一种用于涂层的espi与电化学实时同位测试的电解池装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及涂层失效检测【技术领域】，提供了一种用于涂层的ESPI与电化学实时同位测试的电解池装置。装置主要由试样固定部分、电化学测试电极部分、光路通道部分三部分组成。试样固定部分包括有机玻璃容器、密封垫片、试样挡板，电化学测试电极部分包括参比电极、铂丝环，光路通道部分包括有机玻璃容器前端透明窗口、铂丝环、试样窗口。本装置优点是结构简单、使用方便，既能对涂层进行电化学测试，同时可联合ESPI进行涂层失效过程的原位、动态、实时可视化监测，实现了涂层失效过程中膜下腐蚀产物萌生、长大行为的实时原位动态监测与其实时电化学行为的联合研究。
【专利说明】—种用于涂层的ESPI与电化学实时同位测试的电解池装
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及涂层失效检测【技术领域】，特别是涉及一种用于涂层的ESPI与电化学实时同位测试的电解池装置。
【背景技术】
[0002]有机金属防护涂层能有效隔离腐蚀环境介质对金属基体的腐蚀，在各项工程建设中发挥着重要的作用。但是有机涂层的失效，特别是膜下金属腐蚀给钢结构件的安全服役构成威胁，有机涂层失效的过程监测研究一直是热点研究课题。EIS (交流阻抗技术)为研究有机涂层/金属体系的防护性能和界面上电化学反应的发生和发展提供了相对可靠的方法与手段，但是EIS法存在一定的局限性，它给出的是整个涂层表面的平均信息，不能确定失效位点，而涂层的失效(层离、起泡等)通常起始于局部，故该法所给出的信息不能充分解释腐蚀发生的机制。因此对界面处腐蚀行为的全面认识仍是广大研究者面临的挑战
[0003]涂层/金属界面剥离(起泡)失效行为和膜下腐蚀产物萌生、扩展行为的实时、连续、原位、动态监测，对认识膜下金属的腐蚀过程极其重要。将这种膜下腐蚀产物萌生、长大行为的实时原位动态监测的结果与腐蚀破坏过程的电化学行为规律的研究相结合，正是搞清楚有机金属防护涂层失效行为的关键科学问题。
[0004]电子散斑干涉技术ESPI建立以来，迅速发展，作为现代物理检测技术，也是当今物理检测技术的研究热点，人们在光源补偿、图像处理、信号提取等方面开展了大量的研究。计算机数字化图像记录和处理方式的引入使ESPI系统更易于应用，由此ESPI也被称为 DSPI (Digital speckle pattern interferometry)。ESIP 技术的迅猛发展,其突出的全场、非接触、高精度、高灵敏度和实时快速等优点，以及在材料无损检测上的成功应用，也为涂层金属界面的失效观测、腐蚀产物的发生、扩展的研究提供了可能。因此结合ESPI与电化学测试，同位联合检测涂层失效过程十分必要。
[0005]设计制备一种装置在进行涂层电化学测试的同时能够不影响ESPI测试的光路信号的采集，是实现涂层的实时原位动态电化学与ESPI的联合测试研究目的关键技术之一。
实用新型内容
[0006]本实用新型提供了一种用于涂层的ESPI与电化学实时同位测试的电解池装置，设计了一种在不影响ESPI测试光路信号采集的同时可进行EIS等电化学测试的装置，实现了 ESPi与电化学联合实时、同位、动态监测涂层的失效过程。
[0007]—种用于涂层的ESPI与电化学实时同位测试的电解池装置，主要包括试样固定部分、电化学测试电极部分、光路通道部分三部分。试样固定部分由有机玻璃容器1、密封垫片2、试样挡板3组成；电化学测试电极部分由参比电极4和钼丝环5组成；光路通道由有机玻璃容器前端透明窗口 6、钼丝环5、试样窗口 7组成。
[0008]有机玻璃容器I包括试样窗口 7、加液口 8、参比电极口 9、钼丝环口 10和四个试样挡板固定孔，密封垫片2在有机玻璃容器I的后侧的试样窗口 7处，加液口 8、参比电极口 9、钼丝环口 10在有机玻璃容器I的顶部，试样挡板3固定孔分布在有机玻璃容器I的四角，试样由螺栓11加力固定。
[0009]有机玻璃容器I为无色透明。
[0010]密封垫片2为圆环状耐油橡胶片。
[0011]参比电极4为232型饱和甘汞参比电极，进溶液端接氯化钾琼脂盐桥。
[0012]钼丝环5为辅助电极，钼丝环直径大于光束直径。
[0013]当进行试验测试时，从加液口 8向有机玻璃容器I加入3.5%NaCl溶液，参比电极
4、钼丝环5与试样形成三电极体系，用于电化学的测量。参比电极4、钼丝环5的摆放需不遮挡激光电子束对试样的照射，实现ESPI与电化学的实时同位联合监测。
[0014]本实用新型的优点是:装置结构简单、使用方便，既能对涂层进行电化学测试，同时可同位联合进行ESPI对涂层失效过程的可视化监测，实现了膜下腐蚀产物萌生、长大行为的实时原位动态监测的结果与腐蚀破坏过程的电化学行为规律的研究的结合。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1:ESPI与电化学测试同位联合监测结构示意图
[0016]图2:电解池装置结构示意图
[0017]其中:1、有机玻璃容器，2、密封垫片，3、试样挡板，4、参比电极，5、钼丝环，6、有机玻璃容器前端透明窗口，7、试样窗口，8、加液口，9、参比电极口，10、钼丝环口，11、螺栓
[0018]图3:涂层浸泡2d后的观测分析结果
[0019]其中:(a)ESPI图；(b)EIS 图
[0020]图4:涂层浸泡4d后的观测分析结果
[0021]其中:(a)ESPI图；(b)EIS 图
[0022]图5:涂层浸泡15d后的观测分析结果
[0023]其中:(a)ESPI图；(b)EIS 图
【具体实施方式】:
[0024]一种用于涂层的ESPI与电化学实时同位测试的电解池装置，主要包括试样固定部分、电化学测试电极部分、光路通道部分三部分。试样固定部分由有机玻璃容器1、密封垫片2、试样挡板3组成；电化学测试电极部分由参比电极4和钼丝环5组成；光路通道由有机玻璃容器前端透明窗口 6、钼丝环5、试样窗口 7组成。
[0025]有机玻璃容器I包括试样窗口 7、加液口 8、参比电极口 9、钼丝环口 10和四个试样挡板固定孔。密封垫片2在有机玻璃容器的后侧的试样窗口 7处，加液口 8、参比电极口 9、钼丝环口 10在有机玻璃容器的顶部，试样挡板3固定孔分布在有机玻璃容器的四角，试样由螺栓11加力固定。
[0026]有机玻璃容器I主体内腔为80mmX80mmX30mm的长方体，试样窗口 7内径为20mm，加液口 8内径为5mm、参比电极口 9内径为15mm、钼丝环口 10内径为10mm，四个试样挡板固定孔内径为6mm,配合使用M6螺栓11固定。
[0027]密封垫片2是公称内径为20mm,公称外径为27mm,厚度为3.5mm的圆环状耐油橡胶片。
[0028]试样挡板3为140mmX90mmX5mm的有机玻璃板，四角有内径为6mm的孔用于配合M6的螺栓11，中心开有直径为20mm的孔，用于试样导线的连接。
[0029]参比电极4为232型饱和甘汞参比电极，进溶液端接氯化钾琼脂盐桥。
[0030]钼丝环5为辅助电极，环直径为25mm。
[0031]测试整体如附图1所示，采用本装置测试了环氧涂层的失效过程。
[0032]附图3、4、5中ESPI图为某一时刻散斑干涉图像相减得到的图像，反映了涂层浸泡过程中激光散斑干涉图像的变化。
[0033]在附图3 Ca)显示密密麻麻的小点，由于ESPI的灵敏度很高，外界振动以及涂层表面粗糙度发生了改变都会引起散斑图像发生改变，物质在涂层中的扩散会引起ESPI图像上出现一些小并且模糊的斑点，但没有大的斑点，说明浸泡两天涂层还没有产生宏观的缺陷，涂层还依然完好。此时的阻抗响应为高阻抗的单容抗弧，表明涂层处于涂层渗水的浸泡初期阶段，腐蚀介质还没有到达涂层/金属界面。
[0034]附图4 (a)中开始隐约出现一些比较大的斑点，但不明显，说明涂层的屏蔽作用正在减弱，一些腐蚀性介质已经通过涂层的薄弱处与基体金属相接处，产生腐蚀产物扩散到溶液中，引起涂层周围的溶液浓度发生了变化从而引起了照射过来的相干光发生了偏折，从而使图像干涉图像发生了变化。从图4 (b)可以看出，此时阻抗谱低频部分发生了明显的波动，开始出现两个时间常数，其中高频的圆弧代表的是涂层的信息，而低频部分的圆弧代表的是膜下腐蚀的信息。这说明腐蚀介质已经到达涂层/金属界面，膜下腐蚀已经发生。
[0035]附图5 Ca)中可以看出涂层表面已经出现了大量的起泡等宏观缺陷，此时甚至通过肉眼也可以观察到，涂层已经失去其防护作用。图5 (b)显示的阻抗谱中明显地出现了一条代表扩散现象的Warburg扩散弧，此时阻抗谱主要反映的是基底金属的腐蚀反应动力学特征，涂层已经处于失效阶段。
[0036]使用本装置通过散斑干涉图像观察浸泡涂层，依据图像的变化，将涂层失效过程分为了浸泡初期、浸泡中期和浸泡末期。在浸泡初期，涂层还处于溶液渗透阶段，膜下腐蚀还没有发生，此时ESPI图像上还没有明显的变化，阻抗谱上也只显示一条容抗弧。在浸泡中期，虽然肉眼观察涂层表面依然完好，但从ESPI图像可以明显地看到一些较大、模糊的斑点，而此时阻抗谱也显示出两个时间常数的特征，说明腐蚀性介质已和金属相接触，涂层下金属界面已产生腐蚀，涂层的屏蔽作用正在慢慢减弱。在浸泡末期，涂层已出现起泡等缺陷，涂层已逐渐丧失保护作用。此时从ESPI图像上可以看到有较大的黑色斑点出现，而阻抗谱中也出现了 Warburg扩散弧。
[0037]上述结果说明，通过使用本装置实现了 ESPI与EIS对涂层失效过程的联合观测。
【权利要求】
1.一种用于涂层的ESPI与电化学实时同位测试的电解池装置，其特征在于:装置包括试样固定部分、电化学测试电极部分、光路通道部分三部分；试样固定部分由有机玻璃容器(I)、密封垫片(2)、试样挡板(3)组成，电化学测试电极部分由参比电极(4)和钼丝环(5)组成，光路通道部分由有机玻璃容器前端透明窗口(6)、钼丝环(5)、试样窗口(7)组成；有机玻璃容器(I)包括试样窗口(7)、加液口(8)、参比电极口(9)、钼丝环口(10)和四个试样挡板固定孔；密封垫片(2)在有机玻璃容器的后侧的试样窗口( 7)处，加液口(8)、参比电极口(9 )、钼丝环口( 10 )在有机玻璃容器的顶部，试样挡板(3 )固定孔分布在有机玻璃容器的四角,试样由螺栓(11)加力固定。
2.根据权利要求1所述的一种用于涂层的ESPI与电化学实时同位测试的电解池装置，其特征在于:有机玻璃容器(I)为无色透明；密封垫片(2)为圆环状耐油橡胶片；参比电极(4)为232型饱和甘汞参比电极，进溶液端接氯化钾琼脂盐桥；钼丝环(5)为辅助电极，钼丝环直径大于光束直径。
【文档编号】G01N27/30GK203672828SQ201420006920
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年1月6日 优先权日:2014年1月6日
【发明者】高瑾, 李晓刚, 冯海翔, 宋东东, 钱志超 申请人:北京科技大学