CN107063990A - 一种模拟缝隙腐蚀的电化学试验装置 - Google Patents

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Abstract

一种模拟缝隙腐蚀的试验装置，外溶液池顶盖设有进气管和排气管；外试样通过辅助电极引线悬在外溶液池内；外溶液池底部通过进液管与内溶液池底部相连；内溶液池顶部设有抽气管、微型pH电极和鲁金毛细管盐桥；内溶液池通过试样压头密封；在试样压头的左端设有内试样；内试样连接工作电极；外溶液池模拟缝隙外的腐蚀环境；内溶液池模拟缝隙内的腐蚀环境；进气管给外溶液池中通入CO2、H2S不同气体；抽气管对内溶液池抽真空；外试样、内试样和鲁金毛细管盐桥组成三电极体系可进行电化学信息的实时采集；完成不同溶液、气氛、温度以及缝隙尺寸条件下的缝隙腐蚀性能评价，能测试材料在不同电化学参数下的抗缝隙腐蚀性能。

Description

一种模拟缝隙腐蚀的电化学试验装置
技术领域
本发明属于模拟缝隙腐蚀技术领域，具体涉及一种模拟缝隙腐蚀的电化学试验装置。
背景技术
对于铆接、焊接、螺纹连接以及法兰盘端面等构件来说，当金属与金属之间或者金属与非金属之间存在缝隙，并且缝隙内的腐蚀介质处于滞流状态时，很容易在缝隙处引起金属材料的局部腐蚀，一般把这种现象称为缝隙腐蚀。发生缝隙腐蚀时，缝隙内部阳极溶解过程的产物向外扩散受到限制，使得缝隙内金属阳离子浓度升高和正电荷过剩，促使缝隙外Cl-向缝隙内迁移。金属氯化物的水解使得缝隙内pH值下降，进一步加速了阳极溶解。阳极溶解的加速又引起更多的Cl-迁入，造成缝隙内氯化物浓度增加，氯化物水解又使得缝隙内pH值进一步下降。这样就形成一个自催化过程，使缝隙内金属的腐蚀溶解速度加速进行。
对于金属材料抗缝隙腐蚀性能的评价，目前主要依据ASTM G48和GB/T 10127标准进行。但是这两个标准规定的方法都是在特定条件下进行的，即不能反映材料在实际工况条件下的抗缝隙腐蚀性能，也不能反映缝隙腐蚀的过程和机理。专利文献【CN 103528944A】公开的试验装置虽然能实时采集缝隙腐蚀时的电化学信息，有助于获得缝隙腐蚀的部分机理，但是一方面不能获得对缝隙腐蚀影响最为关键的pH值的实时变化情况，另一方面也存在无法模拟更接近工况的腐蚀环境等问题。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种模拟缝隙腐蚀的试验装置，该装置能体现缝隙腐蚀时腐蚀介质处于滞流状态这一核心特征，完成不同溶液、气氛、温度以及缝隙尺寸条件下的缝隙腐蚀性能评价，能实时测量腐蚀过程中滞流介质的pH值变化规律和材料表面的电化学参数，并能够测试材料在不同电化学参数下的缝隙腐蚀性能。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种模拟缝隙腐蚀的试验装置，包括有外溶液池，外溶液池顶盖设有进气管和排气管；外试样通过辅助电极引线悬在外溶液池内；外溶液池底部通过进液管与内溶液池底部相连通；内溶液池顶部从左至右依次设有抽气管、微型pH电极和毛细管；内溶液池的右侧通过试样压头进行密封；在试样压头的左端设有内试样，内试样左侧设有聚四氟乙烯垫圈；内试样通过工作电极引线连接电化学工作站的工作电极。
所述的外溶液池的右侧壁与内溶液池左侧壁之间设有孔。
所述的内试样在溶液中的暴露面积约为1cm2。
所述的抽气管连接外部真空设备。
所述的毛细管作为盐桥连接电化学工作站的参比电极。
所述的辅助电极引线、工作电极引线均采用铜线。
所述的毛细管采用鲁金毛细管。
本发明的有益效果是：
由于设有外溶液池，所以可以模拟缝隙外的腐蚀环境；由于设有内溶液池，所以可以模拟缝隙内的腐蚀环境；由于外溶液池与内溶液池之间设有孔，所以可以模拟不同的缝隙宽度；由于外溶液池上设有进气管，所以可以给外溶液池中通入CO2、H2S等不同的气体，形成不同的腐蚀环境；由于抽气管与真空设备相连，所以可对内溶液池抽真空，以避免内溶液池中的氧气对测试产生影响；由于外试样、内试样和毛细管组成三电极体系，所以可进行电化学信息的实时采集；可以测试材料在不同外加电参数下的缝隙腐蚀特征；将该装置置于不同的恒温环境中，可以进行不同温度下的缝隙腐蚀特征研究。
本发明结构简单，不仅能反映材料在实际工况条件下的抗缝隙腐蚀性能，也能反映缝隙腐蚀的过程和机理。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图1中，1—外溶液池；2—排气管；3—进气管；4—辅助电极引线；5—外试样；6—进液管；7—孔；8—聚四氟乙烯垫圈；9—内试样；10—试样压头；11—抽气管；12—微型pH电极；13—毛细管；14—内溶液池；15—工作电极引线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作进一步详细说明。
参见图1，一种模拟缝隙腐蚀的试验装置，包括有外溶液池1，外溶液池1顶盖设有进气管3排气管2；外试样5通过辅助电极引线4悬在外溶液池1内；外溶液池1底部通过进液管6与内溶液池14底部相连通；内溶液池14顶部从左至右依次设有抽气管11、微型pH电极12和毛细管13；内溶液池14的右侧通过试样压头10进行密封；在试样压头10的左端设有内试样9，内试样9左侧设有聚四氟乙烯垫圈8；内试样9通过工作电极引线15连接电化学工作站的工作电极。
所述的外溶液池1的右侧壁与内溶液池14左侧壁之间设有孔7。
所述的内试样9在溶液中的暴露面积约为1cm2。
所述的抽气管11连接外部真空设备。
所述的毛细管13作为盐桥连接电化学工作站的参比电极。
所述的辅助电极引线4、工作电极引线15均采用铜线。
所述的毛细管13采用鲁金毛细管。
外溶液池1用来模拟缝隙外的腐蚀环境，内溶液池14用来模拟缝隙内的腐蚀环境，外溶液池、内溶液池通过孔7连通；孔7内可以填充不同孔隙度的多孔材料，用来模拟不同的缝隙宽度；进气管3用于给外溶液池1中通入CO2、H2S等不同的气体，形成不同的腐蚀环境，多余的气体由排气管2排出处理；进液管6用于将外溶液池1中的液体引入内溶液池14；抽气管11连接外部真空设备，对内溶液池14抽真空，以避免内溶液池中的氧气对测试产生影响。微型pH电极12可以对内溶液池14中的溶液pH值进行实时测量；外试样5用来模拟缝隙外的材料，焊接在其上的铜导线4连接电化学工作站的辅助电极；内试样9用来模拟缝隙内的材料，焊接在其上的铜导线15连接电化学工作站的工作电极；毛细管13作为盐桥连接电化学工作站的参比电极。这样，外试样5、内试样9和毛细管13（连接参比电极）构成三电极体系，连接电化学工作站后可进行电化学信息的实时采集。聚四氟乙烯垫圈8置于内试样9一侧，靠试样压头10螺纹旋紧对内溶液池14中的溶液进行密封，同时依靠聚四氟乙烯垫圈8的内径保证内试样9在溶液中的暴露面积约为1cm2。改变电化学工作站的参数，可以测试材料在不同外加电参数下的缝隙腐蚀特征；将该装置置于不同的恒温环境中，可以进行不同温度下的缝隙腐蚀特征研究。
制备所需测试试样，其中内试样9加工成圆片形，外试样5加工成方片形，内外试样的面积比控制在1:50之内，并且在外试样5、内试样9上分别焊上引线4和引线15。测试时，将聚四氟乙烯垫圈8置于内试样9靠近内溶液池一侧，旋紧试样压头10的螺纹，压紧内试样9和聚四氟乙烯垫圈8。关闭进液管6和抽气管11上的阀门。将配置好的溶液注入外溶液池1，盖好盖子并密封。将引线4、引线15和毛细管盐桥13分别连接到电化学工作站的辅助电极、工作电极和参比电极上，并注意引线4和外试样5的焊点与溶液绝缘。
从进气管3通入氮气对溶液除氧，大约1小时后将气源换成CO2气体，模拟CO2腐蚀环境。打开抽气管11上的阀门对内溶液池14抽真空，然后打开进液管6上的阀门，使得外溶液池1中的溶液进入内溶液池14。待内溶液池14充满溶液后，关闭抽气管11和进液管6上的阀门。启动电化学工作站，设置电化学工作参数，对试样在腐蚀过程中的电化学信息进行实时测量。同时，通过pH电极12，实时测量内溶液的pH值。
若要测试缝隙尺寸对材料缝隙腐蚀性能的影响，可以在小孔7内填充孔隙率不同的各类多孔材料，形成不同程度的滞流效果。

Claims (6)

1.一种模拟缝隙腐蚀的试验装置，其特征在于，包括有外溶液池（1），外溶液池（1）顶盖设有进气管（3）和排气管（2）；外试样（5）通过辅助电极引线（4）悬在外溶液池（1）内；外溶液池（1）底部通过进液管（6）与内溶液池（14）底部相连通；内溶液池（14）顶部从左至右依次设有抽气管（11）、微型pH电极（12）和毛细管（13）；内溶液池（14）的右侧通过试样压头（10）进行密封；在试样压头（10）的左端设有内试样（9），内试样（9）左侧设有聚四氟乙烯垫圈（8）；内试样（9）通过工作电极引线（15）连接电化学工作站的工作电极。
2.根据权利要求1所述的一种模拟缝隙腐蚀的试验装置，其特征在于，所述的外溶液池（1）的右侧壁与内溶液池（14）左侧壁之间设有孔（7）。
3.根据权利要求1所述的一种模拟缝隙腐蚀的试验装置，其特征在于，所述的内试样（9）在溶液中的暴露面积约为1cm2。
4.根据权利要求1所述的一种模拟缝隙腐蚀的试验装置，其特征在于，所述的抽气管（11）连接外部真空设备。
5.根据权利要求1所述的一种模拟缝隙腐蚀的试验装置，其特征在于，所述进液管（6）上设置有阀门。
6.根据权利要求1所述的一种模拟缝隙腐蚀的试验装置，其特征在于，所述抽气管（11）上设置有阀门。
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