一种批量制作局部锈蚀金属试件的试验方法及试验系统的制作方法
一种批量制作局部锈蚀金属试件的试验方法及试验系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种批量制作局部锈蚀金属试件的试验方法及试验系统。本发明提供了一种批量制作局部锈蚀金属试件的试验方法，包括以下步骤：S1、清理金属试件的表面，确定指定目标锈坑的位置、形状与尺寸；S2、金属试件的指定目标锈坑的区域为预锈区域，其余为非预锈区域，将阳极导线的铜丝与金属试件的非预锈区域相接触电连接，用绝缘胶带紧密缠绕非预锈区域及阳极导线的铜丝，使金属试件的预锈区域暴露在外。本发明还提供了一种批量制作局部锈蚀金属试件的试验系统。本发明的有益效果是：可以快速制作出锈坑尺寸精确、锈蚀位置可控、锈蚀形状可控、理论锈蚀时间与实际锈蚀时间差异小、锈蚀后试件的锈蚀率较为精确的局部锈蚀金属试件。
【专利说明】一种批量制作局部锈蚀金属试件的试验方法及试验系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及制作锈蚀金属试件的试验方法，尤其涉及一种批量制作局部锈蚀金属试件的试验方法及试验系统。
【背景技术】
[0002]土木工程中包含大量金属试件，如钢筋、栓钉、钢梁等，实际工程都处于自然环境中，面临各种恶劣天气以及有害介质，金属试件都会发生锈蚀。锈蚀后的金属材料力学性能会有不同程度的下降，对结构物的使用性能甚至安全性能造成危害。
[0003]于是土木工程试验研究中的一个方向，就是对金属试件的锈蚀展开研究，一般在实验室条件下对金属试件进行模拟的人工环境锈蚀，之后对锈蚀金属试件进行力学试验，已获得其力学性能。
[0004]在土木工程金属锈蚀试验研究中，很关键的一个环节，就是模拟自然条件下的金属试件锈蚀。由于实际环境中的金属试件需要几年或者几十年达到较大的锈蚀程度，实验室中难以实现。一般需要采取其他的措施，对金属试件进行加速锈蚀。
[0005]为了研究金属锈蚀后材料微观结构的差异和力学性能的下降，实验室经常采用人工加速方法制作锈蚀金属试件，一般为通电加速锈蚀的试验方法。采用通电加速锈蚀方法，可以用比自然界高若干倍的速率得到锈蚀试件，试验中锈蚀速率可以控制，加速锈蚀的过程可以被观察并且相关数据可以被记录，使得对金属锈蚀后的研究更加方便快捷。目前通电加速锈蚀技术已经广泛用于各大高校及研究机构关于材料技术工程、土木工程耐久性等针对金属锈蚀的研究，主要有钢筋锈蚀后力学性能的研究、钢筋锈蚀后的微观研究、钢筋锈蚀后与混凝土的粘接滑移研究、钢筋锈蚀后构件与结构总体力学性能的研究的方向。
[0006]金属在自然界的锈蚀比较缓慢，在实验室中一般采用通电加速锈蚀的方法实现锈蚀，以期在较短时间内获得所需金属锈蚀率的试件。通电加速锈蚀试验遵循着Faraday (法拉第)定理，通常用其推算出金属试件的通电时间与其理论锈蚀率的关系。
[0007]Faraday定律可以指导通电锈蚀试验，由于通电时间与理论锈蚀率成正比，改变试件表面的电流密度以控制金属的锈蚀速率，则可得到目标锈蚀率。
[0008]目前在试验室进行局部锈蚀试验研究多为钢筋混凝土试件中钢筋发生坑蚀，主要的试验方法有以下两种:
(I)半湿法加速锈蚀。这种方法主要用在于浇筑好的钢筋混凝土试件，研究钢筋坑蚀后对构件承载能力的影响。试验方法一般先设定钢筋坑蚀的区域，如钢筋端部或者中部区域。试验前用能蓄水的布材包裹于锈蚀区域的混凝土表面，再用铜板或者不锈钢板粘附于布材上，润湿充分时间后接通电源，此时钢筋混凝土构件内指定区域的钢筋部分为阳极，布材上的金属板材为阴极。定期在锈蚀区域浇水，保证反应所需的水分盐分和氧气。根据Faraday定律确定电流值大小和通电时间，以达到钢筋目标锈蚀量。
[0009](2)PVC套管法。这种方法主要用于单根钢筋的坑蚀试验，研究具体形状和尺寸的锈坑对钢筋力学性能的影响。试验首先要根据实际情况确定锈坑的形状，钢筋表面宏观可见的锈坑形状大致可分为四种，分别是:凹槽形，长椭球形，深椭球形和圆形。然后确定坑蚀产生的区域，一般为钢筋端部或者中部区域。选取PVC套管，其直径与试验对应的钢筋直径相当，在具体指定区域切割出预定锈坑形状。将钢筋插入PVC套管中，用硅胶封闭好，仅露出锈坑位置。将加工好的试件与阴极一同放入氯化钠溶液中，通过Faraday定律确定电流值大小和通电时间，达到钢筋目标锈蚀量。
[0010]当试验预定锈蚀试件有其特殊要求时，以上试验方法就无法采用。
[0011]当锈蚀试验样本在单一局部锈坑的位置及尺寸要求较为精确时，例如在栓钉上实现可控制的局部锈蚀，也就是锈坑形状、尺寸、生成的位置是可以具体确定的，半湿法加速锈蚀是使一个区域内的钢筋发生锈蚀，锈坑数量、形状、尺寸都是无法预测的，不符合较为精确的试验要求。
[0012]PVC套管法可以很好地控制锈坑参数，当锈蚀样本几何尺寸上不均匀，例如普通栓钉都是带钉帽的，用PVC套管套住几何不规则的栓钉有诸多不方便的地方，并且PVC套管法需要用硅胶封住其他区域，试验后需要称重衡量栓钉质量折减，硅胶很难去除干净，这就为试验增加不便。且制作PVC管工序及后期开槽工序较为麻烦，采用此方法对批量制作局部坑蚀试件而言时间把握及成本控制均不理想。
[0013]另外用传统Faraday定律计算锈蚀量，在研究局部坑蚀的试验指导中有其弊端。Faraday定律多用于金属材料的均匀锈蚀试验，在局部锈蚀应用上有欠缺之处，主要是因为随着通电试验的进行，坑蚀预锈区的面积一直处于变化的状态，以栓钉局部坑蚀的研究为例，首先其表面为一外凸的圆弧面，随着电化学反应此圆弧被溶解，预锈区表面逐渐平滑，最后随着锈蚀深度加大，预锈区表面呈一内凹的圆弧面。这就意味着即使通电电流强度保持恒定，局部锈蚀区表面的电流密度也一直处于变化中，难以应用Faraday定律控制锈蚀速率。
[0014]并且，传统试验方法为了隔离锈蚀区外的区域与溶液接触，一般用环氧树脂或石蜡等环涂于钢筋表面，这些材质在硬化后非常难去除，需要通过高温烘烤或者特殊化学药剂溶解。
【发明内容】
[0015]为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种批量制作局部锈蚀金属试件的试验方法及试验系统。
[0016]本发明提供了一种批量制作局部锈蚀金属试件的试验方法，包括以下步骤:
51、清理金属试件的表面，确定指定目标锈坑的位置、形状与尺寸；
52、金属试件的指定目标锈坑的区域为预锈区域，其余为非预锈区域，将阳极导线的铜丝与金属试件的非预锈区域相接触电连接，用绝缘胶带紧密缠绕金属试件的非预锈区域及阳极导线的铜丝，使金属试件的预锈区域暴露在外；
53、将金属试件水平放置于容器内，使金属试件的预锈区域架空，往容器内注入氯化钠溶液，使金属试件水平浸泡在氯化钠溶液内；
54、通过阳极导线接通恒压直流电源的阳极，将恒压直流电源的阴极接通铜棒，并将铜棒竖直浸泡在氯化钠溶液内，保持铜棒与金属试件的预锈区域不相接触；
55、打开恒压直流电源的开关，将电压调至最大值，然后再自零开始将电流调到预定电流值；
56、保持氯化钠溶液的液面高度不变；
57、通电锈蚀预定时间后，关闭恒压直流电源的开关，取出金属试件，冲洗金属试件，将绝缘胶带撕去，擦除金属试件表面的水分。
[0017]作为本发明的进一步改进，步骤S3中注入的氯化钠溶液的浓度为3%。
[0018]作为本发明的进一步改进，步骤S3中，在容器内放置绝缘垫块，将金属试件的非预锈区域架设在绝缘垫块上，使金属试件的预锈区域架空并且朝上。
[0019]作为本发明的进一步改进，步骤S4中，恒压直流电源的阴极通过阴极导线接通铜棒的顶端，将铜棒竖直浸泡在氯化钠溶液内，并保持阴极导线与铜棒顶端的连接处位于氯化钠溶液的液面之上，使阴极导线不浸泡在氯化钠溶液内。
[0020]作为本发明的进一步改进，步骤S6中，往容器内注入相同浓度的氯化钠溶液，以保持氯化钠溶液的液面高度不变。
[0021]作为本发明的进一步改进，步骤S7中，擦除金属试件表面的水分后，用风干机吹干或者烘干，保存于密封袋中。
[0022]作为本发明的进一步改进，步骤S2中，将阳极导线的铜丝缠绕在金属试件的非预锈区域上，使阳极导线与金属试件的非预锈区域相接触电连接。
[0023]作为本发明的进一步改进，将多组金属试件依次进行步骤SI至S7，但每组金属试件通电锈蚀预定时间线性递增，用称重法测量进行了步骤S7之后的金属试件的锈蚀率，得到不同时间间隔下金属试件的锈蚀率，得出在相同试验处理下以及相同试验环境中的“时间-锈蚀率”曲线。
[0024]本发明还提供了一种批量制作局部锈蚀金属试件的试验系统，包括绝缘胶带、绝缘垫块、恒压直流电源、金属试件、容器和铜棒，其中，所述金属试件的指定目标锈坑的区域为预锈区域，其余为非预锈区域，所述恒压直流电源的阳极通过阳极导线与所述金属试件的非预锈区域电连接，所述恒压直流电源的阴极通过阴极导线与所述铜棒电连接，所述绝缘胶带缠绕包裹所述金属试件的非预锈区域，所述金属试件的预锈区域暴露在外，所述容器内盛有氯化钠溶液，所述金属试件水平浸泡在所述氯化钠溶液内，所述铜棒竖直浸泡在所述氯化钠溶液内，所述金属试件的预锈区域与所述铜棒不接触，所述绝缘垫块设置在所述容器底部，所述金属试件的非预锈区域架设在所述绝缘垫块上。
[0025]作为本发明的进一步改进，所述阴极导线与所述铜棒的连接处位于所述氯化钠溶液的液面之上，所述氯化钠溶液的浓度为3%。
[0026]本发明的有益效果是:通过上述方案，可以快速制作出锈坑尺寸精确、锈蚀位置可控、锈蚀形状可控、理论锈蚀时间与实际锈蚀时间差异小、锈蚀后试件的锈蚀率较为精确的局部锈蚀金属试件，采用绝缘胶带即可避免不反应区域金属与溶液的接触，采用绝缘胶带的试验效率极高，减少了大量预实验处理工序，相当大程度节省了试验预处理时间。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1是本发明一种批量制作局部锈蚀金属试件的试验系统的结构示意图；
图2是钢-混组合构件被腐蚀介质侵蚀的路径示意图。【具体实施方式】
[0028]下面结合【专利附图】
【附图说明】及【具体实施方式】对本发明进一步说明。
[0029]图1至图2中的附图标号为:恒压直流电源I ;阳极导线2 ;阴极导线3 ;铜棒4 ;绝缘垫块5 ;预锈区域6 ;绝缘胶带7 ;容器8 ;氯化钠溶液9 ;路径一 101 ;路径二 102。
[0030]如图1所示，一种批量制作局部锈蚀金属试件的试验方法，包括以下步骤:
51、清理金属试件的表面，用丙酮擦除金属试件表面的灰尘和油污，露出金属试件的金属表面，确定指定目标锈坑的位置、形状与尺寸，用油性笔在金属试件的相应位置勾画出锈坑形状；
52、金属试件的指定目标锈坑的区域为预锈区域6，其余为非预锈区域，称重后用游标卡尺测量金属试件的预锈区域的截面直径，标注编号，将阳极导线2的铜丝缠绕在金属试件的非预锈区域上，使阳极导线2的铜丝与金属试件的非预锈区域相接触电连接，用绝缘胶带7紧密缠绕金属试件的非预锈区域及阳极导线2的铜丝，使金属试件的预锈区域6暴露在外；
53、在容器8内放置绝缘垫块5，将金属试件水平放置于容器8内，将金属试件的非预锈区域架设在绝缘垫块5上，使金属试件的预锈区域6架空并且朝上，不挤压到锈蚀产物，往容器8内注入浓度为3%的氯化钠溶液9，使金属试件水平浸泡在氯化钠溶液9内；
54、通过阳极导线2接通恒压直流电源I的阳极，恒压直流电源I的阴极通过阴极导线3接通铜棒4的顶端，将铜棒4竖直浸泡在氯化钠溶液9内，并保持阴极导线3与铜棒4顶端的连接处位于氯化钠溶液9的液面之上，使阴极导线3不浸泡在氯化钠溶液9内，可避免阴极导线3的铜线因锈蚀而断开，保持铜棒4与金属试件的预锈区域6不相接触，可避免铜棒4与金属试件的预锈区域6因接触而短路；
55、打开恒压直流电源I的开关，将电压调至最大值，然后再自零开始将电流调到预定电流值；
56、注入浓度为3%的氯化钠溶液9以保持氯化钠溶液9的液面高度不变，通电后观察阴极表面可发现有气泡产生，氯化钠溶液9颜色逐渐变深，由于锈蚀产物的生成，堆积于局部腐蚀区外围阻碍反应进行，等同于反应的电阻增大，随后可发现电压示数变大，试验中消耗更多的水分。为了让氯化钠溶液9浓度保持一致，随时往容器8内注入浓度为3%的氯化钠溶液9使之液面恢复到原来水平；
57、通电锈蚀预定时间后，关闭恒压直流电源I的开关，取出金属试件，冲洗金属试件，将绝缘胶带7撕去，擦除金属试件表面的水分，用风干机吹干或者烘干，保存于密封袋中。
[0031]此处是试验中有别于其他传统试验的地方。传统试验是用Faraday定律计算通电时间，本试验用以下方法处理。传统试验方法无法准确极端局部坑蚀试验的通电时间，原因:“另外用传统Faraday定律计算锈蚀量，在研究局部坑蚀的试验指导中有其弊端。Faraday定律多用于金属材料的均匀锈蚀试验，在局部锈蚀应用上有欠缺之处，主要是因为随着通电试验的进行，坑蚀预锈区的面积一直处于变化的状态，以栓钉局部坑蚀的研究为例，首先其表面为一外凸的圆弧面，随着电化学反应此圆弧被溶解，预锈区表面逐渐平滑，最后随着锈蚀深度加大，预锈区表面呈一内凹的圆弧面。这就意味着即使通电电流强度保持恒定，局部锈蚀区表面的电流密度也一直处于变化中，难以应用Faraday定律控制锈蚀速率。”于是本试验用以下新方法控制通电时间。[0032]将多组金属试件依次进行步骤SI至S7，但每组金属试件通电锈蚀预定时间按y=kx线性递增，例如第一组的通电锈蚀预定时间为24小时，则第二组的通电锈蚀预定时间为48小时，第三组的通电锈蚀预定时间为72小时，以此类推，本发明优选同时放入多组金属试件并位于同一高度，每间隔相同时间取出一组金属试件，用称重法测量进行了步骤S7之后的金属试件的锈蚀率，得到不同时间间隔下金属试件的锈蚀率，得出在相同试验处理下以及相同试验环境中的“时间-锈蚀率”曲线，在相同试验处理下以及相同试验环境中的“时间-锈蚀率”曲线。定出目标锈蚀率后，按照以上曲线推算相应需要的锈蚀时间，同样精确到分钟。在往后取出金属拉伸试件时，都记录下金属拉伸试件的锈蚀时间和锈蚀率的数据,添加到总样本中再次归纳新的“时间-锈蚀率”曲线，以此循环。
[0033]如图1所示，一种批量制作局部锈蚀金属试件的试验系统，包括绝缘胶带7、绝缘垫块5、恒压直流电源1、金属试件、容器8和铜棒4，其中，所述金属试件的指定目标锈坑的区域为预锈区域6，其余为非预锈区域，所述恒压直流电源I的阳极通过阳极导线2与所述金属试件的非预锈区域电连接，所述恒压直流电源I的阴极通过阴极导线3与所述铜棒4电连接，所述绝缘胶带7缠绕包裹所述金属试件的非预锈区域，所述金属试件的预锈区域6暴露在外，所述容器8内盛有氯化钠溶液9，所述金属试件水平浸泡在所述氯化钠溶液9内，所述铜棒4竖直浸泡在所述氯化钠溶液9内，所述金属试件的预锈区域6与所述铜棒4不接触，所述绝缘垫块5设置在所述容器8底部，所述金属试件的非预锈区域架设在所述绝缘垫块5上。
[0034]如图1所示，所述阴极导线3与所述铜棒4的连接处位于所述氯化钠溶液9的液面之上，所述氯化钠溶液9的浓度为3%。
[0035]本发明提供的一种批量制作局部锈蚀金属试件的试验方法及试验系统，旨在实验室条件下采用简单、快捷的方法，制作出锈坑尺寸精确、锈蚀位置可控、理论锈蚀时间与实际锈蚀时间差异小、锈蚀后金属试件的锈蚀率较为精确的局部锈蚀金属试件，且此方法有继承性，能批量制作出局部锈蚀状况良好的锈蚀试件，使得关于局部锈蚀研究中金属样本的质量得到保证。
[0036]本试验的待锈蚀的金属试件设计与制作的方法如下:
如图1至图2所示，试验选取材料标号为ML15，直径16mm的栓钉(总长100mm，钉帽厚度8mm，直径30mm，钉身长度92mm，直径15.54mm,如图1所示)。在大型交通建筑中，比如桥梁结构，要求构件截面刚度大，材料性能得到充分利用，而钢-混组合结构则刚好体现了这种要求，是近海重大交通工程中普遍的结构形式。在研究有害离子对钢-混组合构件的侵蚀作用中，氯离子对组合构件的渗透路径是可以预测的，如图2所示，氯离子从钢-混组合构件的界面中(路径二 102)侵入的速率要远大于从混凝土板中微裂缝侵入的速率(路径一 101)，试验中发现栓钉与钢板的焊接处发生不同程度的锈蚀，而钉帽几乎没有锈蚀。栓钉根部也是受力集中的地方，弯矩最大值、剪力与掀起力都在此叠加作用，若栓钉根部亦同时由于氯离子的侵入发生局部锈蚀，那栓钉极可能由于根部应力集中被剪断而失去作用，对钢-混组合界面的受力造成不利影响。本试验假定栓钉发生最不利的锈蚀状况，也就是栓钉根部发生坑蚀。试验中的锈坑尺寸和形状，按照实际于栓钉发生的局部坑蚀情况进行确定，用游标卡尺测量锈坑的长、宽及深度，按比例扩大来设计根部锈坑尺寸。试验前将栓钉表面清理干净，直到露出光亮金属光泽。将锈坑位置和尺寸确定后，用油性笔于钉身上标注，接上电线后，采用绝缘胶带7将除锈坑外的金属表面严密包裹。预试验中发现电线铜丝处和钉帽处易被溶液渗透，发生试验设计外的局部坑蚀，在试验前处理时以上两处严谨处理。设计锈蚀环境为浓度3%的氯化钠溶液9。预实验中发现栓钉在溶液中的放置方式会影响锈坑参数，若不同试件的预锈区在不同液面水平，比如平躺放置跟竖直放置，即使锈蚀相同时间，锈蚀深度也有明显差别，推测原因是溶液在通电状态中浓度非处处均匀导致，最后确定栓钉试件全为平躺放置。另外，在通电锈蚀过程中，由于锈蚀产物的堆积会使预锈区域6外形成一团阻碍溶液渗透的帽状物，若此生成物被挤压，它将会反作用于预锈区，造成坑蚀部位产生不均匀的锈蚀状况，最后表现为不自然的突刺状。为了避免这种状况，在通电锈蚀过程中，始终保持预锈区域6的表面朝上。最后，由于栓钉呈现为一种长度较短，直径较大的构件，其电阻值较小，试验中发现铜丝电线的电阻值要大于栓钉的电阻值，所以每个通电锈蚀电路仅放一根试件，不采取串联或者并联。
[0037]本发明提供的一种批量制作局部锈蚀金属试件的试验方法及试验系统的优点是:
一、本试验的试件预处理简单快捷。传统试验方法为了隔离锈蚀区外的区域与溶液接触，一般用环氧树脂或石蜡等环涂于钢筋表面，这些材质在硬化后非常难去除，需要通过高温烘烤或者特殊化学药剂溶解。本试验采取绝缘胶带7即可避免不反应区域金属与溶液的接触，采用绝缘胶带7的试验效率极高，减少了大量预实验处理工序，相当大程度节省了试验预处理时间，简单、快捷。
[0038]二、本试验可以根据研究意愿，调整锈蚀区域的位置、形状、尺寸，特别适用对锈坑尺寸要求较为严格的试验。且根据本试验的指导思路，锈蚀时间可以较为精确地把握，使得试验后可以获得理想的锈坑深度。
[0039]三、本试验在试件锈蚀完毕后的处理工作非常方便，仅需用清水洗除锈蚀区域的锈蚀产物，将绝缘胶带去除，烘干保存即可。传统试验中去除锈蚀后钢筋表面的防护措施需要相当的功夫，比如采用特殊的化学试剂溶解或者烘烤褪去金属表面的环氧树脂或者石蜡，且这类有机试剂在硬化后难以完全消除，且对后期称重会有一定程度的影响。
[0040]四、本试验制作的金属锈蚀试件锈蚀状况良好，除了设计区域有明显凹入锈坑外，其余区域金属保持试验前正常金属状态。本试验制作的试件能够表现出自然环境下真实锈坑的形貌，有利于后续对金属局部坑蚀的试验研究。
[0041]以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种批量制作局部锈蚀金属试件的试验方法，其特征在于，包括以下步骤: 51、清理金属试件的表面，确定指定目标锈坑的位置、形状与尺寸； 52、金属试件的指定目标锈坑的区域为预锈区域，其余为非预锈区域，将阳极导线的铜丝与金属试件的非预锈区域相接触电连接，用绝缘胶带紧密缠绕金属试件的非预锈区域及阳极导线的铜丝，使金属试件的预锈区域暴露在外； 53、将金属试件水平放置于容器内，使金属试件的预锈区域架空，往容器内注入氯化钠溶液，使金属试件水平浸泡在氯化钠溶液内； 54、通过阳极导线接通恒压直流电源的阳极，将恒压直流电源的阴极接通铜棒，并将铜棒竖直浸泡在氯化钠溶液内，保持铜棒与金属试件的预锈区域不相接触； 55、打开恒压直流电源的开关，将电压调至最大值，然后再自零开始将电流调到预定电流值； 56、保持氯化钠溶液的液面高度不变； 57、通电锈蚀预定时间后，关闭恒压直流电源的开关，取出金属试件，冲洗金属试件，将绝缘胶带撕去，擦除金属试件表面的水分。
2.根据权利要求1所述的批量制作局部锈蚀金属试件的试验方法，其特征在于:步骤S3中注入的氯化钠溶液的浓度为3%。
3.根据权利要求1 所述的批量制作局部锈蚀金属试件的试验方法，其特征在于:步骤S3中，在容器内放置绝缘垫块，将金属试件的非预锈区域架设在绝缘垫块上，使金属试件的预锈区域架空并且朝上。
4.根据权利要求1所述的批量制作局部锈蚀金属试件的试验方法，其特征在于:步骤S4中，恒压直流电源的阴极通过阴极导线接通铜棒的顶端，将铜棒竖直浸泡在氯化钠溶液内，并保持阴极导线与铜棒顶端的连接处位于氯化钠溶液的液面之上，使阴极导线不浸泡在氯化钠溶液内。
5.根据权利要求1所述的批量制作局部锈蚀金属试件的试验方法，其特征在于:步骤S6中，往容器内注入相同浓度的氯化钠溶液，以保持氯化钠溶液的液面高度不变。
6.根据权利要求1所述的批量制作局部锈蚀金属试件的试验方法，其特征在于:步骤S7中，擦除金属试件表面的水分后，用风干机吹干或者烘干，保存于密封袋中。
7.根据权利要求1所述的批量制作局部锈蚀金属试件的试验方法，其特征在于:步骤S2中，将阳极导线的铜丝缠绕在金属试件的非预锈区域上，使阳极导线与金属试件的非预锈区域相接触电连接。
8.根据权利要求1所述的批量制作局部锈蚀金属试件的试验方法，其特征在于:将多组金属试件依次进行步骤SI至S7，但每组金属试件通电锈蚀预定时间线性递增，用称重法测量进行了步骤S7之后的金属试件的锈蚀率，得到不同时间间隔下金属试件的锈蚀率，得出在相同试验处理下以及相同试验环境中的“时间-锈蚀率”曲线。
9.一种批量制作局部锈蚀金属试件的试验系统，其特征在于:包括绝缘胶带、绝缘垫块、恒压直流电源、金属试件、容器和铜棒，其中，所述金属试件的指定目标锈坑的区域为预锈区域，其余为非预锈区域，所述恒压直流电源的阳极通过阳极导线与所述金属试件的非预锈区域电连接，所述恒压直流电源的阴极通过阴极导线与所述铜棒电连接，所述绝缘胶带缠绕包裹所述金属试件的非预锈区域，所述金属试件的预锈区域暴露在外，所述容器内盛有氯化钠溶液，所述金属试件水平浸泡在所述氯化钠溶液内，所述铜棒竖直浸泡在所述氯化钠溶液内，所述金属试件的预锈区域与所述铜棒不接触，所述绝缘垫块设置在所述容器底部，所述金属试件的非预锈区域架设在所述绝缘垫块上。
10.根据权利要求9所述的批量制作局部锈蚀金属试件的试验系统，其特征在于:所述阴极导线与所述铜棒的连接处位于所述氯化钠溶液的液面之上，所述氯化钠溶液的浓度为3%.
【文档编号】G01N1/32GK103983501SQ201410206258
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年5月16日 优先权日:2014年5月16日
【发明者】隋莉莉, 邢锋, 邱桐, 周英武, 韩宁旭, 李伟文 申请人:深圳大学
【专利摘要】本发明涉及一种批量制作局部锈蚀金属试件的试验方法及试验系统。本发明提供了一种批量制作局部锈蚀金属试件的试验方法，包括以下步骤：S1、清理金属试件的表面，确定指定目标锈坑的位置、形状与尺寸；S2、金属试件的指定目标锈坑的区域为预锈区域，其余为非预锈区域，将阳极导线的铜丝与金属试件的非预锈区域相接触电连接，用绝缘胶带紧密缠绕非预锈区域及阳极导线的铜丝，使金属试件的预锈区域暴露在外。本发明还提供了一种批量制作局部锈蚀金属试件的试验系统。本发明的有益效果是：可以快速制作出锈坑尺寸精确、锈蚀位置可控、锈蚀形状可控、理论锈蚀时间与实际锈蚀时间差异小、锈蚀后试件的锈蚀率较为精确的局部锈蚀金属试件。
【专利说明】一种批量制作局部锈蚀金属试件的试验方法及试验系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及制作锈蚀金属试件的试验方法，尤其涉及一种批量制作局部锈蚀金属试件的试验方法及试验系统。
【背景技术】
[0002]土木工程中包含大量金属试件，如钢筋、栓钉、钢梁等，实际工程都处于自然环境中，面临各种恶劣天气以及有害介质，金属试件都会发生锈蚀。锈蚀后的金属材料力学性能会有不同程度的下降，对结构物的使用性能甚至安全性能造成危害。
[0003]于是土木工程试验研究中的一个方向，就是对金属试件的锈蚀展开研究，一般在实验室条件下对金属试件进行模拟的人工环境锈蚀，之后对锈蚀金属试件进行力学试验，已获得其力学性能。
[0004]在土木工程金属锈蚀试验研究中，很关键的一个环节，就是模拟自然条件下的金属试件锈蚀。由于实际环境中的金属试件需要几年或者几十年达到较大的锈蚀程度，实验室中难以实现。一般需要采取其他的措施，对金属试件进行加速锈蚀。
[0005]为了研究金属锈蚀后材料微观结构的差异和力学性能的下降，实验室经常采用人工加速方法制作锈蚀金属试件，一般为通电加速锈蚀的试验方法。采用通电加速锈蚀方法，可以用比自然界高若干倍的速率得到锈蚀试件，试验中锈蚀速率可以控制，加速锈蚀的过程可以被观察并且相关数据可以被记录，使得对金属锈蚀后的研究更加方便快捷。目前通电加速锈蚀技术已经广泛用于各大高校及研究机构关于材料技术工程、土木工程耐久性等针对金属锈蚀的研究，主要有钢筋锈蚀后力学性能的研究、钢筋锈蚀后的微观研究、钢筋锈蚀后与混凝土的粘接滑移研究、钢筋锈蚀后构件与结构总体力学性能的研究的方向。
[0006]金属在自然界的锈蚀比较缓慢，在实验室中一般采用通电加速锈蚀的方法实现锈蚀，以期在较短时间内获得所需金属锈蚀率的试件。通电加速锈蚀试验遵循着Faraday (法拉第)定理，通常用其推算出金属试件的通电时间与其理论锈蚀率的关系。
[0007]Faraday定律可以指导通电锈蚀试验，由于通电时间与理论锈蚀率成正比，改变试件表面的电流密度以控制金属的锈蚀速率，则可得到目标锈蚀率。
[0008]目前在试验室进行局部锈蚀试验研究多为钢筋混凝土试件中钢筋发生坑蚀，主要的试验方法有以下两种:
(I)半湿法加速锈蚀。这种方法主要用在于浇筑好的钢筋混凝土试件，研究钢筋坑蚀后对构件承载能力的影响。试验方法一般先设定钢筋坑蚀的区域，如钢筋端部或者中部区域。试验前用能蓄水的布材包裹于锈蚀区域的混凝土表面，再用铜板或者不锈钢板粘附于布材上，润湿充分时间后接通电源，此时钢筋混凝土构件内指定区域的钢筋部分为阳极，布材上的金属板材为阴极。定期在锈蚀区域浇水，保证反应所需的水分盐分和氧气。根据Faraday定律确定电流值大小和通电时间，以达到钢筋目标锈蚀量。
[0009](2)PVC套管法。这种方法主要用于单根钢筋的坑蚀试验，研究具体形状和尺寸的锈坑对钢筋力学性能的影响。试验首先要根据实际情况确定锈坑的形状，钢筋表面宏观可见的锈坑形状大致可分为四种，分别是:凹槽形，长椭球形，深椭球形和圆形。然后确定坑蚀产生的区域，一般为钢筋端部或者中部区域。选取PVC套管，其直径与试验对应的钢筋直径相当，在具体指定区域切割出预定锈坑形状。将钢筋插入PVC套管中，用硅胶封闭好，仅露出锈坑位置。将加工好的试件与阴极一同放入氯化钠溶液中，通过Faraday定律确定电流值大小和通电时间，达到钢筋目标锈蚀量。
[0010]当试验预定锈蚀试件有其特殊要求时，以上试验方法就无法采用。
[0011]当锈蚀试验样本在单一局部锈坑的位置及尺寸要求较为精确时，例如在栓钉上实现可控制的局部锈蚀，也就是锈坑形状、尺寸、生成的位置是可以具体确定的，半湿法加速锈蚀是使一个区域内的钢筋发生锈蚀，锈坑数量、形状、尺寸都是无法预测的，不符合较为精确的试验要求。
[0012]PVC套管法可以很好地控制锈坑参数，当锈蚀样本几何尺寸上不均匀，例如普通栓钉都是带钉帽的，用PVC套管套住几何不规则的栓钉有诸多不方便的地方，并且PVC套管法需要用硅胶封住其他区域，试验后需要称重衡量栓钉质量折减，硅胶很难去除干净，这就为试验增加不便。且制作PVC管工序及后期开槽工序较为麻烦，采用此方法对批量制作局部坑蚀试件而言时间把握及成本控制均不理想。
[0013]另外用传统Faraday定律计算锈蚀量，在研究局部坑蚀的试验指导中有其弊端。Faraday定律多用于金属材料的均匀锈蚀试验，在局部锈蚀应用上有欠缺之处，主要是因为随着通电试验的进行，坑蚀预锈区的面积一直处于变化的状态，以栓钉局部坑蚀的研究为例，首先其表面为一外凸的圆弧面，随着电化学反应此圆弧被溶解，预锈区表面逐渐平滑，最后随着锈蚀深度加大，预锈区表面呈一内凹的圆弧面。这就意味着即使通电电流强度保持恒定，局部锈蚀区表面的电流密度也一直处于变化中，难以应用Faraday定律控制锈蚀速率。
[0014]并且，传统试验方法为了隔离锈蚀区外的区域与溶液接触，一般用环氧树脂或石蜡等环涂于钢筋表面，这些材质在硬化后非常难去除，需要通过高温烘烤或者特殊化学药剂溶解。
【发明内容】
[0015]为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种批量制作局部锈蚀金属试件的试验方法及试验系统。
[0016]本发明提供了一种批量制作局部锈蚀金属试件的试验方法，包括以下步骤:
51、清理金属试件的表面，确定指定目标锈坑的位置、形状与尺寸；
52、金属试件的指定目标锈坑的区域为预锈区域，其余为非预锈区域，将阳极导线的铜丝与金属试件的非预锈区域相接触电连接，用绝缘胶带紧密缠绕金属试件的非预锈区域及阳极导线的铜丝，使金属试件的预锈区域暴露在外；
53、将金属试件水平放置于容器内，使金属试件的预锈区域架空，往容器内注入氯化钠溶液，使金属试件水平浸泡在氯化钠溶液内；
54、通过阳极导线接通恒压直流电源的阳极，将恒压直流电源的阴极接通铜棒，并将铜棒竖直浸泡在氯化钠溶液内，保持铜棒与金属试件的预锈区域不相接触；
55、打开恒压直流电源的开关，将电压调至最大值，然后再自零开始将电流调到预定电流值；
56、保持氯化钠溶液的液面高度不变；
57、通电锈蚀预定时间后，关闭恒压直流电源的开关，取出金属试件，冲洗金属试件，将绝缘胶带撕去，擦除金属试件表面的水分。
[0017]作为本发明的进一步改进，步骤S3中注入的氯化钠溶液的浓度为3%。
[0018]作为本发明的进一步改进，步骤S3中，在容器内放置绝缘垫块，将金属试件的非预锈区域架设在绝缘垫块上，使金属试件的预锈区域架空并且朝上。
[0019]作为本发明的进一步改进，步骤S4中，恒压直流电源的阴极通过阴极导线接通铜棒的顶端，将铜棒竖直浸泡在氯化钠溶液内，并保持阴极导线与铜棒顶端的连接处位于氯化钠溶液的液面之上，使阴极导线不浸泡在氯化钠溶液内。
[0020]作为本发明的进一步改进，步骤S6中，往容器内注入相同浓度的氯化钠溶液，以保持氯化钠溶液的液面高度不变。
[0021]作为本发明的进一步改进，步骤S7中，擦除金属试件表面的水分后，用风干机吹干或者烘干，保存于密封袋中。
[0022]作为本发明的进一步改进，步骤S2中，将阳极导线的铜丝缠绕在金属试件的非预锈区域上，使阳极导线与金属试件的非预锈区域相接触电连接。
[0023]作为本发明的进一步改进，将多组金属试件依次进行步骤SI至S7，但每组金属试件通电锈蚀预定时间线性递增，用称重法测量进行了步骤S7之后的金属试件的锈蚀率，得到不同时间间隔下金属试件的锈蚀率，得出在相同试验处理下以及相同试验环境中的“时间-锈蚀率”曲线。
[0024]本发明还提供了一种批量制作局部锈蚀金属试件的试验系统，包括绝缘胶带、绝缘垫块、恒压直流电源、金属试件、容器和铜棒，其中，所述金属试件的指定目标锈坑的区域为预锈区域，其余为非预锈区域，所述恒压直流电源的阳极通过阳极导线与所述金属试件的非预锈区域电连接，所述恒压直流电源的阴极通过阴极导线与所述铜棒电连接，所述绝缘胶带缠绕包裹所述金属试件的非预锈区域，所述金属试件的预锈区域暴露在外，所述容器内盛有氯化钠溶液，所述金属试件水平浸泡在所述氯化钠溶液内，所述铜棒竖直浸泡在所述氯化钠溶液内，所述金属试件的预锈区域与所述铜棒不接触，所述绝缘垫块设置在所述容器底部，所述金属试件的非预锈区域架设在所述绝缘垫块上。
[0025]作为本发明的进一步改进，所述阴极导线与所述铜棒的连接处位于所述氯化钠溶液的液面之上，所述氯化钠溶液的浓度为3%。
[0026]本发明的有益效果是:通过上述方案，可以快速制作出锈坑尺寸精确、锈蚀位置可控、锈蚀形状可控、理论锈蚀时间与实际锈蚀时间差异小、锈蚀后试件的锈蚀率较为精确的局部锈蚀金属试件，采用绝缘胶带即可避免不反应区域金属与溶液的接触，采用绝缘胶带的试验效率极高，减少了大量预实验处理工序，相当大程度节省了试验预处理时间。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1是本发明一种批量制作局部锈蚀金属试件的试验系统的结构示意图；
图2是钢-混组合构件被腐蚀介质侵蚀的路径示意图。【具体实施方式】
[0028]下面结合【专利附图】
【附图说明】及【具体实施方式】对本发明进一步说明。
[0029]图1至图2中的附图标号为:恒压直流电源I ;阳极导线2 ;阴极导线3 ;铜棒4 ;绝缘垫块5 ;预锈区域6 ;绝缘胶带7 ;容器8 ;氯化钠溶液9 ;路径一 101 ;路径二 102。
[0030]如图1所示，一种批量制作局部锈蚀金属试件的试验方法，包括以下步骤:
51、清理金属试件的表面，用丙酮擦除金属试件表面的灰尘和油污，露出金属试件的金属表面，确定指定目标锈坑的位置、形状与尺寸，用油性笔在金属试件的相应位置勾画出锈坑形状；
52、金属试件的指定目标锈坑的区域为预锈区域6，其余为非预锈区域，称重后用游标卡尺测量金属试件的预锈区域的截面直径，标注编号，将阳极导线2的铜丝缠绕在金属试件的非预锈区域上，使阳极导线2的铜丝与金属试件的非预锈区域相接触电连接，用绝缘胶带7紧密缠绕金属试件的非预锈区域及阳极导线2的铜丝，使金属试件的预锈区域6暴露在外；
53、在容器8内放置绝缘垫块5，将金属试件水平放置于容器8内，将金属试件的非预锈区域架设在绝缘垫块5上，使金属试件的预锈区域6架空并且朝上，不挤压到锈蚀产物，往容器8内注入浓度为3%的氯化钠溶液9，使金属试件水平浸泡在氯化钠溶液9内；
54、通过阳极导线2接通恒压直流电源I的阳极，恒压直流电源I的阴极通过阴极导线3接通铜棒4的顶端，将铜棒4竖直浸泡在氯化钠溶液9内，并保持阴极导线3与铜棒4顶端的连接处位于氯化钠溶液9的液面之上，使阴极导线3不浸泡在氯化钠溶液9内，可避免阴极导线3的铜线因锈蚀而断开，保持铜棒4与金属试件的预锈区域6不相接触，可避免铜棒4与金属试件的预锈区域6因接触而短路；
55、打开恒压直流电源I的开关，将电压调至最大值，然后再自零开始将电流调到预定电流值；
56、注入浓度为3%的氯化钠溶液9以保持氯化钠溶液9的液面高度不变，通电后观察阴极表面可发现有气泡产生，氯化钠溶液9颜色逐渐变深，由于锈蚀产物的生成，堆积于局部腐蚀区外围阻碍反应进行，等同于反应的电阻增大，随后可发现电压示数变大，试验中消耗更多的水分。为了让氯化钠溶液9浓度保持一致，随时往容器8内注入浓度为3%的氯化钠溶液9使之液面恢复到原来水平；
57、通电锈蚀预定时间后，关闭恒压直流电源I的开关，取出金属试件，冲洗金属试件，将绝缘胶带7撕去，擦除金属试件表面的水分，用风干机吹干或者烘干，保存于密封袋中。
[0031]此处是试验中有别于其他传统试验的地方。传统试验是用Faraday定律计算通电时间，本试验用以下方法处理。传统试验方法无法准确极端局部坑蚀试验的通电时间，原因:“另外用传统Faraday定律计算锈蚀量，在研究局部坑蚀的试验指导中有其弊端。Faraday定律多用于金属材料的均匀锈蚀试验，在局部锈蚀应用上有欠缺之处，主要是因为随着通电试验的进行，坑蚀预锈区的面积一直处于变化的状态，以栓钉局部坑蚀的研究为例，首先其表面为一外凸的圆弧面，随着电化学反应此圆弧被溶解，预锈区表面逐渐平滑，最后随着锈蚀深度加大，预锈区表面呈一内凹的圆弧面。这就意味着即使通电电流强度保持恒定，局部锈蚀区表面的电流密度也一直处于变化中，难以应用Faraday定律控制锈蚀速率。”于是本试验用以下新方法控制通电时间。[0032]将多组金属试件依次进行步骤SI至S7，但每组金属试件通电锈蚀预定时间按y=kx线性递增，例如第一组的通电锈蚀预定时间为24小时，则第二组的通电锈蚀预定时间为48小时，第三组的通电锈蚀预定时间为72小时，以此类推，本发明优选同时放入多组金属试件并位于同一高度，每间隔相同时间取出一组金属试件，用称重法测量进行了步骤S7之后的金属试件的锈蚀率，得到不同时间间隔下金属试件的锈蚀率，得出在相同试验处理下以及相同试验环境中的“时间-锈蚀率”曲线，在相同试验处理下以及相同试验环境中的“时间-锈蚀率”曲线。定出目标锈蚀率后，按照以上曲线推算相应需要的锈蚀时间，同样精确到分钟。在往后取出金属拉伸试件时，都记录下金属拉伸试件的锈蚀时间和锈蚀率的数据,添加到总样本中再次归纳新的“时间-锈蚀率”曲线，以此循环。
[0033]如图1所示，一种批量制作局部锈蚀金属试件的试验系统，包括绝缘胶带7、绝缘垫块5、恒压直流电源1、金属试件、容器8和铜棒4，其中，所述金属试件的指定目标锈坑的区域为预锈区域6，其余为非预锈区域，所述恒压直流电源I的阳极通过阳极导线2与所述金属试件的非预锈区域电连接，所述恒压直流电源I的阴极通过阴极导线3与所述铜棒4电连接，所述绝缘胶带7缠绕包裹所述金属试件的非预锈区域，所述金属试件的预锈区域6暴露在外，所述容器8内盛有氯化钠溶液9，所述金属试件水平浸泡在所述氯化钠溶液9内，所述铜棒4竖直浸泡在所述氯化钠溶液9内，所述金属试件的预锈区域6与所述铜棒4不接触，所述绝缘垫块5设置在所述容器8底部，所述金属试件的非预锈区域架设在所述绝缘垫块5上。
[0034]如图1所示，所述阴极导线3与所述铜棒4的连接处位于所述氯化钠溶液9的液面之上，所述氯化钠溶液9的浓度为3%。
[0035]本发明提供的一种批量制作局部锈蚀金属试件的试验方法及试验系统，旨在实验室条件下采用简单、快捷的方法，制作出锈坑尺寸精确、锈蚀位置可控、理论锈蚀时间与实际锈蚀时间差异小、锈蚀后金属试件的锈蚀率较为精确的局部锈蚀金属试件，且此方法有继承性，能批量制作出局部锈蚀状况良好的锈蚀试件，使得关于局部锈蚀研究中金属样本的质量得到保证。
[0036]本试验的待锈蚀的金属试件设计与制作的方法如下:
如图1至图2所示，试验选取材料标号为ML15，直径16mm的栓钉(总长100mm，钉帽厚度8mm，直径30mm，钉身长度92mm，直径15.54mm,如图1所示)。在大型交通建筑中，比如桥梁结构，要求构件截面刚度大，材料性能得到充分利用，而钢-混组合结构则刚好体现了这种要求，是近海重大交通工程中普遍的结构形式。在研究有害离子对钢-混组合构件的侵蚀作用中，氯离子对组合构件的渗透路径是可以预测的，如图2所示，氯离子从钢-混组合构件的界面中(路径二 102)侵入的速率要远大于从混凝土板中微裂缝侵入的速率(路径一 101)，试验中发现栓钉与钢板的焊接处发生不同程度的锈蚀，而钉帽几乎没有锈蚀。栓钉根部也是受力集中的地方，弯矩最大值、剪力与掀起力都在此叠加作用，若栓钉根部亦同时由于氯离子的侵入发生局部锈蚀，那栓钉极可能由于根部应力集中被剪断而失去作用，对钢-混组合界面的受力造成不利影响。本试验假定栓钉发生最不利的锈蚀状况，也就是栓钉根部发生坑蚀。试验中的锈坑尺寸和形状，按照实际于栓钉发生的局部坑蚀情况进行确定，用游标卡尺测量锈坑的长、宽及深度，按比例扩大来设计根部锈坑尺寸。试验前将栓钉表面清理干净，直到露出光亮金属光泽。将锈坑位置和尺寸确定后，用油性笔于钉身上标注，接上电线后，采用绝缘胶带7将除锈坑外的金属表面严密包裹。预试验中发现电线铜丝处和钉帽处易被溶液渗透，发生试验设计外的局部坑蚀，在试验前处理时以上两处严谨处理。设计锈蚀环境为浓度3%的氯化钠溶液9。预实验中发现栓钉在溶液中的放置方式会影响锈坑参数，若不同试件的预锈区在不同液面水平，比如平躺放置跟竖直放置，即使锈蚀相同时间，锈蚀深度也有明显差别，推测原因是溶液在通电状态中浓度非处处均匀导致，最后确定栓钉试件全为平躺放置。另外，在通电锈蚀过程中，由于锈蚀产物的堆积会使预锈区域6外形成一团阻碍溶液渗透的帽状物，若此生成物被挤压，它将会反作用于预锈区，造成坑蚀部位产生不均匀的锈蚀状况，最后表现为不自然的突刺状。为了避免这种状况，在通电锈蚀过程中，始终保持预锈区域6的表面朝上。最后，由于栓钉呈现为一种长度较短，直径较大的构件，其电阻值较小，试验中发现铜丝电线的电阻值要大于栓钉的电阻值，所以每个通电锈蚀电路仅放一根试件，不采取串联或者并联。
[0037]本发明提供的一种批量制作局部锈蚀金属试件的试验方法及试验系统的优点是:
一、本试验的试件预处理简单快捷。传统试验方法为了隔离锈蚀区外的区域与溶液接触，一般用环氧树脂或石蜡等环涂于钢筋表面，这些材质在硬化后非常难去除，需要通过高温烘烤或者特殊化学药剂溶解。本试验采取绝缘胶带7即可避免不反应区域金属与溶液的接触，采用绝缘胶带7的试验效率极高，减少了大量预实验处理工序，相当大程度节省了试验预处理时间，简单、快捷。
[0038]二、本试验可以根据研究意愿，调整锈蚀区域的位置、形状、尺寸，特别适用对锈坑尺寸要求较为严格的试验。且根据本试验的指导思路，锈蚀时间可以较为精确地把握，使得试验后可以获得理想的锈坑深度。
[0039]三、本试验在试件锈蚀完毕后的处理工作非常方便，仅需用清水洗除锈蚀区域的锈蚀产物，将绝缘胶带去除，烘干保存即可。传统试验中去除锈蚀后钢筋表面的防护措施需要相当的功夫，比如采用特殊的化学试剂溶解或者烘烤褪去金属表面的环氧树脂或者石蜡，且这类有机试剂在硬化后难以完全消除，且对后期称重会有一定程度的影响。
[0040]四、本试验制作的金属锈蚀试件锈蚀状况良好，除了设计区域有明显凹入锈坑外，其余区域金属保持试验前正常金属状态。本试验制作的试件能够表现出自然环境下真实锈坑的形貌，有利于后续对金属局部坑蚀的试验研究。
[0041]以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种批量制作局部锈蚀金属试件的试验方法，其特征在于，包括以下步骤: 51、清理金属试件的表面，确定指定目标锈坑的位置、形状与尺寸； 52、金属试件的指定目标锈坑的区域为预锈区域，其余为非预锈区域，将阳极导线的铜丝与金属试件的非预锈区域相接触电连接，用绝缘胶带紧密缠绕金属试件的非预锈区域及阳极导线的铜丝，使金属试件的预锈区域暴露在外； 53、将金属试件水平放置于容器内，使金属试件的预锈区域架空，往容器内注入氯化钠溶液，使金属试件水平浸泡在氯化钠溶液内； 54、通过阳极导线接通恒压直流电源的阳极，将恒压直流电源的阴极接通铜棒，并将铜棒竖直浸泡在氯化钠溶液内，保持铜棒与金属试件的预锈区域不相接触； 55、打开恒压直流电源的开关，将电压调至最大值，然后再自零开始将电流调到预定电流值； 56、保持氯化钠溶液的液面高度不变； 57、通电锈蚀预定时间后，关闭恒压直流电源的开关，取出金属试件，冲洗金属试件，将绝缘胶带撕去，擦除金属试件表面的水分。
2.根据权利要求1所述的批量制作局部锈蚀金属试件的试验方法，其特征在于:步骤S3中注入的氯化钠溶液的浓度为3%。
3.根据权利要求1 所述的批量制作局部锈蚀金属试件的试验方法，其特征在于:步骤S3中，在容器内放置绝缘垫块，将金属试件的非预锈区域架设在绝缘垫块上，使金属试件的预锈区域架空并且朝上。
4.根据权利要求1所述的批量制作局部锈蚀金属试件的试验方法，其特征在于:步骤S4中，恒压直流电源的阴极通过阴极导线接通铜棒的顶端，将铜棒竖直浸泡在氯化钠溶液内，并保持阴极导线与铜棒顶端的连接处位于氯化钠溶液的液面之上，使阴极导线不浸泡在氯化钠溶液内。
5.根据权利要求1所述的批量制作局部锈蚀金属试件的试验方法，其特征在于:步骤S6中，往容器内注入相同浓度的氯化钠溶液，以保持氯化钠溶液的液面高度不变。
6.根据权利要求1所述的批量制作局部锈蚀金属试件的试验方法，其特征在于:步骤S7中，擦除金属试件表面的水分后，用风干机吹干或者烘干，保存于密封袋中。
7.根据权利要求1所述的批量制作局部锈蚀金属试件的试验方法，其特征在于:步骤S2中，将阳极导线的铜丝缠绕在金属试件的非预锈区域上，使阳极导线与金属试件的非预锈区域相接触电连接。
8.根据权利要求1所述的批量制作局部锈蚀金属试件的试验方法，其特征在于:将多组金属试件依次进行步骤SI至S7，但每组金属试件通电锈蚀预定时间线性递增，用称重法测量进行了步骤S7之后的金属试件的锈蚀率，得到不同时间间隔下金属试件的锈蚀率，得出在相同试验处理下以及相同试验环境中的“时间-锈蚀率”曲线。
9.一种批量制作局部锈蚀金属试件的试验系统，其特征在于:包括绝缘胶带、绝缘垫块、恒压直流电源、金属试件、容器和铜棒，其中，所述金属试件的指定目标锈坑的区域为预锈区域，其余为非预锈区域，所述恒压直流电源的阳极通过阳极导线与所述金属试件的非预锈区域电连接，所述恒压直流电源的阴极通过阴极导线与所述铜棒电连接，所述绝缘胶带缠绕包裹所述金属试件的非预锈区域，所述金属试件的预锈区域暴露在外，所述容器内盛有氯化钠溶液，所述金属试件水平浸泡在所述氯化钠溶液内，所述铜棒竖直浸泡在所述氯化钠溶液内，所述金属试件的预锈区域与所述铜棒不接触，所述绝缘垫块设置在所述容器底部，所述金属试件的非预锈区域架设在所述绝缘垫块上。
10.根据权利要求9所述的批量制作局部锈蚀金属试件的试验系统，其特征在于:所述阴极导线与所述铜棒的连接处位于所述氯化钠溶液的液面之上，所述氯化钠溶液的浓度为3%.
【文档编号】G01N1/32GK103983501SQ201410206258
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年5月16日 优先权日:2014年5月16日
【发明者】隋莉莉, 邢锋, 邱桐, 周英武, 韩宁旭, 李伟文 申请人:深圳大学
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