金属材料深海腐蚀电位测试方法及其装置

摘要

本发明属于海洋环境中金属材料腐蚀电位自动测试装置领域，涉及一种金属材料深海腐蚀电位的测试方法及其装置，先将装置组装制备成一体式密封结构，单独或随其他深海试验设备一同置于选定的海域，利用自身携带的电池，采用单片机控制，实现自动测量、自动转换、自动存储；回收后，通过接口将数据导入计算机进行处理分析，并列表式给出系列地测试结果；一套装置可以装载30～50件金属试样，投放到100～3000米深的海中，根据试验要求可在水下布放1～6个月的时间。本发明结构简单紧凑；测量的试样量大，可以进行较多材料的腐蚀测量，节省试验费用；布放和回收操作简单，可以与任何其他形式的深海装置结合进行测试。

说明书

技术领域：

本发明属于海洋环境中金属材料腐蚀电位自动测试装置领域，涉及一种金属材料深海腐蚀电位的测试方法及其装置。

背景技术：

根据文献报道美国(Hueneme港试验站、大洋舌试验站)、前苏联、日本(北九州试验点、别府试验点)、荷兰(赫尔德试验站)等在上世纪60年代就开始了材料的深海环境腐蚀试验研究，近年来挪威、印度等国家也在开展了这方面的研究工作。美国从1961年至1970年间进行了大规模的深海环境材料性能试验，但是其试验内容仅仅是各种材料深海暴露试验，检测内容为失重、应力敏感性、腐蚀形貌观察及力学性能的损失等，尚未有深海环境腐蚀电位原位测量的报道。文献中报道的前苏联深海试验只有在西北太平洋进行的为期40天的暴露试验。进行了金属深海腐蚀电位测量的只有挪威和印度两国，二者的方法和侧重点不同。印度于印度洋进行5000米的深海暴露试验的同时从深500和1200米处取得海水送到实验室，作为介质对钢做极化扫描。显然，所得到的测试结果并不能完全可信，但作为相对比较是可行的。英国人W.B.MACKAY在苏格兰西北海域做了牺牲阳极保护实海试验，深度为150米，方法是采用浮标系统，将试验系统中的阴极、阳极导线引到海面上的浮标上，定期进行测量。显然，这种方法不适合在远离大陆、更深的深海区。1982年～1999年挪威海洋技术研究所在北挪威海的多个地点进行了材料深海阴极保护参数的研究。试验深度从100米～1335米。这是真正意义上的实海测试。试验采用单点锚系结构，利用多通道海流计的定向舵板，固定牺牲阳极、参比电极和阴极，定期采集保护电位、保护电流以及相关的环境因素。通过一系列试验得到了挪威外海不同深度的钢的保护电流密度。这种方法一次只能测量单种电偶试样的性能，不适合多种材料的腐蚀电位测试。

我国于1990年前后，曾开展了70余种金属材料在三亚、厦门、舟山和青岛天然海水中180天的腐蚀电位测试，作出了材料在4个海域的电偶序。其测试方法是人工定期测量，采样速度慢，工作效率低。近年来，有关单位研制了电偶腐蚀数据自动采集系统，可在海滨浅表海水中自动测量材料的腐蚀电位和和电偶电流，并通过网络传到实验室进行处理。国内目前尚未开展深海环境腐蚀试验及其研究，而社会对材料深海腐蚀数据具有日益迫切的需求，加上现代电子技术和计算机技术的飞速进步，深海环境腐蚀电位原位测试技术将会为金属材料深海腐蚀机理研究、深海阴极保护研究等提供有力的技术支持。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，寻求设计研制一种能在水深3000米深海洋环境中长期、实时采集金属腐蚀电位的测试装置，可以同时测量多达50个试样的腐蚀电位数据。通过不同深度的金属腐蚀电位的变化，结合海水环境因素的测量数据，形成有效可靠的模拟深海环境金属腐蚀电位测试仪器及其实现方法。

为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现的：先将装置组装制备成一体式密封结构，单独或随其他深海试验设备一同置于选定的海域，利用自身携带的电池，采用单片机控制，实现自动测量、自动转换、自动存储；回收后，通过接口将数据导入计算机进行处理分析，并列表式给出系列地测试结果；一套装置可以装载30～50件金属试样，投放到100～3000米深的海中，根据试验要求可在水下布放1～6个月的时间。

本发明的测试样与参比电极的安装采用以参比电极为中心，试样呈环形在其周围分布的形式，试样环的直径为500～600mm，从每个试样上引出导线汇成一根电缆；试样固定在一个由尼龙或聚四氟乙烯制成的框架上。

本发明使用中进行深海投放时，分别将试样架和测试设备固定到深海试验体上，采用浮力系统在不同深度分别进行测试。投放前，将从试样引出的电缆插头插在测试设备的壳体插座上，测试仪将随深海装置沉到水下，当达到水深100米时，压力开关在水压的作用下打开设备开始工作，测试金属材料在深海中的电位随时间的变化。当一个试验周期完成后，回收深海试验装置，同时将电位测试设备一同回收，将存储在设备中的数据采集到计算机中，完成测试，同时观察试样表面状态，与失重试样结果进行对比分析并给出结果。

本发明的测试装置主体结构包括数据存储器、控制器、电位测量表、通路转换器、参比电极、练测试样、电源、耐压壳体和耐压多芯导线，经常规技术加工制备过程分体制备后，电连通性组装成单体式测量系统并置于耐压壳体中，经过检验测试正常后投放海中测试。

本发明电位仪器的测量系统部分电路与其它电路单元电连通组装后，经过检测各项功能达到要求，固定到耐压壳体用树脂全部密封。

本发明的耐压壳体选用防腐材料加工制成，其尺寸根据测量系统的大小设计成圆筒型结构，其长度为400-700mm，直径为150-250mm，内部设计固定测量系统的插槽；壳体盖采用橡胶“O”型圈密丝螺旋连接，耐压壳体上钻孔固定1-2个耐压电缆插座。

本发明的技术特征包括：

①设备采用紧凑型设计，测试与控制系统密封在一个圆筒型的耐压壳体中，耐压壳的长度在400～700mm、直径在150～250mm范围内，圆筒型结构易于固定。

②主体系统由控制器、数据存储器、电位测量表、通路转换器、电源、参比电极组成，通过固定在耐压壳体上的多芯耐压连接插头与外部探头和试样电性相连通。

③待测试样固定在环形框架内，参比电极布置在环的中心。

④设备布放到深度海水中，压力开关接通，控制系统开始工作，指令转换器和电位测量以预先设定的时间间隔测量试样的电位值，并通过控制器将测量值存储到存储器中。

本发明作为一种实用的深海腐蚀测试技术设备，其结构简单紧凑；测量的试样量较大，可以进行较多材料的腐蚀测量，节省试验费用；布放和回收操作较简单，可以与任何其他形式的深海装置结合进行测试；借助于本项发明，可以研究金属材料的腐蚀性能，并为今后进行室内模拟深海环境腐蚀研究提供基本数据保证。

附图说明：

图1为本发明装置组装结构原理示意图。

图2为本发明装置电路连通结构原理示意图。

具体实施方式：

本发明实施的设备装置主体结构由数据存储器1、总控器2、电位测量表3、转换器4、参比电极5、待测试样6、电池7、耐压壳体8和耐压多芯导线9电性连通式组装而成为实现自动测试的单体式密封系统。

本发明仪器装置为分体制造，试验前在实验室密封组装，经过测试后进行实海投放测试。

本发明实施仪器的电位测量表采用常规电路完成，经过检测各项功能达到要求，固定到耐压壳体8中。由于测量电路功耗低，发热少，深海环境的温度接近零度，为保证在壳体意外进水的情况下仍能保证正常工作，可以将电路用树脂全部密封。

本发明实施的耐压壳体8的尺寸根据测量系统的大小设计成圆筒型，内部设计固定测量系统的插槽；耐压壳体8采用密丝螺旋连接，橡胶“O”型圈密封。壳体上钻孔固定耐压电缆插座，考虑到壳体的水密可靠性，根据试样数量和电缆芯的数量，实施中固定2个插座。

待测试样6及参比电极5的安装采用以参比电极5为中心，待测试样6呈环形在其周围分布的形式，试样环的直径为500～600mm，从每个试样上引出导线汇成一根电缆；试样固定在一个由非金属制成的框架上，实施中非金属选用尼龙或聚四氟乙烯。

本发明的实施进行深海投放时，分别将试样架和测试设备固定到深海试验装置上，或专门的浮力系统上在不同深度分别进行测试。投放前，将从试样引出的电缆插头插在测试设备的壳体插座上，测试仪将随深海装置沉到水下，当达到水深100米时，压力开关在水压的作用下打开设备开始工作，测试各种材料在深海中的电位随时间的变化。当一个试验周期完成后，回收深海试验装置，同时将电位测试设备一同回收，将存储在设备中的数据采集到计算机中，完成测试，同时观察试样表面状态，与失重试样结果进行对比分析。

本发明实施时，其装置的电路连通及元器件选择，对照附图2进行，所有选择元器件均为市售产品，按照常规的电学原理连通并组装而成为测试系统装置。