流动腐蚀介质中金属腐蚀行为监测系统

摘要

本发明涉及一种流动腐蚀介质中金属腐蚀行为监测系统，该系统将电化学测试手段和失重法结合在一起，可以同时完成流动体系下金属腐蚀的全方位监测。该系统由腐蚀介质更新系统、循环管道系统、电化学测试系统和失重实验装置四部分组成，其中，腐蚀介质更新系统通过带有止回阀的管道与循环管道系统连接，电化学测试系统和失重实验装置串联在循环管道系统内。本发明设计科学合理，腐蚀数据获取快捷准确，可以实现同时对流动腐蚀介质中的金属材料的电化学腐蚀测量和失重实验研究，是一种较为先进快捷的金属材料腐蚀行为监测手段，通过将电化学测量手段和失重法结合，极大地拓展了金属材料腐蚀的研究手段。

说明书

技术领域

本发明属于金属材料保护领域，涉及金属腐蚀行为的监测，尤其是一种流动腐蚀介质中 金属腐蚀行为的监测系统。

背景技术

金属材料是国防工业发展必不可少的基础材料，因其良好的塑性、强度和加工性能在国 民经济生产中得到了广泛应用，而金属的腐蚀失效作为金属材料失效的主要形式之一，一直 是金属材料保护的研究重点。电化学测量方法作为观测材料耐蚀性能的一种手段，因其快速、 可连续监测等优点而被用于金属材料及其镀层的腐蚀性能研究。但现有腐蚀试验监测系统尚 不能对流动腐蚀介质中的金属材料进行实时电化学腐蚀测量，无法获得动态腐蚀过程中的腐 蚀数据，限制了电化学方法在金属腐蚀领域的应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有腐蚀监测系统的不足，提供一种流动腐蚀介质中金属腐蚀行 为监测系统，是利用循环管道系统在研究金属材料表面形成流动条件，并通过外联腐蚀介质 更新系统对循环管道内腐蚀介质进行周期性渐变更新，最大可能接近实际工况的条件下对金 属材料进行电化学腐蚀测量。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种流动腐蚀介质中金属腐蚀行为监测系统，该系统将电化学测试手段和失重法结合在 一起，可以同时完成流动体系下金属腐蚀的全方位监测。该系统由腐蚀介质更新系统、循环 管道系统、电化学测试系统和失重实验装置四部分组成，其中，腐蚀介质更新系统通过一连 接管道与循环管道系统相连，电化学测试系统和失重实验装置先后串联在循环管道系统内。

而且，所述腐蚀介质更新系统一种实现为大容积储备水箱，水箱侧面设有1号取样口和 进水口，水箱底部设有引出管和放空管，引出管上接一更新泵以提供腐蚀介质补给动力，放 空管上接一常闭阀门。

而且，所述循环管道系统主要包括循环泵、流量计、2号取样口、排水口、杂物过滤器、 节流阀、电化学测试系统接口、失重实验装置接口等部件，按水流方向，其中一支路为流量 计、电化学测试系统接口、失重实验装置接口、2号取样口、节流阀从前往后用管道依次串 接，另一支路为循环泵、杂物过滤器先后用管道依次串接，两支路的分岔起始点位于循环管 道系统与腐蚀介质更新系统的连接管道末端，排水口位于两支路汇合点后的直线管道末端， 调节其阀门开启度来改变循环管道系统内腐蚀介质更新速率。

而且，所述循环管道系统与腐蚀介质更新系统的连接管道为一接有止回阀和节流阀的普 通直管道，该管道前接腐蚀介质更新系统末端的引出管，后接循环管道系统两支路的分岔起 始点。

而且，所述电化学测试系统，包括电化学测试管件、三电极测试导线、电化学工作站、 主机和显示端，电化学测试管件电极引出端通过三电极测试导线与电化学工作站相连，并由 主机和显示端控制测试并记录电化学测量数据。

而且，所述电化学测试管件包括电化学测试管件进口、电化学测试管件出口、工作电极、 参比电极和辅助电极，其中辅助电极为一贴壁大面积铂筒，通过聚四氟乙烯旋塞置于进口处， 参比电极采用饱和甘汞电极，研究金属材料嵌于有内置铜导线的聚四氟乙烯电极杆顶端作为 工作电极。

而且，所述电化学测试管件连接在循环管道系统内的电化学测试系统接口处，前端接流 量计，后端接失重实验装置。

而且，所述失重实验装置包括失重实验装置进口、失重实验装置出口、试片挂板、方形 失重盒，研究试片用塑料螺母固定于试片挂板上，试片挂板置于方形失重盒中，方形失重盒 顶盖与四壁间以环氧树脂粘接并实现与外界的密封。

而且，所述失重实验装置连接在循环管道系统内的失重实验装置接口处，失重实验装置 进口前接电化学测试管件，失重实验装置出口后接循环管道系统上的2号取样口。

本发明的优点和有益效果为：

1、本系统的循环管道系统内腐蚀介质可以通过调节排水口来改变循环腐蚀介质的更新速 度，且腐蚀介质的更新属于渐变过程，对腐蚀测量尤其是电化学测试系统的冲击性小。

2、本系统的循环管道系统中的水泵安装于循环管道上，可以满足研究金属材料表面的腐 蚀介质的流动要求，而且通过节流阀便于实现多种流速条件的模拟。

3、本系统的循环管道系统上串接电化学测试系统和失重实验装置，便于同时采用电化学 方法和失重法对流动腐蚀介质下的研究金属材料进行腐蚀监测。

4、本发明设计科学合理，数据采集和腐蚀监测方便准确，解决了现有腐蚀试验监测系统 无法对流动腐蚀介质中的金属材料进行实时电化学腐蚀测量的问题，是一种结合了电化学法 和失重法的较为先进的动态腐蚀监测手段，将有利于电化学方法在金属腐蚀研究领域进一步 的推广应用。

附图说明

图1为本发明的监测系统结构示意图；

图2为电化学测试管件的主视图；

图3为电化学测试管件图2的Ⅰ-Ⅰ截面图；

图4为失重实验装置的主视图；

图5为失重实验装置图4的Ⅰ-Ⅰ截面图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述。需要说明的是，本发明的实施 例是描述性的，而不是限定性，不应以此限定本发明的保护范围。

本发明的创新点在于按照图1连接上述两个系统以及电化学测试系统和失重实验装置， 此外，还包括电化学测试管件和失重实验装置的结构设计。图2至图5仅为电化学测试管件 和失重实验装置的一种实现形式，而图1各系统连接关系亦在本发明保护范围之内。

一种流动腐蚀介质中金属腐蚀行为监测系统，参见图1，由腐蚀介质更新系统、循环管 道系统、电化学测试系统、失重实验装置组成，腐蚀介质更新系统通过一连接管道与循环管 道系统相连，电化学测试系统和失重实验装置先后串联在循环管道系统内。

所述腐蚀介质更新系统一种实现为大容积储备水箱，水箱侧面设有1号取样口和进水口， 水箱底部设有引出管和放空管，引出管上接一更新泵以提供腐蚀介质补给动力，放空管上接 一常闭阀门。

所述循环管道系统主要包括循环泵、流量计、2号取样口、排水口、杂物过滤器、节流 阀、电化学测试系统接口、失重实验装置接口等部件，按水流方向，其中一支路为流量计、 电化学测试系统接口、失重实验装置接口、2号取样口、节流阀从前往后用管道依次串接， 另一支路为循环泵、杂物过滤器先后用管道依次串接，两支路的分岔起始点位于循环管道系 统与腐蚀介质更新系统的连接管道末端，排水口位于两支路汇合点后的直线管道末端，调节 其阀门开启度来改变循环管道系统内腐蚀介质更新速率，同时通过调节循环管道系统内的节 流阀来控制循环管道系统内的循环流量。

所述循环管道系统与腐蚀介质更新系统的连接管道为一接有止回阀和节流阀的普通直管 道，该管道前接腐蚀介质更新系统末端的引出管，后接循环管道系统两支路的分岔起始点。

所述失重实验装置和电化学测试系统中的电化学测试管件串联于循环管道系统内一支路 上，从支路分岔点开始依次是流量计、电化学测试管件、失重实验装置、2号取样口、节流 阀。

本实施例中，腐蚀介质更新系统所涉及的水箱、放空管、1号取样口、进水口、更新泵 以及循环管道系统所涉及的循环泵、流量计、2号取样口、排水口、杂物过滤器、节流阀等 均为现有设备，可根据实际实验需要进行配置，不再赘述。

电化学测试管件结构见图2、图3。

所述电化学测试管件为一带三电极测试装置的玻璃直管，包括电化学测试管件进口5、 电化学测试管件出口6、铂电极引出端3、贴壁大面积铂筒4、工作电极1、参比电极2以及 管件托架7，铂电极引出端下部嵌于聚四氟乙烯旋塞8中，并通过内置铜导线与贴壁大面积 铂筒连接，工作电极1伸入管件内一端顶部嵌有预制研究金属材料试片，为尽可能减小液接 电阻值，参比电极2为斜插入管件的一支饱和甘汞电极，其顶端与研究金属材料制成的工作 电极1下端相对，电化学测试管件进口5和电化学测试管件出口6均通过聚四氟乙烯旋塞8 上的螺纹或者丝扣与前后管段连接。图2中仅设一个工作电极，在实际需要中可以依实验需 要进行增加。

失重实验装置结构见图4、图5。

所述失重实验装置(以矩形金属试片为例)为一内置金属试片挂板的带盖密封方盒，包 括失重实验装置进口13、失重实验装置出口14、研究金属材料试片9、试片固定杆10、试片 挂板12、失重盒盖11、试片挂板固定槽15，研究金属材料试片9用塑料螺母固定于试片挂 板12的试片固定杆10上，试片挂板12置于失重盒内试片挂板固定槽15中，失重盒盖11与 四壁间以环氧树脂粘接并实现与外界的密封。图4、图5仅为一个失重实验装置的实现，实 际腐蚀实验研究中，可根据需要在循环管道系统的失重实验装置接口处串接或并接多个失重 实验装置。

以球墨铸铁材料在流动自来水中72h内腐蚀速率测量为例，首先按照图1连接好各系统 (一个失重实验盒)，在腐蚀介质更新系统中配制腐蚀介质，实验伊始应开大排水口的阀门开 启度，待腐蚀介质充满整个循环管道并运行稳定后，调整排水口使得循环管道内的腐蚀介质 更新周期达到预设值，这个过程应同时调节循环管道上的节流阀使得循环管道循环流量稳定 (工作电极表面和腐蚀试片表面流速均约为1m/s)，开始实验计时，打开电化学工作站，输 入研究金属材料特性和实验条件(25℃下)等基本参数，选择测量方法为稳态极化动电位扫 描，设置扫描电位：-0.05V～0.05V(相对于开路电位)，扫描速度：0.1mV/s，待开路电位稳 定后开始测量，最后腐蚀速率由测得的腐蚀电流密度利用三参数拟合法计算，每12h进行一 次电化学测量，取6次计算平均值得到球墨铸铁材料在自来水中瞬时腐蚀速率为0.096mm/a， 这与文献中电化学测试实验结果是基本一致的。

经过一段时间的运行后，及时补充腐蚀介质更新系统中的腐蚀介质，失重实验装置每12 停机取1片进行失重分析，之后对失重盒进行重新密封并开机，每个腐蚀试片失重量扣除前 片的腐蚀失重量作为球墨铸铁试片该时间段的腐蚀失重量，结合腐蚀时间，计算6个时间段 的腐蚀速率后取平均值得到球墨铸铁材料在自来水中失重腐蚀速率为0.242mm/a，这与文献 中失重实验结果是基本一致的。

结果表明，本监测系统腐蚀数据获取快捷准确，并可以同时对流动腐蚀介质中的金属材 料的电化学腐蚀测量和失重实验研究，是一种较为先进简便的金属材料腐蚀行为监测手段， 通过将电化学腐蚀测量手段和失重实验方法结合，拓展了金属材料腐蚀的研究手段。