多因素协同作用动态腐蚀测试装置的制作方法

本发明涉及腐蚀电化学领域，更具体的是涉及多因素协同作用动态腐蚀测试装置。

背景技术：

覆盖完整且致密的腐蚀产物膜具有减缓腐蚀，保护基体金属的作用，但是在实际使用过程中基体金属表面的腐蚀产物膜常常会受到磨损的作用，很容易减薄甚至破裂，使基体金属腐蚀速度增大，例如货车车厢，桥板、船板、管道内壁等。由于真实的腐蚀环境的复杂性，使得实地实时测试困难重重，因此，设计和制造能够接近材料真实服役环境的动态腐蚀实验装置显得尤为重要。目前，动态腐蚀实验装置的设计主要关注在温度和流速两个因素。温度由高温反应釜或者其他加热保温装置控制，将试片以不同的方式转动来模拟水流速度。这类设计的缺点是试片处在高速运动的状态，无法实现电化学数据的实时测试。同时，腐蚀液也会随着样品一起转动，流速无法精确测量。为了解决这一测试难题，现有技术通过在流水槽内固定试片，获得在腐蚀液流动的状态下的电化学数据的实时测试结果。这种结构只能获得流速对样品耐腐蚀性能的影响，影响因素过于单一，无法满足多因素协同作用下的动态腐蚀测试；此外，直接采用电动驱动装置对电化学测试的结果有较大影响，电动驱动装置自身携带的电信号会对三电极系统造成一定程度的干扰，影响实验数据的准确性。

技术实现要素：

本发明的目的在于：为了解决目前动态腐蚀实验设备中影响因素过于单一以及采用电动驱动装置造成实验结果不准确性的问题，本发明提供多因素协同作用动态腐蚀测试装置，以实现温度、冲蚀速度、冲蚀角度及振动频率因素同时作用条件下的动态腐蚀实验，获得电化学数据的实时测试结果。

本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：

多因素协同作用动态腐蚀测试装置，包括用于盛放腐蚀液和具有控温作用的腐蚀液槽、用于驱动腐蚀液流动的驱动系统、三电极系统、用于采集电化学信号的电化学工作站以及振动电机，所述腐蚀液槽、驱动系统以及三电极系统通过输液管依次首尾相连并形成回路，所述三电极系统中工作电极与振动电机的机械振动臂通过硬导线连接，所述三电极系统与电化学工作站连接。

在本发明较佳的实施例中，驱动系统包括空气压缩机、隔膜泵，所述空气压缩机与隔膜泵之间通过输气管连通，所述隔膜泵的进液口与腐蚀液槽内部通过输液管连通，所述隔膜泵的出液口与三电极系统通过输液管连通。

在本发明较佳的实施例中，隔膜泵与三电极系统之间的管道上设置有用于控制液体流速的控制阀门。

在本发明较佳的实施例中，控制阀门为V型球阀。

在本发明较佳的实施例中，三电极系统包括三通管、工作电极、带盐桥的参比电极以及辅助电极，所述三通管呈倒T型且其两端的通口分别与输液管通过卡箍连接，所述三通管顶部的通口可插入工作电极、带盐桥的参比电极以及辅助电极，所述工作电极、带盐桥的参比电极以及辅助电极均与电化学工作站连接。

在本发明较佳的实施例中，三通管上端的通口处设有端盖，所述端盖上开设有分别用于安装带盐桥的参比电极、辅助电极以及工作电极的三个安装孔，所述工作电极与硬导线连接，所述硬导线上设有角度刻度盘，端盖上还设有与角度刻度盘配合的冲蚀角指针。

在本发明较佳的实施例中，带盐桥的参比电极与辅助电极上均套设有与安装孔配合的橡胶塞。

在本发明较佳的实施例中，输液管三通管以及V型球阀的内衬的材质均选用耐腐蚀材质。

在本发明较佳的实施例中，多因素协同作用动态腐蚀测试装置还包括振动电机，所述工作电极通过硬导线穿过安装孔，不与端盖接触，直接与振动电机的机械振动臂连接。。

在本发明较佳的实施例中，腐蚀液槽包括槽体和控温装置，所述控温装置包括电热管和热电偶，且所述电热器、热电偶均位于槽体内部。

在本发明较佳的实施例中，所述槽体的内壁、电热器的外壁均镀有耐腐蚀材质，所述热电偶为带耐腐蚀保护套的热电偶。

本发明的有益效果如下：本发明提供的多因素协同作用动态腐蚀测试装置通过驱动系统将腐蚀液槽中的腐蚀液通过输液管在各个系统之间往复运动，驱动系统可控制腐蚀液的流动速度，此外驱动系统自身未携带电信号，不会对三电极系统的测试造成干扰，从而保证测试数据的准确性；此外，通过腐蚀液槽对腐蚀液进行控温，通过振动装置来改变三电极系统中工作电极的振动频率，本发明将各动态因素,包括温度、水流速度、冲蚀角度、振动频率，整合在同一空间内进行，既可以进行单一因素动态腐蚀实验，也可以同时进行多因素作用的腐蚀实验，具有较强的实用性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明提供的多因素协同作用动态腐蚀测试装置的结构示意图；

图2是本发明提供三电极系统的结构示意图；

图3是本发明提供的三电极系统的俯视图；

附图标记：1-空气压缩机；2-隔膜泵；3-V型球阀；4-三电极系统；5-振动电机；6-输液管；7-腐蚀液槽；41-三通管；42-端盖；44-橡胶塞；45-角度刻度盘；46-冲蚀角指针；431-硬导线；432-带盐桥的参比电极；433-辅助电极；51-机械振动臂。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

请参照图1、图2和图3，本实施例提供多因素协同作用动态腐蚀测试装置，包括用于盛放腐蚀液和具有控温作用的腐蚀液槽7、用于驱动腐蚀液流动的驱动系统、三电极系统4、用于采集电化学信号的电化学工作站以及振动电机5，腐蚀液槽7、驱动系统以及三电极系统4通过输液管6依次首尾相连并形成闭合回路，使得腐蚀液能够在整个装置中循环流动，保证腐蚀液化学性质稳定。三电极系统4中工作电极与振动电机5的机械振动臂通过硬导线431连接，振动电机5给与三电极系统4中的工作电极一定的振动频率，以此来模拟测试的场景。三电极系统4与电化学工作站连接，用于收集相应的实验数据。

具体地，腐蚀液槽7包括槽体和控温装置，控温装置包括电热管和热电偶，且电热器、热电偶均位于槽体内部。电热器可选用电热丝和电热管，热电偶可直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号，通过电气仪表转换成被测介质的温度。控温装置可以设定30-95℃范围内的任意温度，通过电热器对腐蚀液进行加热，达到指定温度，并能够对腐蚀液进行保温，温度波动范围为±2℃。

进一步地，槽体的内壁、电热器的外壁以及热电偶的外壁均镀有耐腐蚀材质。在腐蚀液槽7的不锈钢的内壁上设有耐腐蚀材质，此处耐腐蚀材质为聚四氟乙烯涂料，即提高了腐蚀液槽7的耐腐蚀性能，又不阻碍腐蚀液的加热性能。另外控温的热电偶亦进行耐腐蚀处理，其为带耐腐蚀保护套的热电偶。

需要说明的是，腐蚀液的种类是根据实验需求来确定，一般可分为酸溶液、碱溶液以及无机盐溶液，腐蚀液的pH一般在3-10之间。

具体地，驱动系统包括空气压缩机1、隔膜泵2，空气压缩机1与隔膜泵2之间通过输气管连通，隔膜泵2的进液口与腐蚀液槽7内部通过输液管6连通，隔膜泵2的出液口与三电极系统4通过输液管6连通。当空气压缩机1输出的气体进入隔膜泵2中，隔膜快速振动，利用虹吸原理，将腐蚀液从隔膜泵2的进液口吸入，从隔膜泵2的出液口输送至后续的输液管6。驱动系统采用空气压缩机1作用于隔膜泵2，此处可通过改变空气压缩机1的功率控制腐蚀液在输液管6中的流动速度；此外通过气压的方式进行输液可防止外部的电信号对三电极系统4的测试造成干扰，从而保证测试数据的准确性。

进一步地，隔膜泵2与三电极系统4之间的管道上设置有控制阀门。具体地，此处的控制阀门可为球阀、角阀、针阀、蝶阀或膜片阀，以上阀门都可以精密的调节流量。上述驱动系统采用采用空气压缩机1作用于隔膜泵2的方式输送腐蚀液，由于气压具有不稳定性，因此通过设置控制阀门控制液体流动速度和保持流速稳定，减少测试实验过程中外界因素的影响。优选地，控制阀门为V型球阀3。V型球阀3不受安装方向的限制,介质的流向可任意,便于安装，此外V型球阀3在工作过程中无振动，能有效减少外界因素干扰测试实验的准确性。

进一步地，三电极系统4包括三通管41、工作电极、带盐桥的参比电极432以及辅助电极433，三通管41呈倒T型且其两端的通口分别与输液管6通过卡箍连接，三通管41顶部的通口可插入工作电极、带盐桥的参比电极432以及辅助电极433，工作电极、带盐桥的参比电极432以及辅助电极433均与电化学工作站通过导线连接。工作电极、带盐桥的参比电极432以及辅助电之间形成两个回路。其中，工作电极和带盐桥的参比电极432组成测量回路，实现控制或测量极化电位的变化；工作电极和辅助电极433组成极化回路，实现极化电流的变化与测量。另外，三通管41为半透明管体，以便于工作电极放置到合适的位置。

需要说明的是，此处的带盐桥的参比电极432和辅助电极433所采用的材质需要根据工作电极的材质以及腐蚀液中的离子来确定。

进一步地，三通管41上端的通口处设有端盖42，端盖42上开设有分别用于安装带盐桥的参比电极432、辅助电极433以及工作电极的三个安装孔，工作电极与硬导线431连接，硬导线431上设有角度刻度盘45，端盖42上还设有与角都度盘配合的冲蚀角指针46。此外，带盐桥的参比电极432和辅助电极433上设有与安装孔配合的橡胶塞44。硬导线431不与安装孔接触，直接穿过端盖42，与机械振动臂连接。具体地，带盐桥的参比电极432和辅助电极433通过橡胶塞44与三通管41上端盖42紧密连接，工作电极上方连接的硬导线431穿过端盖42的安装孔与机械振动臂的夹子保持刚性连接。角度刻度盘45与硬导线431固定连接，以此实现硬导线431、角度刻度盘45以及工作电极为以整体，硬导线431穿过安装孔并不与端盖42连接，从而实现工作电极的振动。

当需要调整冲蚀角度时，先松开机械振动臂的夹子，转动角度刻度盘45，使得冲蚀角指针46指向规定角度，工作电极的测试面与腐蚀液流动方向的夹角也会随之转动到规定角度，重新夹紧机械振动臂的夹子，即完成了冲蚀角的调节。

进一步地，输液管6、三通管41以及V型球阀3的内衬的材质均选用耐腐蚀材质。此处的耐腐蚀材料可选自聚四氟乙烯或碳纤维，防止腐蚀液对相关组件造成腐蚀，以提高装置的使用寿命。

多因素协同作用动态腐蚀测试装置的操作步骤：

(1)配置好一定浓度的腐蚀液装入到腐蚀液槽7中，设定目标温度，并开始加热；

(2)待腐蚀液温度达到稳定后，开启空气压缩机1，腐蚀液进行循环流动，通过V型球阀3可调节流速至目标流速；

(3)在三通管41的上方放入工作电极，保证工作电极处于管道的中心位置，调整角度刻度盘45，开启振动电机5，并计时；

(4)工作电极处理一定时间后插入带盐桥的参比电极432和辅助电极433，并将三个电极连接到电化学工作站，开始采集电化学信号；

(5)通过对电化学结果的分析，评价材料的腐蚀情况。

以下是模拟轮船在热带海域航行24小时之后，测量发动机附近材料的腐蚀情况的相关实验：

通过分析，可以确定实验条件：材料为316L不锈钢(工作电极)，在3.5％氯化钠溶液(腐蚀液)中，温度为40℃，冲蚀角度90°(流速方向与工作电极表面垂直)，流速为8m/s(一般行船速度在6-12m/s之间)，冲蚀时间24h，振动频率与发动机转速相同。

实验步骤：首先，配置好3.5％氯化钠溶液装入到腐蚀液槽7中，设定温度为40℃，开启加热装置。待腐蚀液温度达到稳定后，开启空气压缩机1，腐蚀液进行循环流动，通过球阀调节流速至8m/s。然后，放入工作电极，保证工作电极处于管道的中心位置，调整角度刻度盘45，使其冲蚀角度为90°，开启振动电机5，并计时。24小时后，插入带盐桥的参比电极432和辅助电极433。将三个电极连接到电化学工作站，开始采集电化学信号。通过对电化学结果的分析，评价材料的腐蚀情况。

综上所述，本发明提供的多因素协同作用动态腐蚀测试装置能将各动态因素,包括温度、水流速度、冲蚀角度、振动频率，整合在同一空间内进行，既可以进行单一因素动态腐蚀实验，也可同时进行多因素作用的腐蚀实验，能够更加真实的模拟材料服役环境；驱动系统采用空气压缩机带动隔膜泵为腐蚀液提供驱动力，在提供较高的腐蚀液流速同时，又能将水流速度进行精确量化；此外采用空气压缩机带动隔膜泵为腐蚀液提供驱动力避免了直接采用电动驱动装置所携带的电信号对三电极系统造成的干扰，保证电化学测试的准确性。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。