一种在海洋环境中监测金属电偶腐蚀的可拆卸式阵列电极及其制作方法

摘要

本发明公开了一种在海洋环境中监测金属电偶腐蚀的可拆卸式阵列电极，包括螺纹配合的外螺纹管件及内螺纹管件、圆形的试验金属片、两个金属弹簧、圆环、包皮导线和两个材料大小相同的圆形纯金属片，中间夹盐桥构成库仑计。发明还公开了本电极的制作方法。可以通过导线之间的连接组装成阵列电极，利用该电极可以利用传统的失重法进行金属局部腐蚀速率的测定，也可以利用微观形貌分析技术分析金属腐蚀，还可以通过库仑计对金属腐蚀进行电化学分析。更重要的是本电极应用于实际环境下，实验数据准确反映腐蚀情况。

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属腐蚀监测与研究的装置和方法，尤其涉及一种在海洋中研究金属电偶腐蚀的装置。

背景技术

环境跃变区是研究金属腐蚀与防护的重点区域，如大气和海洋界面、海水与海泥界面、海洋温跃层等，在此类区域金属腐蚀严重、金属腐蚀机理复杂、金属腐蚀防护困难。目前国内大力推动海洋风电发展，对风电塔桩这类的长尺金属在环境跃变区的腐蚀研究十分必要，利用传统的小尺寸金属样品在海水中挂样，研究金属在海洋环境下的腐蚀，其腐蚀机理不适用于长尺金属，而用长尺金属在海洋中挂样研究不仅成本高、技术难度高，而且难以获取金属局部腐蚀信息。利用链式电极模拟长尺金属可获得长尺金属的局部腐蚀信息，但需要借助电化学工作站，且只能获取金属的局部瞬时腐蚀信息，无法衡量一个阶段的局部腐蚀情况，多用于实验室，难以用于实际海洋环境的测量。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种利用库仑计原理在海洋环境中监测金属电偶腐蚀的可拆卸式阵列电极及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种在海洋环境中监测金属电偶腐蚀的可拆卸式阵列电极,所述阵列电极包括螺纹配合的外螺纹管件及内螺纹管件、圆形的试验金属片、两个金属弹簧、圆环、包皮导线和两个材料大小相同的圆形纯金属片；所述外螺纹管件一端为小孔，一端为大孔；所述外螺纹管件的大孔端和内螺纹管件旋紧夹持所述试验金属片，所述两个管件与试验金属片之间通过橡胶圈密封；所述两个纯金属片设于所述大孔底部，之间有盐桥，所述两个纯金属片与大孔的孔壁留有间隙；所述外螺纹管件小孔的开口处设有圆形的挡板，所述外螺纹管件设有通向所述小孔的导线孔，包皮导线穿过所述导线孔与第一金属弹簧焊接，所述第一金属弹簧一端贴紧所述挡板，另一端贴紧位于大孔最底部的第一纯金属片；靠近所述挡板的小孔空间填充有树脂并留第一金属弹簧的一部分在树脂外，树脂起密封作用；所述第一纯金属片、盐桥以及第二纯金属片三者构成库仑计，所述第二纯金属片另一侧设置与所述大孔的孔壁贴紧的不导电的圆环；所述圆环中间处放置有第二金属弹簧，所述第二金属弹簧四周填充有硅橡胶至所述大孔外缘所在平面；所述第二金属弹簧一端贴紧所述第二纯金属片，另一端贴紧所述试验金属片。纯金属片与大孔的孔壁留有间隙，方便实验的某一阶段取出进行电流分析。

进一步地，所述导线孔，以及包皮导线与第一金属弹簧的焊接处被所述树脂密封。

进一步地，所述试验金属片两侧与所述内、外螺纹管件之间分别设有密封用的橡胶圈。橡胶圈的目的用于密封、防止外边液体介质进入。

进一步地，所述外螺纹管件、内螺纹管件和圆环均为塑料材质。

进一步地，所述纯金属片为纯铜、纯银，或者其它可用于制备库仑计的纯金属材料。

本发明还公开了上述阵列电极的制作方法，具体为：

将所述包皮导线穿过所述导线孔并与所述第一金属弹簧进行焊接，将第一金属弹簧放于所述小孔内部并盖上挡板，从所述大孔处朝所述小孔靠挡板处注入树脂，留部分第一金属弹簧在树脂外；在所述大孔底部依次放置第一纯金属片、盐桥、第二纯金属片和圆环；放置所述两个纯金属片时与大孔的孔壁留有间隙，在所述圆环中间处放置第二金属弹簧并在其四周注入硅橡胶至大孔外缘所在平面；放置所述试验金属片在硅橡胶之上并保持与第二金属弹簧接触；将所述内螺纹管件与外螺纹管件通过螺纹旋紧连接并将所述两个管件与试验金属片之间通过橡胶圈密封。塑料圆环可有效的防止硅橡胶流入纯金属片与大孔孔壁的缝隙，造成拆卸不便，圆环结构也易从中间拆卸。外螺纹管件和内螺纹管件通过螺纹连接，旋紧后可以把橡胶圈和试验金属片夹紧。外螺纹管件和内螺纹管件旋紧后，可以借助凡士林或密封胶等物质进行密封。

进一步地，所述盐桥为以琼脂和电解质溶液混合并加入多孔状布片制备而成的块状的盐桥；所述电解质溶液中的金属离子与所述纯金属片保持一致。

阵列电极上某一单个电极可视为长尺金属的某一局部位置，长尺金属在海水中会发生电偶腐蚀，长尺金属局部位置的阴极阳极只能通过流向金属电子的方向确定，库仑计在经过电子时流出电子一侧纯金属质量减少，流向一侧纯金属质量增加，利用此库仑计，间隔一段时间测量纯金属的质量可明确电极所处位置是阴极还是阳极。利用该电极可在海洋环境中研究环境跃变区的金属腐蚀，既可获得长尺金属的整体腐蚀信息，又可获得长尺金属的局部腐蚀信息。本电极为方便可拆式，电极使用中，可以旋开内螺纹管件，取下试验金属片以及组成库仑计的纯金属片，用以观察或更换。通过包皮导线的连接，可把多个电极组合成电极阵列。

本发明的有益效果：利用该阵列电极既可以利用电化学分析技术分析金属腐蚀，也可以利用传统的失重法进行金属局部腐蚀速率的测定，还可以利用微观形貌分析技术分析金属腐蚀，更重要的是本电极应用于实际环境下，实验数据准确。以本发明所述技术制作的阵列电极，可以利用电极中的库仑计监测金属电偶腐蚀，可以通过导线之间的连接组装成电极阵列。根据需要在实验的不同阶段从海洋中取出电极，不仅可进行传统的腐蚀形貌腐蚀速率分析，也能通过库仑计分析出一整个阶段金属所在位置的局部电化学腐蚀信息。本发明制作的电极可用在海洋环境中观察环境跃变区的腐蚀，通过库仑计可知长尺金属的某一局部位置在试验时间内的电化学腐蚀信息。

附图说明

图1是实施例的阵列电极组装完成后的俯视图；

图2是图1的阵列电极沿A向的剖面示意图；

图3是实施例阵列电极组装完成后的立体效果图；

图4是实施例阵列电极的零件分解图；

图5是在海洋环境中监测金属电偶腐蚀的电极阵列连接示意图。

图中标号名称：1-外螺纹管件,2-金属弹簧,21-第一金属弹簧，22-第二金属弹簧，3-纯铜片,31-第一纯纯铜片，32-第二纯铜片，4-内螺纹管件,5-圆环,6-试验金属片,7-橡胶圈,8-挡板,9-树脂,10-盐桥,11-硅橡胶,12-导线孔,13-包皮导线,14-导线焊接点,15-螺纹连接处，16-磁铁，17-缆绳，DJ-阵列电极。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步的详细说明，附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。以下具体实施例对本发明做进一步的详细说明。根据下面的说明，本发明的目的、技术方案和优点将更加清楚。需要说明的是，所描述的实施例是本发明的优选实施例，而不是全部的实施例。

一种在海洋环境中监测金属电偶腐蚀的可拆卸式阵列电极，用于对风电塔桩这类的长尺金属在环境跃变区的腐蚀研究，如图1至4所示，其利用库仑计原理在海洋环境监测金属电偶腐蚀。阵列电极包括螺纹配合的外螺纹管件1及内螺纹管件4、圆形的试验金属片6、两个金属弹簧2、圆环5、包皮导线13和两个大小相同的圆形纯铜片3，外螺纹管件1、内螺纹管件4和圆环5均为塑料材质；外螺纹管件1一端为小孔，一端为大孔；外螺纹管件1的大孔端和内螺纹管件4旋紧夹持试验金属片6，型号为Q345D；内、外螺纹管件4和1与试验金属片6之间通过分别设于试验金属片6两侧的两个橡胶圈7密封；两个纯铜片3设于大孔底部，之间有盐桥10，两个纯铜片3与大孔的孔壁留有间隙；外螺纹管件1小孔的开口处设有圆形的挡板8，外螺纹管件1设有通向小孔的导线孔12，包皮导线13穿过导线孔12与第一金属弹簧21焊接，第一金属弹簧21一端贴紧挡板8，另一端贴紧位于大孔最底部的第一纯铜片31；靠近挡板8的小孔空间填充有树脂9并留第一金属弹簧21的一部分在树脂9外；导线孔12，以及包皮导线13与第一金属弹簧21的焊接处被树脂9密封；第一纯铜片31、盐桥10以及第二纯铜片32三者构成库仑计，第二纯铜片32另一侧设置与大孔的孔壁贴紧的不导电的圆环5；圆环5中间处放置有第二金属弹簧22，第二金属弹簧22四周填充有硅橡胶11至大孔外缘所在平面；第二金属弹簧22一端贴紧第二纯铜片32，另一端贴紧试验金属片6。

上述阵列电极的制备方法为，将硫酸铜溶液、琼脂粉加热搅拌后加入百洁布等待冷却后形成块状盐桥10备用。将包皮导线13穿过导线孔12并与第一金属弹簧21进行焊接，将第一金属弹簧21放于小孔内部并盖上挡板8，从大孔处朝小孔靠挡板8处注入树脂9，留部分第一金属弹簧21在树脂9外；在大孔底部依次放置第一纯铜片31、盐桥10、第二纯铜片32和圆环5；放置两个纯铜片3时与大孔的孔壁留有间隙，在圆环5中间处放置第二金属弹簧22并在其四周注入硅橡胶11至大孔外缘所在平面；放置试验金属片6在硅橡胶11之上并保持与第二金属弹簧22接触；将内螺纹管件4与外螺纹管件1通过螺纹旋紧连接并与试验金属片6之间通过橡胶圈7密封。

如附图5所示制备多个阵列电极DJ，通过包皮导线13组装成电极阵列置于海洋中；通过包皮导线13之间的连接实现阵列电极DJ之间的通电；连接在加装磁铁16的缆绳17上，磁铁16吸附于海上风电金属桩以固定挂样位置。三个月取一次阵列电极DJ，通过失重法测定试验金属片6所在位置的局部腐蚀速率，还可以利用微观形貌分析技术分析试验金属片6的腐蚀,对库仑计的纯铜片3进行质量分析确定三个月时间此阵列电极DJ所处位置总体是阳极还是阴极。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。