一种深海模拟环境局部腐蚀测试装置及其测试方法与流程

本发明属于深海环境模拟试验设备技术领域，涉及一种深海模拟环境局部腐蚀测试装置及其测试方法。

背景技术：

21世纪是海洋的世纪，随着科技发展以及对海洋研究的不断深入，越来越多的深海平台、深潜器等深海装备得到了开发和应用，同时深海装备材料的腐蚀问题也随之产生。材料的腐蚀往往是由局部萌生并发展，在深海巨大静压力的作用下，材料的局部腐蚀敏感性会提高，导致其腐蚀行为与浅海环境存在较大差异，研究材料在深海环境下的局部腐蚀行为成为深海装备发展的决定性因素之一。

目前对材料的深海腐蚀研究包括自然环境试验和室内模拟加速试验。前者主要采用失重挂片方法，可以对深海环境下的材料腐蚀行为进行准确表征，然而由于深海电化学测试手段的缺乏，仅可在试验结束后对试样的腐蚀程度进行分析，无法对材料的腐蚀过程进行研究；后者的研究对象通常以块状或板状电极为主，同样无法获得材料局部腐蚀的电化学信息。目前对材料深海环境局部腐蚀研究具有较大局限，影响了材料深海腐蚀研究的深入理解和广泛研究。

技术实现要素：

本发明的技术任务是针对现有技术的不足，寻求设计研制一种深海模拟环境局部腐蚀测试装置及其测试方法。该装置以阵列电极技术为基础，实现对模拟深海高压环境材料局部腐蚀行为的研究，解决了以往无法对模拟深海高压环境条件下材料局部腐蚀进行电化学测试的问题。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

1、本发明提供一种深海模拟环境局部腐蚀测试装置，其主体结构包括试验舱体、试验舱盖、电极组件、外接加压系统、外接电化学测试装置和计算机；

所述试验舱体具有一开口部，试验舱盖固定在所述开口部并与所述试验舱体构成密闭外壳，电极组件密封在所述密闭外壳内，密闭外壳上开设加卸压口，密封外壳外侧设有压力传感器和/或压力表，用以测试密封壳体内部的压力值；

所述电极组件基于三电极体系，其包括工作电极、参比电极和辅助电极，电极组件经子母式水密连接器固定于试验舱盖上，该子母式水密连接器的子母头端分离式插接，子母式水密连接器A端连接电极组件，并伸入试验舱体内，B端在试验舱盖上固定并将线缆引线伸出至试验舱盖外，其中：

工作电极为多支微电极试样组成的电极阵列，微电极试样采用与工作电极配套的子母式水密连接器A端作为电极阵列接线，按照线缆编号依序对应连接，根据试验要求布设电极阵列，并进行封装固化；参比电极固接在与参比电极配套的子母式水密连接器A端，辅助电极固接在与辅助电极配套的子母式水密连接器A端；

所述外接加压系统通过加卸压口为试验舱体加压；

所述外接电化学测试装置包括电极阵列测试装置和电化学工作站，电极阵列测试装置与电极组件配套的子母式水密连接器B端的线缆引线相连，用于采集电极电位及电流分布信息；电化学工作站与参比电极、辅助电极及单支微电极试样配套的子母式水密连接器B端的线缆引线相连，用于采集参比电极、辅助电极、单支微电极试样的电化学信号；

所述计算机与外接电化学测试装置相连，用于对外接电化学测试装置采集的数据进行记录、分析和处理。

具体的，所述参比电极和辅助电极共用一个与参比/辅助电极配套的子母式水密连接器，参比电极和辅助电极二者的位置采用尼龙扎带固定。

具体的，所述试验舱体外侧设置绝缘保温槽。

具体的，所述工作电极至少为两组，每组工作电极与参比电极和辅助电极之间的相对距离相同。

具体的，所述外接加压系统采用蠕动液压泵。

具体的，所述试验舱盖与试验舱体间通过密封圈密封，并采用紧固螺栓锁紧。

具体的，所述与电极组件配套的子母式水密连接器固接有电极组件的A端为母头端，固定在试验舱盖上的B端为子头端。

具体的，所述与电极组件配套的子母式水密连接器固定在试验舱盖上的B端与试验舱盖的连接结构符合标准SEACON水密接头安装方式，并按照接线顺序对应插接固接有电极组件的A端。

2、本发明另提供一种深海环境局部腐蚀测试方法，包括如下步骤：

S1、制作电极阵列：将微电极试样采用与工作电极配套的子母式水密连接器A端作为电极阵列接线，按照线缆编号依序对应连接，根据试验要求布设电极阵列，并进行封装固化；

S2、将参比电极固接在与参比电极配套的子母式水密连接器A端，将辅助电极固接在与辅助电极配套的子母式水密连接器A端；

S3、将工作电极线缆、参比电极线缆及辅助电极线缆对应装在与电极组件配套的子母式水密连接器的B端，保证密封；

S4、将子母式水密连接器A端与B端插接，向试验舱体内装入腐蚀液至近舱沿处，并盖上试验舱盖予以密封固定；

S5、以实验溶液为加压液，采用外接加压系统向试验舱体中加压，达到设定压力后停止加压；

S6、进行腐蚀测试：将电极阵列测试装置与电极组件配套的子母式水密连接器的线缆引线相连，采集电极电位及电流分布信息；将电化学工作站与参比电极、辅助电极及单支微电极试样配套的子母式水密连接器的线缆引线相连，采集参比电极、辅助电极、单支微电极试样的电化学信号；

测试时，采用向绝缘保温槽中注入将冷水浴或将腐蚀液降温后加入试验舱体的方式，控制腐蚀液低温测试环境并保温；

具体的，所述腐蚀液为天然海水或模拟海水。

在实际使用中，通过压力传感器与压力表进行压力设定，当实验舱内压力达到预设值时，可根据需求断开外接加压系统，测试装置可进行独立保压。

本发明的一种深海模拟环境局部腐蚀测试装置及其测试方法，与现有技术相比，所产生的有益效果是：

采用阵列电极技术，实现对材料局部腐蚀电化学测量的要求，采用子母式水密连接器实现了模拟深海高压环境下阵列电极测试要求，实验舱结构简单，安装方便，通用性强，满足测试环境密封性要求，具有独立保压性，可用于深海模拟环境局部腐蚀行为和机理的研究。

附图说明

附图1为本发明试验舱盖的结构示意图；

附图2为本发明试验舱体与试验舱盖的安装及内部结构示意图。

图中，1、参比/辅助电极子母式水密连接器孔，2、起吊螺丝孔，3、压力传感器孔，4、工作电极子母式水密连接器孔，5、加卸压口，6、与参比/辅助电极配套的子母式水密连接器B端，7、压力表，8、压力传感器，9、与工作电极配套的子母式水密连接器B端，10、加卸压管，11、绝缘保温槽，12、试验舱体，13、试验舱盖。

具体实施方式

下面结合附图1-2与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

实施例：

如附图2所示，本发明的一种深海模拟环境局部腐蚀测试装置，其主体结构包括试验舱体12、试验舱盖13、电极组件、外接加压系统、外接电化学测试装置和计算机。

如附图1、2所示，试验舱体12具有一开口部，试验舱盖13固定在所述开口部并与所述试验舱体12构成密闭外壳，并实现密封保压。电极组件密封安装在所述试验舱盖13上，试验舱盖13上开设加卸压口5、压力传感器孔3，试验舱盖13边缘设置四个起吊螺丝孔2。在加卸压口5处设加卸压管10，压力传感器孔3处设压力传感器8及压力表7，用以测试密封壳体内部的压力值，起吊螺丝孔2处设起吊螺丝。

在上述技术方案中，加卸压管10中加压管段伸入试验舱体12底部，卸压管段位于试验舱体12中腐蚀液液体表面以上。

电极组件基于三电极体系，其包括工作电极、参比电极和辅助电极，电极组件经子母式水密连接器固定于试验舱盖13上，该子母式水密连接器的子母头端分离式插接，并将子母头端的其中一端记为A端，另一端记为B端，A端与B端接口的数量相同。子母式水密连接器A端连接电极组件，并伸入试验舱体12内，B端在试验舱盖13上固定并将线缆引线伸出至试验舱盖13外。为简便起见，图2中与电极组件配套的子母式水密连接器仅画出了A端。

工作电极为多支微电极试样组成的电极阵列，微电极试样采用与工作电极配套的子母式水密连接器A端作为电极阵列接线，按照线缆编号依序对应焊接，根据试验要求布设电极阵列，并进行封装固化；参比电极焊接在与参比电极配套的子母式水密连接器A端，辅助电极焊接在与辅助电极配套的子母式水密连接器A端；

外接加压系统采用液压加压方式，外接加压系统优选蠕动液压泵，通过加卸压口5为试验舱体12加压。

外接电化学测试装置包括电极阵列测试装置和电化学工作站，电极阵列测试装置与电极组件配套的子母式水密连接器B端的线缆引线相连，用于采集电极电位及电流分布信息；电化学工作站与参比电极、辅助电极及单支微电极试样配套的子母式水密连接器B端的线缆引线相连，用于采集参比电极、辅助电极、单支微电极试样的电化学信号。

计算机与外接电化学测试装置相连，用于对外接电化学测试装置采集的数据进行记录、分析和处理。

在上述结构的基础上，为了拆装方便，参比电极和辅助电极共用一个与参比/辅助电极配套的子母式水密连接器，参比电极和辅助电极二者的位置采用尼龙扎带固定。三电极体系通过试验舱盖13上开设的参比/辅助电极子母式水密连接器孔1、工作电极子母式水密连接器孔4安装在所述试验舱盖13上。

在上述结构的基础上，作为腐蚀液温度控制的一种方式，试验舱体12外侧设置绝缘保温槽11。绝缘保温槽11材质优选PVC，其上沿位于试验舱体12的1/2处，直径比试验舱体12长20 mm。

在上述结构的基础上，为保证测试结果的准确性，工作电极至少为两组，每组工作电极与参比电极和辅助电极之间的相对距离相同。本实施例中，工作电极为两组，参比电极和辅助电极布置时，沿试验舱盖13直径方向依次设置，两组工作电极布置时，垂直试验舱盖13径向方向两侧对称设置。

在上述结构的基础上，试验舱盖13与试验舱体12间通过橡胶O形圈螺旋密封，并采用紧固螺栓锁紧。

在上述结构的基础上，与电极组件配套的子母式水密连接器固接有电极组件的A端为母头端，固定在试验舱盖13上的B端为子头端。

在上述结构的基础上，与电极组件配套的子母式水密连接器固定在试验舱盖13上的B端与试验舱盖13的连接结构符合标准SEACON水密接头安装方式，并按照接线顺序对应插接焊接有电极组件的A端。

优选与工作电极配套的子母式水密连接器B端9为子头端，采用10-16芯SEACON线-线对接式带针插座，带针插座伸入试验舱体12内，线缆引线端伸出试验舱盖13外，与工作电极配套的子母式水密连接器A端（未图示）为母头端，按照接线顺序，在此A端10-16孔处对应焊接微电极试样。进一步优选与参比/辅助电极配套的子母式水密连接器B端6为子头端，采用2芯SEACON线-线对接式带针插座，与参比/辅助电极配套的子母式水密连接器A端（未图示）为母头端，按照接线顺序，在此A端2孔处对应焊接微电极试样。

在上述结构的基础上，试验舱体12设计为圆筒形容器，额定容积为5L，额定压力为30MPa。

在上述结构的基础上，参比电极为最高压力为30MPa的深海Ag/AgCl电极。辅助电极为铂片电极，单侧裸露面积为10mm*10mm。

在上述结构的基础上，试验舱体12及配件材料选择为316不锈钢。

2、本发明另提供一种深海环境局部腐蚀测试方法，包括如下步骤：

S1、制作电极阵列：将微电极试样采用与工作电极配套的子母式水密连接器A端作为电极阵列接线，按照线缆编号依序对应连接，根据试验要求布设电极阵列，采用环氧树脂封装固化；

S2、将参比电极焊接在与参比电极配套的子母式水密连接器A端，将辅助电极焊接在与辅助电极配套的子母式水密连接器A端；优选，参比电极和辅助电极共用一个与参比/辅助电极配套的子母式水密连接器B端6，参比电极和辅助电极二者的位置采用尼龙扎带分别固定，避免接触导通；

S3、将工作电极线缆、参比电极线缆及辅助电极线缆对应装在与电极组件配套的子母式水密连接器的B端，保证密封；

S4、将子母式水密连接器A端与B端插接，向试验舱体12内装入腐蚀液至近舱沿处，并盖上试验舱盖13予以密封固定；

S5、以实验溶液为加压液，采用外接加压系统向试验舱体12中加压，达到设定压力后停止加压；

S6、进行腐蚀测试：将电极阵列测试装置与电极组件配套的子母式水密连接器的线缆引线相连，采集电极电位及电流分布信息；将电化学工作站与参比电极、辅助电极及单支微电极试样配套的子母式水密连接器的线缆引线相连，采集参比电极、辅助电极、单支微电极试样的电化学信号；

测试时，采用向绝缘保温槽11中注入将冷水浴或将腐蚀液降温后加入试验舱体12的方式，控制腐蚀液低温测试环境并保温；

具体的，所述腐蚀液为天然海水或模拟海水。

在实际使用中，通过压力传感器8与压力表7进行压力设定，当实验舱内压力达到预设值时，可根据需求断开加压装置，测试装置可进行独立保压。

以上对本发明的一种深海模拟环境局部腐蚀测试装置进行了详细说明，其结构简单，配件均方便易得，通用性强，按说明书附图所示即可加工制作。