一种旋转式冲蚀磨损动态电化学测试系统的参比电极保护结构的制作方法

本发明属于电化学测试组件领域，特别是涉及一种旋转式冲蚀磨损动态电化学测试系统的参比电极保护结构。

背景技术：
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随着电化学测试技术的不断发展，电化学测试技术已经成为研究材料腐蚀领域的一种重要表征手段，常用的腐蚀电化学研究方法有极化曲线分析法、极化电阻法、电化学阻抗谱法以及电化学噪声等。电化学测试方法需要三电极体系即工作电极、辅助电极和参比电极，三电极放入盛有测试介质的电解池（一般为玻璃材质）中，通过导线连接到恒电位仪。被测试材料为工作电极，与工作电极相对的为辅助电极，工作电极与辅助电极组成极化电路；常用的参比电极有饱和甘汞电极、银-氯化银电极和标准氢电极等，参比电极与工作电极组成测量回路，电流从工作电极流到辅助电极，独立的参比电极只提供参比而无电流通过。辅助电极和参比电极外部通常为玻璃管，常用于被测试试样和介质为静态时的电化学腐蚀测试，难以直接应用于被测试试样和/或介质动态下的电化学腐蚀测试。

液固两相流冲蚀磨损现象普遍存在于冶金、化工、采矿、水利水电等行业中，是导致各种管道、杂质泵、阀等过流部件快速损坏的重要原因。在液固两相流冲蚀磨损过程中，工件的损坏既有流体的冲刷磨损作用，也有介质的腐蚀作用，同时还有两者的交互作用，有时交互作用引起的材料流失速率比纯腐蚀和纯冲刷磨损之和还要大，其危害程度比纯腐蚀或纯冲刷磨损更大，交互作用包括冲刷磨损对腐蚀的促进作用和腐蚀对冲刷磨损的促进作用，冲蚀磨损过程中(动态）材料的腐蚀量比静态时要大得多。因此，如何将电化学测试技术应用于旋转式冲蚀磨损试验装置，在冲蚀磨损试验过程中进行动态在线测试，准确表征冲蚀磨损过程中的腐蚀量，对于研究材料冲蚀磨损机理，控制冲蚀磨损过程材料流失速率，设计合适的耐磨抗蚀材料，延长过流部件使用寿命具有重要的理论与实际指导意义。

为了解决普通玻璃质参比电极无法直接安置于料浆罐内进行旋转式冲蚀磨损过程电化学测试的问题，一些研究者将参比电极置于料浆容器外部的烧杯中，通过连通管与料浆液联通，此系统操作较复杂，且玻璃烧杯需小心固定、易碎。一些研究者虽然将三电极系统都安置在料浆液中，但试样大多处于旋转状态，结构复杂。中国专利号CN 201010603782.X（名称为《一种模拟管道内壁冲刷腐蚀的旋转式实验装置》公开了三电极系统都安置在料浆液中, 辅助电极（对电极）和甘汞电极（参比电极）安置在靠近料浆罐的内壁处，转动轴安置在料浆罐中心部分，转动轴中部设计有转接头，转接头两端连接有试样夹具，下部有搅拌叶轮，转动轴带动试样夹具（试样盘）、环形试样和搅拌叶轮在料浆罐中作旋转运动，进行料浆冲蚀磨损试验，环形试样通过铜球、弹簧、不锈钢棒、铜环-碳刷进行电信号输出，与辅助电极和甘汞电极一起连接到电化学测试设备上进行电化学实时监测；此方法集中了现有的旋转式和管流式冲刷腐蚀实验装置的优点,但试样夹具（试样盘）、环形试样和搅拌叶轮一起作高速运动，结构复杂，易出现故障。如中国专利号CN200820153330.4、名称为《动态流体介质中的电化学行为测试装置》为解决在动态流体中电化学信息测试不准的问题，通过将工作、辅助、参比这三个电极位置固定、设置流速探头，并让它们随电极一起转动, 该装置中的工作电极、辅助电极、参比电极三电极及流速测定探头与电机旋转轴一起同速旋转，旋转机构的稳定可靠性和电极的保护比较困难。再如中国专利号CN201410035397.8、发明名称为《一种动态电化学测试装置及其连接方法》公开了三电极系统采用集成方式安装在试样夹持盘中，其中辅助电极为环状铂丝,放置于距离工作电极约10mm的环形槽内，工作电极与辅助电极均通过线路槽与传动轴内的导线连接参比电极安置于夹持盘的长条状沟槽内，末端距离工作电极约1-2mm，另一端通过中空传动轴内的导线连接到动态连接池。三电极系统通过动态连接池与三电极接线板连接，最后电化学信号传递到恒电位仪；该装置通过三电极采用集成方式安装在试样夹持盘中、设置动态连接池容器和中空传动轴内引出三电极导线等结构，由于试验过程中容器随传动轴一起转动,电针始终与引出环保持良好的接触, 实现试验过程中待测试样的电化学信号稳定可靠传输，真实反映了试验过程中待测试样的电化学腐蚀情况及磨蚀性能。但整个体系复杂、各部件要求高，动态连接池内溶液没有密封，高速旋转过程中容易出现溶液飞溅和泄露现象。此外，文献《液/固双相流冲刷腐蚀实验装置的研制及动态电化学测试》（腐蚀科学与防护技术，1993,5（4）：286-290）和文献《不锈钢与碳钢的液固两相流冲刷腐蚀磨损研究》（材料工程，2004,11:37-40）采用中空传动轴带动工作电极（试样盘）旋转、参比电极和辅助电极静止的方法进行动态电化学测试和冲蚀磨损性能分析，但是没有介绍电极的保护和固定措施。

技术实现要素：
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综上所述，为了克服现有技术问题的不足，本发明研制了一种旋转式冲蚀磨损动态电化学测试系统的参比电极保护结构，它解决了旋转式冲蚀磨损试验过程中参比电极的保护问题， 设计了参比电极的保护结构。本发明的工作电极、辅助电极和参比电极设置在料浆液中，可实时反映冲蚀磨损过程中的电化学特征，保证测量结果的真实性；同时减少了参比电极外设的附加装置，其结构简单，操作便利，测试效率高。

本发明技术方案是这样实现的：

一种旋转式冲蚀磨损动态电化学测试系统的参比电极保护结构，其中，所述的参比电极保护结构主要包括参比电极、电极引线套筒、前保护壳和后保护壳；所述参比电极装在前保护壳和后保护壳中间，前保护壳和后保护壳通过保护壳螺钉连接；参比电极的导线通过电极引线套筒引出后连接到恒电位仪，电极引线套筒固定在前保护壳和后保护壳上；电极引线套筒的上端固定在料浆罐盖板上。

进一步，所述的参比电极包括甘汞电极和盐桥，盐桥是由鲁金毛细管内填充的饱和氯化钾和琼脂混合物构成的，甘汞电极和盐桥组成参比电极。

进一步，所述的电极引线套筒通过套筒连接螺钉固定在前保护壳和后保护壳的上方。

进一步，所述的电极引线套筒的上端设置有螺纹，通过螺纹固定在料浆罐盖板上。

进一步，所述的参比电极保护结构直接置于待测流体内部。

进一步，所述的参比电极保护结构的前保护壳和后保护壳是采用超高分子量聚乙烯材料制成的。

本发明的有益效果是：

1、本发明用于保护旋转式冲蚀磨损试验设备的动态电化学测试过程中较大冲击力作用下的参比电极，包括用于机械、化工等各领域具有腐蚀性的单相或液固两相流体过流设备、管道等金属腐蚀性研究的电化学测试系统；通过设计参比电极保护结构，避免了高速流体直接冲击玻璃质参比电极，解决了电极的保护问题；将带有保护结构的参比电极组件直接置于料浆液内部，可以将参比电极直接置于高速流体（料浆液）内部，工作电极（被测试样）和辅助电极也设置在料浆液内，实时反映冲蚀磨损过程中的电化学特征，保证测量结果的真实性；同时减少了参比电极外设的附加装置；

2、本发明所述的参比电极保护结构为分体式结构，结构简单，操作便利；前保护壳和后保护壳通过保护壳螺钉连接，电极引线套筒通过套筒螺钉固定在前保护壳和后保护壳的上方，电极引线套筒通过螺纹固定在料浆罐盖板上，使用时拆装、清洗方便，测试效率高。

附图说明：

图1为本发明工作状态的结构示意图；

图2为本发明的参比电极保护结构的形状结构示意图；

图3为本发明的参比电极保护结构的组装示意图。

具体实施方式：

以下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。

如图1所示，图1为本发明工作状态的结构示意图。图1中旋转式冲蚀磨损动态电化学测试系统包括电动机1、传动主轴2、恒电位仪3、辅助电极4、参比电极保护结构5、工作电极6为被测试样（试样尺寸为40´20´20mm，除一个20´20mm裸露外，其余五个面镶嵌在聚四氟乙烯保护结构的外套内）、料浆罐7、搅拌叶轮8、料浆罐盖板9和料浆液10等；图3为参比电极保护结构的组装示意图，如图3所示，电极引线套筒5-1，参比电极5-2，鲁金毛细管5-3，前保护壳5-4，后保护壳5-5，保护壳螺钉5-6，套筒连接螺钉5-7。

参见图1-3。旋转式冲蚀磨损动态电化学测试系统的参比电极保护结构，所述的参比电极保护结构主要包括参比电极5-2、电极引线套筒5-1、鲁金毛细管5-3、前保护壳5-4和后保护壳5-5；所述参比电极5-2装在前保护壳5-4和后保护壳5-5中间，前保护壳5-4和后保护壳5-5通过保护壳螺钉5-6连接；参比电极5-2的导线通过电极引线套筒5-1引出后连接到恒电位仪3上，输出电信号进行电化学测试；所述的电极引线套筒5-1通过套筒连接螺钉5-7固定在前保护壳5-4和后保护壳5-5的上方；电极引线套筒5-1的上端设置有螺纹，通过螺纹固定在料浆罐盖板9上；所述的参比电极5-2包括甘汞电极和盐桥，盐桥是由鲁金毛细管5-3内填充的饱和氯化钾和琼脂混合物构成的；所述的参比电极保护结构5直接置于待测流体内部；所述参比电极保护结构的前保护壳5-4和后保护壳5-5是采用超高分子量聚乙烯材料制成的。

本发明的工作过程如下：如图1、3所示。

1、试验开始前，先组装旋转式冲蚀磨损动态电化学测试系统。在鲁金毛细管5-3内填充饱和氯化钾、琼脂混合物构成盐桥，盐桥与甘汞电极组装成参比电极5-2；将参比电极5-2置于前保护壳5-4、后保护壳5-5中间，前保护壳5-4、后保护壳5-5上设计有螺纹连接孔，前保护壳5-4、后保护壳5-5通过保护壳螺钉5-6连接；参比电极5-2的导线通过电极引线套筒5-1引出，连接到恒电位仪3上接RE，电极引出线套筒5-1通过螺纹连接在料浆罐盖板9上。工作电极6为被测试样（尺寸为40´20´20mm）表面抛光、酒精清洗，采用分析天平称重，然后安装到聚四氟乙烯保护结构的外套中，保护外套中间设有电极导线，通过电极导线将工作电极6（被测试样）连接到恒电位仪3上接WE，被测试样仅露出一个测试表面（20´20mm）与料浆液10接触；辅助电极4设置有保护措施，固定于料浆罐盖板9上，通过电极引线连接到恒电位仪3上接CE；参见图1，辅助电极4和工作电极6分别置于参比电极保护装置5的两侧，鲁金毛细管5-3的尖端与工作电极6（被测试样）裸露面的距离在0.5~2mm之间。

2、根据实验要求配制不同液固比、不同酸碱盐浓度的料浆液10。将配制好的料浆液10加入料浆罐7内。通过控制按钮将料浆罐提升至与盖板9接触并固定，此时三电极体系同时浸入料浆罐7的料浆介质中。浸泡30min预处理后，首先进行静态电化学测试，通过设定相应的极化电位和扫描速率，测得静态时的极化曲线。

3、启动控制面板，设置电机转速和试验时间，电动机1带动传动主轴2转动，通过搅拌叶轮8对料浆罐7内的料浆液10进行搅拌，开始冲蚀磨损试验。试验过程中，根据需要，每间隔一定时间进行一次动态电化学测试，在不同时间点进行动电位扫描，测得极化曲线。试验结束后，对静态和动态情况下测得的电化学试验数据进行分析。卸下被测试样，经超声波（丙酮）清洗后，采用天平称量冲蚀磨损试验后试样重量，实验前和试验后试样的重量差即为失重量。采用显微镜观察试样冲蚀磨损后表面形貌可以进一步分析每次试样材料的冲蚀磨损机理。为了保证试验结果的可靠性，同一组试验重复三次。