快速实现不锈钢点蚀发生和发展的腐蚀试验方法及装置与流程

本发明涉及腐蚀中点蚀的试验领域，特别是一种快速实现不锈钢点蚀发生和发展的腐蚀试验方法及装置。

背景技术：

点蚀是不锈钢最常见的一种局部腐蚀，不锈钢的钝化膜在腐蚀环境中(尤其是含有cl-的介质)很容易被破坏而产生活性点，在腐蚀介质的作用下点蚀加速生长，进而对不锈钢造成严重的局部腐蚀。科研工作者经过十几年研究认识到点蚀的过程可以分为如下几步：点蚀的发生、点蚀亚稳态生长、点蚀稳定生长和点蚀发生再钝化终止生长阶段。用电化学理论讲，当不锈钢试样的外加电位超过其点蚀起始电位时，就会产生点蚀，并且随着电位的降低，点蚀开始长大；但当电位降到再钝化电位以下时，钝化膜的形成可终止点蚀生长。

在自然环境中(如地层水环境)，由于腐蚀介质的腐蚀性较小，并且不锈钢点蚀的发生存在一定诱导期，因此在这种条件下不锈钢发生点蚀需要时间较长，要想评价并比较不同材质不锈钢在这种环境下的耐点蚀性能，常用的腐蚀试验方法是室内浸泡试验，但是所需要的试验周期较长，不能快速地得出试验结果。本发明中提及的电化学极化腐蚀试验方法不仅能缩短试验周期，快速使不锈钢发生点蚀，而且还能使点蚀快速生长，短时间内可评价并比较不同材质不锈钢在指定腐蚀介质中的耐点蚀性能。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种快速实现不锈钢点蚀发生和发展的腐蚀试验方法及装置，在室内模拟自然环境条件下快速实现不锈钢在腐蚀介质中点蚀的发生和发展，并在短时间内评价并比较不同材质不锈钢的耐点蚀性能。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种快速实现不锈钢点蚀发生和发展的腐蚀试验装置，该装置包括：电化学工作站、腐蚀电解池、试验介质溶液、辅助电极、参比电极、工作电极、通气管， 具体结构如下：

腐蚀电解池中装有试验介质溶液，试验介质溶液中设置辅助电极、参比电极和工作电极，试验介质溶液中插设氮气的通气管；电化学工作站设有四个接线夹，通过四个接线夹，分别与辅助电极、参比电极、工作电极和接地线连接。

所述的快速实现不锈钢点蚀发生和发展的腐蚀试验装置，辅助电极为铂电极，参比电极为饱和甘汞电极，工作电极为不锈钢电极。

所述的快速实现不锈钢点蚀发生和发展的腐蚀试验装置，电化学工作站的工作电极接线夹we、辅助电极接线夹ce、参比电极接线夹re和接地线夹gound分别与工作电极、辅助电极、参比电极、接地线对应连接，工作电极、辅助电极、参比电极置于专用于电化学测试实验的腐蚀电解池中，并完全浸入试验介质溶液的液面以下，形成电化学工作站和电化学三电极体系测试系统。

所述装置的快速实现不锈钢点蚀发生和发展的腐蚀试验方法，该试验方法是先利用电化学工作站开路电位测量模式测得不锈钢工作电极的腐蚀电位，再用动电位扫描模式测得不锈钢工作电极的点蚀电位和再钝化电位，然后在所测得的点蚀电位和再钝化电位之间选取一个电位值作为极化电位，并采用电化学工作站恒电位极化模式将选取的极化电位施加在不锈钢工作电极上，使不锈钢工作电极在动电位扫描阶段产生的点蚀继续生长，在不同的极化时间内得到不同深度的点蚀坑，根据此结果评价并比较不同材质不锈钢的耐点蚀性能。

所述的快速实现不锈钢点蚀发生和发展的腐蚀试验方法，具体步骤是：

(1)根据试验需求配制相应的试验介质溶液，并将其置入腐蚀电解池中；

(2)将已连接好导线的工作电极、辅助电极和参比电极置于腐蚀电解池中，要求所有电极完全浸入液面以下；

(3)工作电极置入腐蚀电解池中15min之后，利用电化学工作站开路电位测量模式测得工作电极的开路电位，即腐蚀电位；

(4)利用电化学工作站动电位扫描模式从腐蚀电位开始，以20mv/min的电位扫描速度进行阳极极化，当阳极电流达到500μa/cm²后进行回扫，回到腐蚀电位后停止扫描；

(5)以阳极极化曲线上对应电流密度为10μa/cm²时的电位值作为该不锈钢电极的点蚀电位，以回扫曲线与阳极极化曲线交点作为该不锈钢电极的再钝化电位，根据以上两点要求读出点蚀电位和再钝化电位；

(6)在所测得的再钝化电位到点蚀电位的范围内，选取一个电位值作为极化电位，并采用电化学工作站的恒电位极化模式对工作电极进行恒电位极化，使工作电极在动电位扫描阶段产生的点蚀继续生长。

所述的快速实现不锈钢点蚀发生和发展的腐蚀试验方法，步骤(1)中有除氧需求时，采用氮气驱氧方式除氧。

本发明的优点及有益效果是：

1、本发明试验方法是先测得不锈钢工作电极的腐蚀电位，再测得不锈钢工作电极的点蚀电位和再钝化电位，然后在所测得的点蚀电位和再钝化电位之间选取一个电位值作为极化电位，并将选取的极化电位施加在工作电极上，使不锈钢工作电极在动电位扫描阶段产生的点蚀继续生长，在不同时间内得到不同深度的点蚀，该方法原理简单，使用的试验装置操作方便，具有广泛的实用性。

2、本发明可在室内模拟自然环境下能够快速实现不锈钢点蚀的发生和发展，又能评价并比较不同材质不锈钢的耐点蚀性能，缩短了采用室内浸泡试验使不锈钢点蚀发生和发展的试验周期。

附图说明

图1为本发明的电化学测试试验装置图。

图中：1-电化学工作站，2-腐蚀电解池，3-试验介质溶液，4-辅助电极，5-参比电极(饱和甘汞电极)，6-工作电极(不锈钢电极)，7-通气管。

图2为本发明的点蚀深度与时间的幂函数关系曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施作进一步说明：

如图1所示，本发明快速实现不锈钢点蚀发生和发展的腐蚀试验装置，主要包括：电化学工作站1、腐蚀电解池2、试验介质溶液3、辅助电极4(铂电极)、参比电极5(饱和甘汞电极)、工作电极6(不锈钢电极)、通气管7等，具体结构如下：

腐蚀电解池2中装有试验介质溶液3，试验介质溶液3中设置辅助电极4、参比电极5和工作电极6，试验介质溶液3中插设氮气的通气管7；电化学工作站1设有四个接线夹，通过四个接线夹，分别与辅助电极4、参比电极5、工作电极6和接地线对应连接，腐蚀电解池2中盛放的试验介质溶液种类可根据试验需要而定。

试验前，需将电化学工作站的工作电极接线夹(we)、辅助电极接线夹(ce)、参比电极接线夹(re)和接地线夹(gound)这4个接线夹分别与工作电极6、辅助电极4、参比电极5、接地线对应连接起来，并将工作电极、辅助电极、参比电极置于专用于电化学测试实验的腐蚀电解池2中，试验时要求所有电极应完全浸入液面以下，形成电化学工作站和电化学三电极体系测试系统。

采用上述的试验装置快速实现不锈钢点蚀发生和发展的腐蚀试验方法，该试验方法是先利用电化学工作站开路电位测量模式测得不锈钢工作电极的腐蚀电位，再用动电位扫描模式测得不锈钢工作电极的点蚀电位和再钝化电位，然后在所测得的点蚀电位和再钝化电位之间选取一个电位值作为极化电位，并采用电化学工作站恒电位极化模式将选取的极化电位施加在不锈钢工作电极上，使不锈钢工作电极在动电位扫描阶段产生的点蚀继续生长，在不同的极化时间内得到不同深度的点蚀坑，根据此结果评价并比较不同材质不锈钢的耐点蚀性能。其具体步骤是：

(1)根据试验需求配制相应的试验介质溶液，并将其置入腐蚀电解池中，如有除氧需求就对其采用氮气驱氧方式除氧；

(2)将已连接好导线的不锈钢工作电极、辅助电极和参比电极置于腐蚀电解池中，要求所有电极完全浸入液面以下；

(3)不锈钢工作电极置入腐蚀电解池中15min之后，利用电化学工作站开路电位测量模式测得不锈钢工作电极的开路电位，即腐蚀电位；

(4)利用电化学工作站动电位扫描模式从腐蚀电位开始，以20mv/min的电位扫描速度进行阳极极化，当阳极电流达到500μa/cm²后进行回扫，回到腐蚀电位后停止扫描；

(5)以阳极极化曲线上对应电流密度为10μa/cm²时的电位值作为该不锈钢电极的点蚀电位，以回扫曲线与阳极极化曲线交点作为该不锈钢电极的再钝化电位，根据以上两点要求读出点蚀电位和再钝化电位；

(6)在所测得的再钝化电位到点蚀电位的范围内，选取一个电位值作为极化电位，并采用电化学工作站的恒电位极化模式对不锈钢工作电极进行恒电位极化，使不锈钢工作电极在动电位扫描阶段产生的点蚀继续生长，试验时间可根据实际情况而定。

采用上述试验方案，在室内模拟自然腐蚀环境快速实现不锈钢点蚀的发生和 发展，评价并比较不同材质不锈钢的耐点蚀性能，缩短了采用室内浸泡试验使不锈钢点蚀发生和发展的试验周期。

实施例：

实验数据：选用超级13cr马氏体不锈钢作为研究对象，利用上述方法进行试验，实验介质为nacl溶液，温度为50℃，恒电位极化实验周期分别为3h、6h、9h、12h、24h、48h。试验后测得13cr试验试样的最大点蚀深度数据如下表所示。

表113cr试验试样的最大点蚀深度数据统计表

实验曲线：对点蚀深度和时间数据进行幂函数拟合，得到最大点蚀深度与时间的幂函数关系曲线，结果见图2。

实验效果：将13cr不锈钢试样放入120℃的nacl溶液中浸泡30天得到的最大点蚀深度为7.42μm，同样条件下浸泡90天，得到的最大点蚀深度为17.5μm，与上述实验结果对比可知，这种电化学极化方法快速实现了13cr不锈钢点蚀的发生和发展。