一种快速研究铝在除盐水中腐蚀的方法与流程

本发明涉及铝腐蚀技术领域，特别涉及一种快速研究铝在除盐水中腐蚀的方法。

背景技术：

由于纯铝具有良好的导热性，因而应用于传统的海勒式间接空冷机组以及SCAL型空冷机组的冷却部件(散热器)中。目前，关于纯铝在凝结水中的腐蚀研究甚少，对于这种含铝系统的水化学工况没有统一的标准，因此，从凝结水运行条件出发，协同考虑pH值、溶解氧含量、凝结水温度等，通过单因素挂片试验，研究铝在除盐水中腐蚀的影响因素及其作用规律，寻求含铝空冷机组的最佳凝结水水化学工况，是很有意义的。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种快速研究铝在除盐水中腐蚀的方法，可用于指导研究铝在除盐水中腐蚀的影响因素及其作用规律，进而指导含铝空冷机组凝结水水化学工况的设计。

本发明思路如下：

要开展铝在除盐水中腐蚀的影响因素及其作用规律的研究，必须先确定如何评价铝在不同条件除盐水中腐蚀的差异。评价金属腐蚀的差异，主要以质量表示腐蚀速度来评价，即把腐蚀耗损的金属质量计算成单位时间内单位表面金属质量的变化值。失重量是腐蚀前金属与清除腐蚀产物后金属的质量差，增重量是腐蚀后带有腐蚀产物的金属和腐蚀前金属的质量差。对碳钢而言，由于其腐蚀较明显，且腐蚀产物较易去除，所以一般采用失重法评价碳钢腐蚀性能。对金属铜而言，由于其腐蚀前后质量变化不明显，但其挂片溶液中脱落的氧化物却具有一定规律，因此，铜腐蚀性能主要通过测定挂片溶液中铜离子含量来评价。

由于除盐水中铝表面形成的氧化膜不易去除，因此可采用增重法来评价其腐蚀速度，本发明中增重量包括①铝试片挂片后增加的质量(后文简称为“铝试片增重”)、②挂片过程中脱落、溶解到挂片溶液中的铝(后文简称为“挂片溶液中铝量”)和③擦洗铝试片过程中转移到脱脂棉花和无水乙醇中的铝(后文简称为“擦洗转移铝量”)。这里的“挂片”指将铝试片悬挂于挂片溶液中。挂片时间短时，铝试片在各种条件除盐水中的增重量都不大、差异不明显；挂片时间长时，除盐水的水质条件会发生变化，特别是 pH值变化明显，这样得到的试验结果已不是铝试片在给定条件除盐水中的腐蚀结果，而且耗时长，不能做到快速评价。因此，研究铝在除盐水中腐蚀的影响因素及其作用规律时，除了要协同考虑pH值、溶解氧含量、凝结水温度等因素，最重要的是确定最佳挂片时间，以快速评价铝在不同条件除盐水中腐蚀的差异。

本发明通过一系列挂片试验来确定最佳挂片时间。首先，预设一系列挂片时间。然后，采用金相砂纸对铝试片进行打磨，用无水乙醇擦洗后干燥，记录此时铝试片质量m₀。接着，将铝试片分别悬挂于不同水质条件的挂片溶液中，挂片溶液即除盐水。最后，取出达到预设挂片时间的铝试片，经擦洗干燥后，记录此时铝试片质量m₁；同时，采用分光光度法测定挂片溶液中铝量和擦洗转移铝量。试验结果表明铝试片增重较明显，擦洗转移铝量几乎为零，可忽略不计，原因是铝试片表面氧化膜不易通过擦洗去除。挂片溶液中铝量，超出可忽略的误差范围，所以必须考虑。即只考虑上述增重量中的铝试片增重和挂片溶液中铝量。

通过综合考虑pH值变化幅度尽可能小、铝试片增重明显、挂片时间尽可能少三项原则，通过分析铝试片增重、挂片溶液中铝量、pH值随挂片时间的变化趋势，确定最佳挂片时间。基于最佳挂片时间，在不同水质条件的挂片溶液中进行挂片试验，可获得各水质因素对铝腐蚀的影响规律。

本发明的技术方案如下：

一、一种快速研究铝在除盐水中腐蚀的方法，包括步骤：

步骤1，确定最佳挂片时间，本步骤具体为：

1.1将铝试片悬挂于不同水质条件的恒温挂片溶液中，获得不同挂片时间下铝试片增重和挂片溶液中铝量；不同水质条件通过改变挂片溶液的至少一种水质因素获得，水质因素包括温度、pH值和溶解氧含量；挂片溶液即除盐水；

1.2基于pH值变化幅度尽可能小、铝试片增重明显、挂片时间尽可能少三项原则，通过分析铝试片增重、挂片溶液中铝量、挂片溶液pH值随挂片时间的变化，确定最佳挂片时间；具体实施时，根据铝试片增重、挂片溶液中铝量、挂片溶液pH值随挂片时间的变化，获得挂片溶液pH值变化幅度大于第一预设值、且铝试片增重大于第二预设值时对应的挂片时间，从中选择最小挂片时间作为最佳挂片时间；所述的挂片溶液pH值变化幅度即挂片溶液的当前pH值和原始pH值的之差的绝对值，第一预设值和第二预设值根据经验人为设定；

步骤2，将铝试片悬挂于不同水质条件的恒温挂片溶液中，获得最佳挂片时间下铝试片增重和挂片溶液中铝量，从而得到各水质因素对铝试片增重和挂片溶液中铝量的影响规律。

子步骤1.1进一步包括：

(a)预设一系列挂片时间；

(b)依次打磨、清洗、干燥铝试片，并记录铝试片质量m₀；

(c)将铝试片悬挂于恒温的挂片溶液中，达到预设挂片时间时取出铝试片，然后进行如下测量：

依次擦洗、干燥铝试片，并记录铝试片质量m₁，铝试片质量m₁和m₀之差即铝试片增重；采用分光光度法测定挂片溶液中铝量；测量挂片溶液的pH值。

步骤1和步骤2中挂片溶液的温度在30～80℃内选择。

步骤1和步骤2中挂片溶液的初始pH值在6～10内选择。

步骤2进一步包括：

2.1改变一水质因素值，固定其他水质因素值，获得一系列不同水质条件的挂片溶液；

2.2依次打磨、清洗、干燥铝试片，并记录铝试片质量m₀；

2.3将铝试片悬挂于恒温挂片溶液中，达到最佳挂片时间时取出铝试片，依次擦洗、干燥铝试片，并记录铝试片质量m₁；

2.4铝试片质量m₁和m₀之差即铝试片增重，采用分光光度法测定挂片溶液中铝量；

2.5获得不同水质条件下的铝试片增重和挂片溶液中铝量，分析得到改变的水质因素对铝腐蚀的影响规律。

二、一种含铝空冷机组凝结水水化学工况的设计方法，采用权利要求1获得的各水质因素对铝试片增重和挂片溶液中铝量的影响规律指导凝结水水化学工况的设计。

和现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：

1、采用常规仪器即可实时，操作方便。

2、试验时间短，可准确快速的获得除盐水水质因素对铝腐蚀的影响规律，可用于指导含铝空冷机组的凝结水水化学工况的设计。

附图说明

图1～2为实施例1获得的铝试片增重随预设挂片时间的变化关系。

具体实施方式

下面将结合具体实施方式进一步说明本发明技术方案。

实施例1

本实施例为挂片时间确定的具体实施方式。

(1)预设一系列挂片时间：0.25h、0.5h、1h、2h、4h、8h、25h、48h、73h、168h。

(2)采用金相砂纸由粗到细依次打磨铝试片至800目，铝试片尺寸为50mm×25mm×2mm，用无水乙醇擦洗后晾干，置于干燥器中备用。记录此时铝试片重量m₀。

(3)将不同铝试片分别悬挂于不同水质条件的300mL挂片溶液中，保持挂片溶液恒温。挂片溶液温度设为50℃，pH值分别为6.0、7.0、7.5、8.5、9.5，挂片溶液pH值可采用氨水调节。

(4)取出达到预设挂片时间的铝试片，用无水乙醇擦洗，滤纸擦干，置于干燥器干燥后称重，记为m₁。采用分光光度法测定挂片溶液中铝含量。

根据上述挂片试验获得不同pH值下增重量与预设挂片时间的关系，见图1～2，图中增重量为铝试片增重。

由图1～2可知，pH值相同时，挂片时间不超过4h时，随着挂片时间延长，铝腐蚀加重，主要体现在增重量随着挂片时间延长而增加。4h后铝的腐蚀速率减小，有趋于稳定的倾向，没有再随时间变化的明显规律。

此外，考虑到挂片溶液体积较小，并且很难做到绝对密封，随着挂片时间延长，由于铝试片腐蚀、CO₂进入以及氨挥发，会导致pH变化显著。表1为挂片溶液pH值随挂片时间的变化，表中第一列表示挂片溶液原始pH值。

由表1可知，在各不同原始pH值条件下，挂片时间为1h时，挂片溶液pH值变化幅度较小；随着挂片时间延长，pH值变化显著。此外，挂片时间小于1h时，增重量较小，不利于比较，综合考虑以上两种因素，选定挂片时间为1h。

表1 挂片溶液pH值随挂片时间的变化规律

实施例2

铝在除盐水中的腐蚀与挂片溶液温度的关系

(1)取尺寸为50mm×25mm×2mm的铝试片，采用金相砂纸由粗到细依次打磨至800目，用无水乙醇擦洗后晾干，置于干燥器中备用。

(2)将铝试片精确称重，记为m₀。然后悬挂于300mL挂片溶液中恒温1h时间。取出铝试片，用无水乙醇擦洗，滤纸擦干，置于干燥器干燥后取出称重，记为m₁。计算差值Δm＝m₁-m₀，即铝试片增重。

(3)采用分光光度法测定挂片溶液中铝含量。

表2 不同温度和pH值下铝试片增重与挂片溶液中铝量

表2为挂片溶液为50℃和60℃时，不同pH值下铝试片增重和挂片溶液中铝量。

由上表可知，50℃时，pH值为7.0或8.5，铝试片增重约2.0mg，增重比较明显。60℃时，pH为7.0或8.5，铝试片增重约3.0mg左右，增重比较明显。50℃或60℃时，挂片溶液中铝离子量为0.010mg～0.035mg，含量较大。

实施例3

铝在除盐水中的腐蚀与pH值的关系

(1)取尺寸为50mm×25mm×2mm的铝试片，采用金相砂纸由粗到细依次打磨至800目，用无水乙醇擦洗后晾干，置于干燥器中备用。

(2)取350mL挂片溶液，加入氨水调节其pH值，取其中50mL用来测定其电导率和pH值，剩余300mL用来挂片。所采用的氨水是将浓氨水和水按照1:1000的体积比稀释获得。

(3)将铝试片精确称重，记为m₀。然后悬挂于300mL挂片溶液中恒温1h时间。取出铝试片，用无水乙醇擦洗，滤纸擦干，置于干燥器干燥后取出称重，记为m₁。计算差值Δm＝m₁-m₀，即铝试片增重。

(4)采用分光光度法测定挂片溶液中铝含量。

表3为挂片溶液50℃时，不同pH值下铝试片增重和挂片溶液中铝量。

表3 50℃时不同pH值下铝试片增重与挂片溶液中铝量

由表3可知，50℃时，不同pH值下，铝试片增重均为2.0mg左右，挂片溶液中铝离子量为0.01mg-0.10mg，含量较大。