллельно к нему высокоомным цифровым милливольтметром, магазин сопротивлений. Термостат состоит из сосуда, заполненного теплоносителем, например водой, в который погружены сосуды с исследуемыми электродами, а также мешалка и термометр (RU 2533344, 20.11.2014). Недостатками данного устройства является невозможность использования сосуда для одновременного измерения нескольких образцов, что снижает производительность анализа.The closest technical solution to the claimed one is a device for electrochemical research of metal corrosion, which includes a circuit for measuring electrode potentials, a circuit for measuring corrosion current, and a thermostat. The potential measuring circuit consists of electrodes immersed in solutions in the vessels. The solutions are connected with an electrolytic key. A reference electrode (for example, a silver chloride electrode) is immersed in each solution. The switch and millivoltmeter allow you to measure the potentials of metal electrodes relative to the reference electrode used. The corrosive current measurement circuit consists of electrodes immersed in solutions in the vessels. The solutions are connected with an electrolytic key. Between the electrodes, the following are connected in series: a toggle switch, a calibrated resistor with a high-resistance digital millivoltmeter connected in parallel to it, a resistance box. The thermostat consists of a vessel filled with a heat carrier, for example, water, in which vessels with test electrodes are immersed, as well as a stirrer and a thermometer (RU 2533344, 20.11.2014). The disadvantages of this device is the impossibility of using a vessel for the simultaneous measurement of several samples, which reduces the productivity of the analysis.

Сущность изобретения.The essence of the invention.

Технический результат заключается в том, что конструктивные элементы устройства обеспечивают расширение его функциональных возможностей, в частности простоты сравнительных исследований большого количества как разнотипных, так и однотипных тестируемых образцов в одинаковых условиях при сокращении времени работы с заменой образцов, не нарушая конфигурацию электрического тока в электрохимической ячейке.The technical result is that the structural elements of the device provide an expansion of its functionality, in particular, the simplicity of comparative studies of a large number of both different types and the same type of test samples under the same conditions while reducing the operating time with the replacement of samples, without disrupting the configuration of the electric current in the electrochemical cell ...

Технический результат достигается тем, что создано устройство для неразрушающего электрохимического контроля состояния поверхности металлических образцов в электролите, включающее цепь для измерения потенциалов электродов, при этом цепь состоит из корпуса электрохимической ячейки, выполненный из изолирующего материала и имеющего пазы для размещения в них токовых электродов, регистрирующих электродов, тестируемых образцов, и концентраторов тока, установленных между регистрирующими электродами и тестируемыми образцами, над которыми сверху в тех же пазах размещены токоограничивающие изоляционные заглушки, а также она состоит из генератора тока, соединенного через резисторы посредством провода с токовыми электродами, помещенными в корпус электрохимической ячейки, заполненной электролитом, в который также погружены регистрирующие электроды, соединенные проводами с входами измерителей потенциалов и тестируемые образцы, причем токовые и регистрирующие электроды выполнены из прямоугольных кусков сетки из нержавеющей стали и имеют корпус электрода, выполненный из изоляционного материала и имеющего полость для вставления сетки, при этом нижняя часть корпуса электрода выполнена перфорированной, предназначенной для свободного протекания электролита в электрохимической ячейке и электрического контакта электролита и металлической сетки, которая в свою очередь соединена посредством лепестка, болта и шайбы с проводами, соединяющими соответствующий электрод с генератором тока и измерителем потенциала, а токовые и регистрирующие электроды, корпус для крепления образцов, концентратор тока и изоляционные заглушки имеют одинаковую ширину, равную ширине электрохимической ячейки.The technical result is achieved by creating a device for non-destructive electrochemical monitoring of the surface state of metal samples in an electrolyte, including a circuit for measuring the potentials of the electrodes, while the circuit consists of an electrochemical cell body made of an insulating material and having grooves for placing current electrodes in them, recording electrodes, tested samples, and current concentrators installed between the recording electrodes and the tested samples, above which current-limiting insulating plugs are placed in the same grooves, and it also consists of a current generator connected through resistors through a wire with current electrodes placed in the electrochemical housing. a cell filled with electrolyte, in which recording electrodes are also immersed, connected by wires to the inputs of potential meters and test samples, and current and recording electrodes are made of rectangular pieces ov mesh made of stainless steel and have an electrode body made of insulating material and having a cavity for inserting the mesh, while the lower part of the electrode body is perforated, designed for free flow of electrolyte in the electrochemical cell and electrical contact between the electrolyte and the metal mesh, which in turn connected by means of a petal, a bolt and a washer with wires connecting the corresponding electrode with the current generator and potential meter, and the current and recording electrodes, the housing for holding the samples, the current concentrator and the insulating plugs have the same width, equal to the width of the electrochemical cell.

В предпочтительном варианте в целях повышения надежности измерений регистрирующий электрод выполнен двухсекционным, в этом случае корпус электрода выполнен с двумя полостями, разделенными изолирующей перегородкой.In a preferred embodiment, in order to increase the reliability of measurements, the recording electrode is made in two sections; in this case, the electrode body is made with two cavities, separated by an insulating partition.

В предпочтительном варианте концентратор тока выполнен в виде пластины из изолирующего материала с отверстиями в нижней части, края которых ограничены выступами.In a preferred embodiment, the current concentrator is made in the form of a plate of insulating material with openings in the lower part, the edges of which are delimited by projections.

В предпочтительном варианте площадь отверстий концентратора тока составляет не более 10 процентов площади сечения корпуса электрохимической ячейки и площади поверхности тестируемых образцов.In a preferred embodiment, the area of the holes of the current concentrator is not more than 10 percent of the cross-sectional area of the electrochemical cell housing and the surface area of the test samples.

В предпочтительном варианте тестируемые образцы размещают в корпус для крепления образцов, изготовленный из изоляционного материала и имеющий защелку и отверстие для закрепления петли с маркировкой.In a preferred embodiment, the test specimens are housed in a specimen holding housing made of insulating material and having a latch and a hole for securing the labeled loop.

В предпочтительном варианте, электрохимическая ячейка одновременно содержит несколько групп элементов, включающих два регистрирующих электрода, между которыми размещены два концентратора тока, а между концентраторами тока - тестируемый образец.In a preferred embodiment, the electrochemical cell simultaneously contains several groups of elements, including two recording electrodes, between which two current concentrators are located, and between the current concentrators, a test sample.

Краткое описание чертежей.Brief description of the drawings.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства в целом.FIG. 1 shows a block diagram of the device as a whole.

На фиг. 2 представлен корпус электрода со вставленной в него сеткой из нержавеющей стали.FIG. 2 shows an electrode body with a stainless steel mesh inserted into it.

На фиг 3а, б представлен чертеж корпуса электрода с полостью и изолирующей перегородкой.Fig. 3a, b shows a drawing of an electrode body with a cavity and an insulating partition.

На фиг. 4 показан концентратор тока с отверстиями, края которых ограничены выступами.FIG. 4 shows a current concentrator with holes, the edges of which are limited by protrusions.

На фиг. 5а, б представлен тестируемый образец, размещенный в корпусе для крепления образцов с защелкой, отверстием, петлей и маркировкой тестируемого образца.FIG. 5a, b shows a test sample placed in a sample attachment case with a latch, hole, loop and marking of the test sample.

На фиг. 6а, б представлен корпус электрохимической ячейки с пазами и изоляционная заглушка для предотвращения протекания тока над тестируемым образцом.FIG. 6a, b show the body of an electrochemical cell with grooves and an insulating plug to prevent the flow of current over the tested sample.

На фиг. 7 представлен набор токовых и регистрирующих электродов, тестируемых образцов, концентраторов тока и изоляционных заглушек, размещенных в корпусе электрохимической ячейки.FIG. 7 shows a set of current and recording electrodes, test samples, current concentrators and insulating plugs located in the body of the electrochemical cell.

На фиг. 8 представлена эпюра напряжений с выхода генератора тока.FIG. 8 shows a diagram of voltages from the output of the current generator.

На фиг. 9 представлено искажения фронтов прямоугольных импульсов различными тестируемыми образцами.FIG. 9 shows the distortion of the edges of rectangular pulses by various test samples.

Подробное описание изобретения.Detailed description of the invention.

Устройство для неразрушающего электрохимического контроля состояния поверхности металлических образцов в электролите содержит (см. фиг. 1) генератор тока 1, соединенный через резисторы 2 посредством провода 3 с токовыми электродами 4, помещенными в корпус электрохимической ячейки 5, заполненный электролитом 6, в который также погружены регистрирующие электроды 7, соединенные проводами 8 с входами измерителей потенциалов 9, и тестируемые образцы 10, причем между регистрирующими электродами 7 и тестируемыми образцами 10 помещены концентраторы тока 11. Токовые электроды 4 и регистрирующие электроды 7 выполнены из прямоугольных кусков сетки из нержавеющей стали 12 (см. фиг. 2). Корпус электрода 13, выполнен из изоляционного материала и имеет полость 14 для вставления сетки из нержавеющей стали 12 (см. фиг. 3а).A device for non-destructive electrochemical monitoring of the state of the surface of metal samples in an electrolyte contains (see Fig. 1) a current generator 1 connected through resistors 2 by means of a wire 3 with current electrodes 4 placed in the body of an electrochemical cell 5 filled with electrolyte 6, in which they are also immersed recording electrodes 7, connected by wires 8 with the inputs of potential meters 9, and test samples 10, and current concentrators 11 are placed between recording electrodes 7 and test samples 10. Current electrodes 4 and recording electrodes 7 are made of rectangular pieces of mesh made of stainless steel 12 (see Fig. 2). The electrode body 13 is made of insulating material and has a cavity 14 for inserting a stainless steel mesh 12 (see Fig. 3a).

Нижняя часть корпуса электрода 13 выполнена перфорированной, что обеспечивает свободное протекание электролита 6 в электрохимической ячейке 5 и электрический контакт электролита 6 и сетки из нержавеющей стали 12. Сетка из нержавеющей стали 12, соединена посредством лепестка 15, болта 16 и шайбы 17 с проводами 3 и 8 (см. фиг. 3б), соединяющими соответствующий электрод 4 и 7 с генератором тока 1 и измерителем потенциала 9. В целях повышения надежности измерений регистрирующий электрод 7 выполнен двухсекционным. В этом случае корпус электрода 13 выполнен с двумя полостями, разделенными изолирующей перегородкой 18 (см. фиг. 3б).The lower part of the electrode body 13 is perforated, which ensures free flow of electrolyte 6 in the electrochemical cell 5 and electrical contact of the electrolyte 6 and the stainless steel mesh 12. The stainless steel mesh 12 is connected by means of a petal 15, a bolt 16 and a washer 17 with wires 3 and 8 (see Fig. 3b), connecting the corresponding electrode 4 and 7 with the current generator 1 and the potential meter 9. In order to increase the reliability of measurements, the recording electrode 7 is made in two sections. In this case, the body of the electrode 13 is made with two cavities separated by an insulating partition 18 (see Fig. 3b).

Концентратор тока 11 выполнен в виде пластины из изолирующего материала с отверстиями концентратора тока 19 в нижней части. Края отверстий 19 ограничены выступами 20. Площадь отверстий концентратора тока 19 составляет не более 10 процентов площади сечения корпуса электрохимической ячейки 5 и площади поверхности тестируемых образцов 10 (см. фиг. 4).The current concentrator 11 is made in the form of a plate of insulating material with the openings of the current concentrator 19 in the lower part. The edges of the holes 19 are limited by the protrusions 20. The area of the holes of the current concentrator 19 is not more than 10 percent of the cross-sectional area of the body of the electrochemical cell 5 and the surface area of the tested samples 10 (see Fig. 4).

Тестируемые образцы 10 размещают в корпус для крепления образцов 21, изготовленный из изоляционного материала и имеющий защелку 22. Корпус для крепления образцов 21 содержит отверстие корпуса 23 для закрепления петли 24 с маркировкой тестируемого образца 25 (см. фиг. 5а, б).The test samples 10 are placed in a sample holder 21 made of insulating material and having a latch 22. The sample holder 21 contains a housing hole 23 for fixing a loop 24 marked with a test sample 25 (see Fig. 5a, b).

В корпусе электрохимической ячейки 5 выполнены пазы 26, в которые размещают токовые электроды 4, регистрирующие электроды 7, концентраторы тока 11 и тестируемые образцы 10. Над тестируемыми образцами 10 сверху в те же пазы 26 устанавливают токоограничивающие изоляционные заглушки 27 (см. фиг. 6а, б).In the body of the electrochemical cell 5, grooves 26 are made, in which current electrodes 4, recording electrodes 7, current concentrators 11 and test samples 10 are placed. b).

Важным отличительным признаком является то, что все токовые и регистрирующие электроды 4 и 7, корпус для крепления образцов 21, концентратор тока 11 и изоляционные заглушки 27 имеют одинаковую ширину, равную ширине электрохимической ячейки 5 и позволяющую вставлять их в пазы 26, фиксируя взаимное расположение и обеспечивая одинаковое распределение тока в разных экспериментах.An important distinguishing feature is that all current and recording electrodes 4 and 7, the housing for holding the samples 21, the current concentrator 11 and the insulating plugs 27 have the same width, equal to the width of the electrochemical cell 5 and allowing them to be inserted into the grooves 26, fixing the relative position and ensuring the same current distribution in different experiments.

Одновременно в корпусе электрохимической ячейки 5 размещено несколько групп из регистрирующих электродов 7, концентраторов тока 11 и тестируемых образцов 10. На фиг. 7 показан пример, в котором в электрохимическую ячейку 5 помещено три таких группы.At the same time, several groups of recording electrodes 7, current concentrators 11, and test samples 10 are placed in the body of the electrochemical cell 5. FIG. 7 shows an example in which three such groups are placed in an electrochemical cell 5.

Устройство работает следующим образом. На стадии монтажа устройства прямоугольные куски сетки из нержавеющей стали 12 вставляют в полости корпусов электродов 13 и с помощью лепестков 15, болтов 16 и шайб 17 соединяют с проводами 3 и 8. Токовые и регистрирующие электроды 4 и 7, выполненные из сетки из нержавеющей стали 12 по ширине электрохимической ячейки 5, а также перфорированная нижняя часть корпуса электрода 13 не мешают протеканию воды и тока (то есть, как ток в электролите был ионный, так ионным и остается) в электрохимической ячейке 5. Провода 3 от токовых электродов 4 через резистор 2, задающий величину тока соединяют с генератором тока 1. Провода 8 от регистрирующих электродов 7 соединяют с входами измерителей потенциалов 9. Тестируемые образцы 10 вставляют в корпуса для крепления образцов 21 и фиксируют защелками 22. В отверстие корпуса 23 вставляют петлю 24 с маркировкой тестируемого образца 25.The device works as follows. At the stage of mounting the device, rectangular pieces of stainless steel mesh 12 are inserted into the cavities of the electrode bodies 13 and, using petals 15, bolts 16 and washers 17, are connected to wires 3 and 8. Current and recording electrodes 4 and 7, made of stainless steel mesh 12 along the width of the electrochemical cell 5, as well as the perforated lower part of the electrode body 13 do not interfere with the flow of water and current (that is, as the current in the electrolyte was ionic, so it remains ionic) in the electrochemical cell 5. Wires 3 from the current electrodes 4 through the resistor 2 setting the current value is connected to the current generator 1. The wires 8 from the recording electrodes 7 are connected to the inputs of the potential meters 9. The test samples 10 are inserted into the housings for fastening the samples 21 and fixed with latches 22. A loop 24 with the marking of the test sample 25 is inserted into the opening of the housing 23. ...

На стадии подготовки к контролю в корпус электрохимической ячейки 5 заливают электролит 6, например, морскую воду. В пазы 26 вставляют токовые электроды 4, регистрирующие электроды 7, концентраторы тока 11 и тестируемые образцы 10, над которыми в те же пазы 26 вставляют токоограничивающие изоляционные заглушки 27. Токовые электроды 4 размещают в торцах корпуса электрохимической ячейки 5. Остальные элементы образуют группы из двух регистрирующих электродов 7, между которыми размещены два концентратора тока 11, а между концентраторами тока 11 размещен тестируемый образец 10 с изоляционной заглушкой 27. Выступы концентраторов тока 4 обращены в сторону тестируемых образцов 10. Площадь отверстий концентраторов тока 19 меньше площади тестируемых образцов 10, а именно она составляет не более 10 процентов площади сечения корпуса электрохимической ячейки 5 и площади поверхности тестируемых образцов 10, что позволяет контролировать удельные характеристики поверхности тестируемых образцов 10, заметно ослабить зависимость от размеров тестируемых образцов 10 и состояния их краев. Это дает возможность сопоставлять состояние поверхности тестируемых образцов 10, имеющих разную форму и разные размеры.At the stage of preparation for testing, electrolyte 6 is poured into the body of the electrochemical cell 5, for example, seawater. Current electrodes 4 are inserted into grooves 26, recording electrodes 7, current concentrators 11 and test samples 10, above which current-limiting insulating plugs 27 are inserted into the same grooves 26. Current electrodes 4 are placed at the ends of the electrochemical cell body 5. The remaining elements form groups of two recording electrodes 7, between which two current concentrators 11 are located, and between the current concentrators 11 there is a test sample 10 with an insulating plug 27. The protrusions of the current concentrators 4 are directed towards the tested samples 10. The area of the holes of the current concentrators 19 is less than the area of the tested samples 10, namely it is no more than 10 percent of the cross-sectional area of the body of the electrochemical cell 5 and the surface area of the tested samples 10, which makes it possible to control the specific surface characteristics of the tested samples 10, significantly weaken the dependence on the size of the tested samples 10 and the state of their edges. This makes it possible to compare the surface condition of test specimens 10 having different shapes and sizes.

В процессе измерений через электрохимическую ячейку 5 пропускают электрический ток. Чтобы соблюдать требования неразрушающего контроля и исключить электролиз используется переменный ток. Устройство позволяет контролировать образцы двумя широко известными способами - амперохронометрией и импедансной спектроскопией.During the measurement, an electric current is passed through the electrochemical cell 5. To comply with the requirements of non-destructive testing and to exclude electrolysis, alternating current is used. The device allows you to control samples by two well-known methods - amperochronometry and impedance spectroscopy.

В случае амперохронометрии ток, проходящий через электрохимическую ячейку 5, представляет собой последовательность прямоугольных импульсов (нижняя эпюра). На фиг. 8 показаны эпюры напряжений U1 и U2 на выходах генератора тока 1 (в середине), тока через электрохимическую ячейку 5 (нижняя эпюра) и импульса синхронизации (нижняя эпюра).In the case of amperochronometry, the current passing through the electrochemical cell 5 is a sequence of rectangular pulses (lower diagram). FIG. 8 shows the diagrams of voltages U1 and U2 at the outputs of the current generator 1 (in the middle), the current through the electrochemical cell 5 (lower diagram) and the synchronization pulse (lower diagram).

Протекание тока через тестируемые образцы 10 вызывает искажения формы регистрируемых потенциалов по сравнению с исходной формой напряжений на выходе генератора тока 1. В частности наблюдаются завалы передних и задних фронтов (см. фиг. 8).The flow of current through the tested samples 10 causes distortions in the shape of the recorded potentials in comparison with the initial shape of the voltages at the output of the current generator 1. In particular, the blockages of the leading and trailing edges are observed (see Fig. 8).

Конструкция устройства обеспечивает одинаковую картину распределения тока в электрохимической ячейке 5 при контроле разных тестируемых образцов 10. Это достигается тем, что все основные элементы - токовые электроды 4, регистрирующие электроды 7, концентраторы тока 11, корпуса для крепления образцов 21 и изоляционные заглушки 27 - имеют одинаковую ширину. Для уменьшения влияния поверхности тестируемого образца 10 и уровня воды на результаты измерений, верхняя часть токовых и регистрирующих электродов 4 и 7 и тестируемых образцов 10 защищена от прямого электрического контакта с водой за счет наличия в конструкции устройства корпусов электродов 13, корпусов для крепления образцов 21 и изоляционных заглушек 27, изготовленных из изоляционного материала.The design of the device provides the same picture of the current distribution in the electrochemical cell 5 when monitoring different test samples 10. This is achieved by the fact that all the main elements - current electrodes 4, recording electrodes 7, current concentrators 11, housings for holding samples 21 and insulating plugs 27 - have the same width. To reduce the effect of the surface of the test sample 10 and the water level on the measurement results, the upper part of the current and recording electrodes 4 and 7 and the test samples 10 is protected from direct electrical contact with water due to the presence in the structure of the device of electrode housings 13, housings for fixing samples 21 and insulating plugs 27 made of insulating material.

На фиг. 9 показаны искажения фронтов прямоугольных импульсов различными тестируемыми металлическими образцами.FIG. 9 shows the distortion of the edges of rectangular pulses by various tested metal samples.

Например, если речь идет об обрастании поверхности металлических тестируемых образцов 10, то о степени обрастания его поверхности судят по завалу фронтов, а именно чем больше обрастание поверхности металлического тестируемого образца, тем больше завал фронта. Еще одна характеристика, принимаемая во внимание - амплитуда напряжения на тестируемом образце 10. Чем больше сопротивление тестируемого образца, тем больше амплитуда разности потенциалов, регистрируемых по обе стороны от тестируемого образца.For example, if we are talking about the fouling of the surface of the metal test samples 10, then the degree of fouling of its surface is judged by the blockage of the fronts, namely, the greater the fouling of the surface of the metal test sample, the greater the blockage of the front. Another characteristic taken into account is the amplitude of the voltage across the test piece 10. The greater the resistance of the test piece, the greater the amplitude of the potential difference recorded on either side of the test piece.

При тестировании методом импедансной спектроскопии через электрохимическую ячейку 5 пропускают синусоидальные токи разной частоты (f), измеряемые разности потенциалов пересчитывают в действительную (Re) и мнимую (Im) части импедансов (Z) и по зависимости Re(Im) или Re(f) или Im(f) или Z(f) судят о состоянии тестируемых образцов аналогично тому, как это делают при работе с известными импедансметрами, например, выпускаемыми компанией Элине (http://potentiostat.ru/wp-content/uploads/2014/04/elins_an_02.pdf). Такие импедансметры могут быть использованы в качестве измерителей потенциалов в заявленном устройстве. Также могут быть применены другие измерители, например внешние АЦП Е502 или Е14-440 компании Lcard (https://wvvw.lcard.ru/products/external/about). Причем в электрохимической ячейке 5 размещают несколько групп регистрирующих электродов 7 и одновременно контролируют несколько металлических тестируемых образцов 10.When testing by the method of impedance spectroscopy, sinusoidal currents of different frequencies (f) are passed through the electrochemical cell 5, the measured potential differences are recalculated into the real (Re) and imaginary (Im) parts of the impedances (Z) and according to the dependence Re (Im) or Re (f) or Im (f) or Z (f) judge the state of the tested samples in the same way as they do when working with well-known impedance meters, for example, those produced by Eline (http://potentiostat.ru/wp-content/uploads/2014/04/ elins_an_02.pdf). Such impedance meters can be used as potential meters in the claimed device. Other meters can also be used, for example, external ADCs E502 or E14-440 from Lcard (https://wvvw.lcard.ru/products/external/about). Moreover, several groups of recording electrodes 7 are placed in the electrochemical cell 5 and several metal test samples 10 are simultaneously controlled.

Для повышения надежности контроля одновременно контролируют несколько, например, два, участка поверхности тестируемых образцов 10. Для этого используют двухсекционные регистрирующие электроды 7 и концентраторы тока 11.To increase the reliability of control, several, for example, two, surface areas of the tested samples 10 are simultaneously monitored. For this, two-section recording electrodes 7 and current concentrators 11 are used.

Предлагаемое устройство позволяет одновременно контролировать несколько, например, 3, тестируемых образца, сопоставляя их, друг с другом. В процессе контроля извлекают и заменяют тестируемые образцы 10, сопоставляя результаты регистраций после каждой манипуляции. При этом замена тестируемых образцов 10 не требует каких-либо действий с другими элементами устройства, то есть серия измерений десятков тестируемых образцов может быть проведена за относительно короткое время, например, в течение часа. Для отслеживания динамики изменений поверхности металлических тестируемых образцов, например, из-за обрастания возможно проводить измерения периодически, например каждый день.The proposed device allows you to simultaneously control several, for example, 3, test samples, comparing them with each other. During the control process, the test samples 10 are removed and replaced, comparing the registration results after each manipulation. In this case, the replacement of the test samples 10 does not require any action with other elements of the device, that is, a series of measurements of tens of test samples can be carried out in a relatively short time, for example, within an hour. To monitor the dynamics of changes in the surface of metal test samples, for example, due to fouling, it is possible to measure periodically, for example every day.

Таким образом, конструктивные элементы устройства обеспечивают расширение его функциональных возможностей, при простоте сравнительных исследований большого количества как разнотипных, так и однотипных тестируемых образцов в одинаковых условиях. Кроме того сокращается время работы с заменой образцов, не нарушая конфигурацию электрического тока в электрохимической ячейке, повышается точность и производительность анализа состояния поверхности металлических образцов в электролите.Thus, the structural elements of the device provide an expansion of its functionality, with the simplicity of comparative studies of a large number of both different types and the same type of test samples under the same conditions. In addition, the time of work with the replacement of samples is reduced, without disturbing the configuration of the electric current in the electrochemical cell, the accuracy and productivity of the analysis of the state of the surface of metal samples in the electrolyte is increased.

Claims (6)

1. Устройство для неразрушающего электрохимического контроля состояния поверхности металлических образцов в электролите, включающее цепь для измерения потенциалов электродов, отличающееся тем, что цепь состоит из корпуса электрохимической ячейки, выполненного из изолирующего материала и имеющего пазы для размещения в них токовых электродов, регистрирующих электродов, тестируемых образцов, и концентраторов тока, установленных между регистрирующими электродами и тестируемыми образцами, над которыми сверху в тех же пазах размещены токоограничивающие изоляционные заглушки, а также она состоит из генератора тока, соединенного через резисторы посредством провода с токовыми электродами, помещенными в корпус электрохимической ячейки, заполненной электролитом, в который также погружены регистрирующие электроды, соединенные проводами с входами измерителей потенциалов, и тестируемые образцы, причем токовые и регистрирующие электроды выполнены из прямоугольных кусков сетки из нержавеющей стали и имеют корпус электрода, выполненный из изоляционного материала и имеющего полость для вставления сетки, при этом нижняя часть корпуса электрода выполнена перфорированной, предназначенной для свободного протекания электролита в электрохимической ячейке и электрического контакта электролита и металлической сетки, которая в свою очередь соединена посредством лепестка, болта и шайбы с проводами, соединяющими соответствующий электрод с генератором тока и измерителем потенциала, а токовые и регистрирующие электроды, корпус для крепления образцов, концентратор тока и изоляционные заглушки имеют одинаковую ширину, равную ширине электрохимической ячейки.1. A device for non-destructive electrochemical monitoring of the state of the surface of metal samples in an electrolyte, including a circuit for measuring the potentials of electrodes, characterized in that the circuit consists of an electrochemical cell body made of an insulating material and having grooves for placing current electrodes, recording electrodes, tested samples, and current concentrators installed between the recording electrodes and the tested samples, above which current-limiting insulating plugs are placed in the same slots above, and it also consists of a current generator connected through resistors through a wire with current electrodes placed in the body of an electrochemical cell filled with electrolyte, in which the recording electrodes are also immersed, connected by wires to the inputs of the potential meters, and the test samples, and the current and recording electrodes are made of rectangular pieces of stainless steel mesh and and They have an electrode body made of an insulating material and having a cavity for inserting a grid, while the lower part of the electrode body is made perforated, designed for free flow of electrolyte in the electrochemical cell and electrical contact between the electrolyte and the metal grid, which in turn is connected by means of a petal, a bolt and washers with wires connecting the corresponding electrode with the current generator and potential meter, and the current and recording electrodes, the housing for holding the samples, the current concentrator and insulating plugs have the same width, equal to the width of the electrochemical cell. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в целях повышения надежности измерений регистрирующий электрод выполнен двухсекционным, в этом случае корпус электрода выполнен с двумя полостями, разделенными изолирующей перегородкой.2. The device according to claim. 1, characterized in that in order to increase the reliability of measurements, the recording electrode is made in two sections, in this case the electrode body is made with two cavities separated by an insulating partition. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что концентратор тока выполнен в виде пластины из изолирующего материала с отверстиями в нижней части, края которых ограничены выступами.3. The device according to claim. 1, characterized in that the current concentrator is made in the form of a plate of insulating material with holes in the lower part, the edges of which are limited by the protrusions. 4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что площадь отверстий концентратора тока составляет не более 10 процентов площади сечения корпуса электрохимической ячейки и площади поверхности тестируемых образцов.4. The device according to claim 3, characterized in that the area of the holes of the current concentrator is not more than 10 percent of the cross-sectional area of the electrochemical cell body and the surface area of the tested samples. 5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что тестируемые образцы размещают в корпус для крепления образцов, изготовленный из изоляционного материала и имеющий защелку и отверстие для закрепления петли с маркировкой.5. The device according to claim. 1, characterized in that the test samples are placed in a housing for fastening samples, made of insulating material and having a latch and a hole for fixing the loop with the marking. 6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что электрохимическая ячейка одновременно содержит несколько групп элементов, включающих два регистрирующих электрода, между которыми размещены два концентратора тока, а между концентраторами тока - тестируемый образец.6. The device according to claim 1, characterized in that the electrochemical cell simultaneously contains several groups of elements, including two recording electrodes, between which two current concentrators are located, and between the current concentrators - a test sample.
RU2021110783A 2021-04-16 2021-04-16 Device for non-destructive electrochemical monitoring of the surface condition of metal samples in electrolyte RU2761767C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021110783A RU2761767C1 (en) 2021-04-16 2021-04-16 Device for non-destructive electrochemical monitoring of the surface condition of metal samples in electrolyte

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021110783A RU2761767C1 (en) 2021-04-16 2021-04-16 Device for non-destructive electrochemical monitoring of the surface condition of metal samples in electrolyte

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2761767C1 true RU2761767C1 (en) 2021-12-13

Family

ID=79175187

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021110783A RU2761767C1 (en) 2021-04-16 2021-04-16 Device for non-destructive electrochemical monitoring of the surface condition of metal samples in electrolyte

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2761767C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008031453A1 (en) * 2006-09-11 2008-03-20 Vsl International Ag Method and sensor for determining the passivating properties of a mixture containing at least two components, which are cement and water
RU2533344C1 (en) * 2013-07-09 2014-11-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "Пензенский государственный университет") Installation for electrochemical survey of metal corrosion
RU2692118C2 (en) * 2017-09-11 2019-06-21 Общество с ограниченной ответственностью "Баромембранная технология" Method and device for continuous control of pitting corrosion of metal structures inner walls
RU2702796C1 (en) * 2019-01-22 2019-10-11 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Electrochemical cell for determination of steels resistance against intergranular corrosion

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008031453A1 (en) * 2006-09-11 2008-03-20 Vsl International Ag Method and sensor for determining the passivating properties of a mixture containing at least two components, which are cement and water
RU2533344C1 (en) * 2013-07-09 2014-11-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "Пензенский государственный университет") Installation for electrochemical survey of metal corrosion
RU2692118C2 (en) * 2017-09-11 2019-06-21 Общество с ограниченной ответственностью "Баромембранная технология" Method and device for continuous control of pitting corrosion of metal structures inner walls
RU2702796C1 (en) * 2019-01-22 2019-10-11 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Electrochemical cell for determination of steels resistance against intergranular corrosion

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7309414B2 (en) Method for measuring localized corrosion rate with a multi-electrode array sensor
DE60220035T2 (en) SENSOR ARRAY DEVICE AND METHOD FOR MONITORING ELECTROCHEMICAL CORROSION
Papavinasam Electrochemical polarization techniques for corrosion monitoring
US7686938B2 (en) Quantitative, real time measurements of localized corrosion events
US6015484A (en) Detection of pitting corrosion
US20200072781A1 (en) Three-electrode array local electrochemical information testing system and testing method
EP2198266B1 (en) Method and apparatus for electrochemical corrosion monitoring
CN107505256B (en) Weld corrosion monitoring device capable of simulating stress state and monitoring method thereof
Pistorius Design aspects of electrochemical noise measurements for uncoated metals: electrode size and sampling rate
US4155814A (en) Method and apparatus for galvanostatic and potentiostatic electrochemical investigation of the rate of corrosion processes
US4056445A (en) Determination of corrosion rates by an electrochemical method
US2947679A (en) Corrosion rate sensing assembly
US20080179198A1 (en) System and method of use for electrochemical measurement of corrosion
Ahmed et al. Analysis of partial discharge signals in medium voltage XLPE cables
CA2711951C (en) Localized corrosion monitoring device for limited conductivity fluids
JPS62177440A (en) Method of measuring growth of crack
US2869003A (en) Corrosion rate metering system
US6026691A (en) Methods and devices for electrochemically determining metal fatigue status
RU2761767C1 (en) Device for non-destructive electrochemical monitoring of the surface condition of metal samples in electrolyte
Dey et al. Leakage current monitoring of suspension insulator for effective determination of ESDD
RU2685459C1 (en) Installation for tests of electrodes of comparison in marine conditions
Jamali et al. An assessment of intrinsic noise of pseudo-reference electrodes and instrumental noise to enable reliable electrochemical noise measurements in situ on organically coated metal
McKubre et al. Harmonic Impedance Spectroscopy for the determination of corrosion rates in cathodically protected systems
RU2533344C1 (en) Installation for electrochemical survey of metal corrosion
GB2365977A (en) Corrosion monitoring system for use in multiple phase solutions