CN111443124A - 一种杂散电流腐蚀模拟及近表面微区pH测量的实验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种杂散电流腐蚀模拟及近表面微区pH测量的实验装置，包括测试水槽、电化学工作站，测试水槽侧壁上密封安装有工作表面朝向测试水槽内的工作电极，测试水槽内水平设有前部尖端与工作电极工作表面中心相对的铱/氧化铱pH复合微电极，测试水槽盖板上安装有调节铱/氧化铱pH复合微电极尖端与工作电极工作表面之间距离的XYZ轴微调仪。本发明利用电化学工作站输出不同波形的模拟杂散电流，通过XYZ轴微调仪精确调节工作电极与铱/氧化铱pH复合微电极之间的距离，实现对近金属表面微区pH的测量，从而获得工作电极厚度、质量、表面电化学电位、表面pH、腐蚀形貌等腐蚀过程的参数数据，用于杂散电流腐蚀机理与评价研究。

Description

一种杂散电流腐蚀模拟及近表面微区pH测量的实验装置
技术领域
本发明涉及金属材料腐蚀与防护技术领域，尤其是一种杂散电流腐蚀模拟及近表面微区pH测量的实验装置。
背景技术
城市及周边埋地金属管道往往受到一种或多种杂散电流的腐蚀危害，如埋地金属管道因与高压交流输电线路并行而受到交流杂散电流的腐蚀危害、因与城市地铁和有轨电车等轨道交通临近时而受到动态直流杂散电流的腐蚀危害，从而影响埋地金属管道的正常运行。这种腐蚀危害程度与杂散电流的类型(如波动等)、特征参数(如幅值、频率等)、持续时间及金属/介质界面环境息息相关，杂散电流下的腐蚀电极过程较复杂，从而导致此类腐蚀的检测评价与防治工作难以开展，以至于严重制约了油气管道的安全管理。
为此，对金属材料的杂散电流机理与评价的研究日趋增多。采取现场实验法的杂散电流腐蚀研究易受诸多因素干扰而影响实验效果，而采用室内模拟实验可以单独改变实验参数，成为杂散电流腐蚀研究的首选方法。因此，有必要提供一种结构简单，操作方便，可以有效开展腐蚀电极过程研究的杂散电流腐蚀模拟实验装置。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中之不足，本发明提供一种杂散电流腐蚀模拟及近表面微区pH测量的实验装置，解决现有杂散电流腐蚀现场实验中干扰因素多、操作难度大的问题，实现杂散电流腐蚀电极过程研究。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种杂散电流腐蚀模拟及近表面微区pH测量的实验装置，包括相连通的测试水槽和辅助水槽、电化学工作站以及与电化学工作站电连接的计算机，所述的测试水槽侧壁上密封安装有工作表面朝向测试水槽内的工作电极，测试水槽内盛装有淹没工作电极的模拟腐蚀溶液，测试水槽内垂直设有端部与工作电极工作表面轴线平齐的饱和甘汞电极，辅助水槽内设有垂直放置的铂电极，电化学工作站的WE接口与工作电极连接，电化学工作站的RE接口与饱和甘汞电极连接，电化学工作站的CE接口与铂电极连接，测试水槽的盖板上安装有滑块，滑块上固定有水平置于测试水槽内且前部尖端与工作电极工作表面中心相对的铱/氧化铱pH复合微电极，滑块旁侧安装有调节铱/氧化铱pH复合微电极尖端与工作电极工作表面之间距离的XYZ轴微调仪。
为方便实时测试实验过程中工作电极的厚度变化，所述的测试水槽侧壁固连有亚克力板，工作电极通过亚克力板密封压紧于测试水槽侧壁上，亚克力板旁侧设有超声波测厚仪，亚克力板中心开设有用于超声波测厚仪测试工作电极厚度变化的测试小孔。
具体说，所述的测试水槽的盖板上固定有导轨，XYZ轴微调仪安装在导轨旁侧，滑块滑动设在导轨上并与XYZ轴微调仪上的铁质支架固连。
进一步地，所述的滑块上固定有伸进测试水槽内的塑料棒，铱/氧化铱pH复合微电极固定在塑料棒下端，铱/氧化铱pH复合微电极后端连接有读取铱/氧化铱pH复合微电极电位的数字万用表。
为精确显示铱/氧化铱pH复合微电极的尖端与工作电极的工作表面之间的距离，所述的铱/氧化铱pH复合微电极下方的测试水槽内设有防水微距摄像机，防水微距摄像机的镜头对准铱/氧化铱pH复合微电极前部尖端和工作电极工作表面之间。
为维持两个水槽内模拟溶液高度一致，所述的测试水槽和辅助水槽之间通过U形盐桥连通。
本发明的有益效果是：本发明利用电化学工作站输出不同波形的模拟杂散电流，通过XYZ轴微调仪精确调节工作电极与铱/氧化铱pH复合微电极之间的距离，实现对近金属表面微区pH的测量，从而获得工作电极厚度、质量、表面电化学电位、表面pH、腐蚀形貌等腐蚀电极过程的参数数据，可用于杂散电流腐蚀机理与评价研究。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的结构示意图。
图中：1.测试水槽，2.亚克力板，3.辅助水槽，4.防水垫圈，5.超声波测厚仪，6.工作电极，7.饱和甘汞电极，8.U形盐桥，9.铂电极，10.电化学工作站，11.计算机，12.防水微距摄像机，13.铱/氧化铱pH复合微电极，14.数字万用表，15.导轨，16.滑块，17.XYZ轴微调仪，18.塑料棒。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1所示的一种杂散电流腐蚀模拟及近表面微区pH测量的实验装置，包括测试水槽1、辅助水槽3、电化学工作站10以及计算机11。
所述测试水槽1和辅助水槽3各自的盖板上，均开有一个直径1cm的电极孔和直径2cm盐桥孔，测试水槽1和辅助水槽3内均盛装有模拟腐蚀溶液，测试水槽1和辅助水槽3之间通过在盐桥孔内穿设的U形盐桥8实现连通。
所述的测试水槽1外侧壁上固连有亚克力板2，测试水槽1侧壁上设有工作电极6，工作电极6为圆台形，其工作表面直径2cm，工作表面所在的圆柱体厚度4mm，底座圆柱体直径3cm，厚度4mm，亚克力板2通过防水垫圈4将工作电极6密封压紧于测试水槽1侧壁上，工作电极6的工作表面朝向测试水槽1内与模拟腐蚀溶液接触。
位于亚克力板2旁侧设有超声波测厚仪5，亚克力板2中心开设有测试小孔，超声波测厚仪5的探测头对准亚克力板2中心的测试小孔，以便实验过程中超声波测厚仪5可实时测试工作电极6厚度变化，以更好的研究金属的腐蚀情况。
位于测试水槽1内垂直设有端部指向工作电极6工作表面的饱和甘汞电极7，辅助水槽1内设有垂直放置的铂电极9，饱和甘汞电极7、铂电极9均通过电极孔伸入对应的水槽内。
所述的电化学工作站10与计算机11电连接，电化学工作站10的WE接口与工作电极6连接，电化学工作站10的RE接口与饱和甘汞电极7连接，电化学工作站10的CE接口与铂电极9连接，
所述的测试水槽1的盖板上固定有导轨15，导轨15旁侧安装有XYZ轴微调仪17，导轨15上滑动设有滑块16，滑块16与XYZ轴微调仪17上的铁质支架固连。位于测试水槽1内水平设置有前部尖端与工作电极6工作表面中心相对的铱/氧化铱pH复合微电极13，所述的滑块16上固定有伸进测试水槽1内的塑料棒18，铱/氧化铱pH复合微电极13固定在塑料棒18下端，通过XYZ轴微调仪17带动滑块16移动，以调节铱/氧化铱pH复合微电极13尖端与工作电极6工作表面之间距离。
所述铱/氧化铱pH复合微电极13后端连接有读取铱/氧化铱pH复合微电极13电位的数字万用表14；位于铱/氧化铱pH复合微电极13下方的测试水槽1内设有防水微距摄像机12，防水微距摄像机12的镜头对准铱/氧化铱pH复合微电极13前部尖端和工作电极6工作表面之间。
所述的铱/氧化铱pH复合微电极13的制作方法包括以下步骤：a、铱丝打磨抛光后采用超声波清洗；b、将铱丝置于CaCl2和稀盐酸腐蚀液中电解腐蚀；c、电解腐蚀后的铱丝进行浓NaOH活化处理；d、对活化后的铱丝进行800℃高温氧化去离子水淬火处理和水热水化处理，重复三次；f、复合电极组装即可得到铱/氧化铱pH复合微电极13。
实验时，将工作电极6通过亚克力板2、防水垫圈4用螺丝密封固定在测试水槽1侧壁上，在测试水槽1和辅助水槽3中倒入同等水位的模拟腐蚀溶液至淹没工作电极6，测试水槽1和辅助水槽3通过U形盐桥8连通，以避免阴/阳极反应相互干扰，通过电化学工作站10输出模拟杂散电流；在实验过程中，使用超声波测厚仪5测量记录工作电极6的厚度变化情况，防水微距摄像机12确定铱/氧化铱pH复合微电极13尖端与工作电极6表面之间的距离，并通过XYZ轴微调仪17调整铱/氧化铱pH复合微电极13尖端与工作电极6表面之间的距离，通过数字万用表14读取铱/氧化铱pH复合微电极13的电位变化，获得工作电极6表面pH变化情况。实验结束后，拆卸下亚克力板2，取出工作电极6，即可对工作电极6进行腐蚀称重、形貌观察等研究。
本发明利用电化学工作站10可输出不同波形、周期、幅值的杂散电流；采用压合方式固定工作电极6，易于安装和拆卸，方便实验完成后对工作电极6进行称重和腐蚀形貌观测；在亚克力板2中心开一处小于工作电极6非工作面的测试小孔，可通过超声波测厚仪5实时测试腐蚀过程工作电极6厚度的变化情况；通过设置测试水槽1和辅助水槽3的双水槽结构，将工作电极6和铂电极9分开，并通过U形盐桥8连接两个水槽，避免了实验中由于阴/阳极反应产生的相互干扰；采用了铱/氧化铱pH复合微电极13，并结合XYZ轴微调仪17与防水微距摄像机12实现工作电极6与铱/氧化铱pH复合微电极13之间近表面的定位功能，从而可完成对金属近表面微区pH的测量。
本发明可以在实验室条件下，实现不同金属材料的工作电极6在不同模拟溶液中，受不同杂散电流干扰时的腐蚀模拟测试，获得工作电极6厚度、质量、表面电化学电位、表面pH、腐蚀形貌等腐蚀电极过程的参数数据，可用于杂散电流腐蚀机理与评价研究。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (6)

1.一种杂散电流腐蚀模拟及近表面微区pH测量的实验装置，包括相连通的测试水槽和辅助水槽、电化学工作站以及与电化学工作站电连接的计算机，其特征是：所述的测试水槽侧壁上密封安装有工作表面朝向测试水槽内的工作电极，测试水槽内盛装有淹没工作电极的模拟腐蚀溶液，测试水槽内垂直设有端部与工作电极工作表面轴线平齐的饱和甘汞电极，辅助水槽内设有垂直放置的铂电极，电化学工作站的WE接口与工作电极连接，电化学工作站的RE接口与饱和甘汞电极连接，电化学工作站的CE接口与铂电极连接，测试水槽的盖板上安装有滑块，滑块上固定有水平置于测试水槽内且前部尖端与工作电极工作表面中心相对的铱/氧化铱pH复合微电极，滑块旁侧安装有调节铱/氧化铱pH复合微电极尖端与工作电极工作表面之间距离的XYZ轴微调仪。
2.如权利要求1所述的杂散电流腐蚀模拟及近表面微区pH测量的实验装置，其特征是：所述的测试水槽侧壁固连有亚克力板，工作电极通过亚克力板密封压紧于测试水槽侧壁上，亚克力板旁侧设有超声波测厚仪，亚克力板中心开设有用于超声波测厚仪测试工作电极厚度变化的测试小孔。
3.如权利要求1所述的杂散电流腐蚀模拟及近表面微区pH测量的实验装置，其特征是：所述的测试水槽的盖板上固定有导轨，XYZ轴微调仪安装在导轨旁侧，滑块滑动设在导轨上并与XYZ轴微调仪上的铁质支架固连。
4.如权利要求3所述的杂散电流腐蚀模拟及近表面微区pH测量的实验装置，其特征是：所述的滑块上固定有伸进测试水槽内的塑料棒，铱/氧化铱pH复合微电极固定在塑料棒下端，铱/氧化铱pH复合微电极后端连接有读取铱/氧化铱pH复合微电极电位的数字万用表。
5.如权利要求1所述的杂散电流腐蚀模拟及近表面微区pH测量的实验装置，其特征是：所述的铱/氧化铱pH复合微电极下方的测试水槽内设有防水微距摄像机，防水微距摄像机的镜头对准铱/氧化铱pH复合微电极前部尖端和工作电极工作表面之间。
6.如权利要求1所述的杂散电流腐蚀模拟及近表面微区pH测量的实验装置，其特征是：所述的测试水槽和辅助水槽之间通过U形盐桥连通。
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