一种流道式动态介质电化学测试装置与方法与流程

本发明属于电化学腐蚀测量技术领域，涉及一种动态介质电化学测试装置和方法，尤其涉及一种金属和金属上涂层动态腐蚀的电化学测试装置和方法。

背景技术：

冲刷腐蚀(即动态腐蚀)是金属表面与腐蚀流体由于高速相对运动而引起的金属损坏现象，是材料受到冲刷和腐蚀协调作用的结果。与静态腐蚀相比，冲刷腐蚀对金属材料的损坏更加迅速和严重；在海洋工程中冲刷腐蚀屡见不鲜，由于冲刷腐蚀造成的管道、容器、热交换器等设备损坏、失效，增加了生产和维护成本，严重时造成重大安全事故。

针对冲刷腐蚀已经开展了大量研究，其中最普遍的是失重法，采用模拟管流装置，水泵推动水体冲刷管道的金属表面，优点是管道设计、水体流速、水体组成的模拟性与实际一致。缺点是缺少对于腐蚀过程如极化曲线和阻抗谱的监测或测量。

旋转圆盘法和旋转圆柱法可以对冲刷过程的工作电极进行电化学测量，但是旋转过程的状态与管路冲刷、以及船舶航行的状态相差较大，难以反映实际冲刷状态。

姜胜利等在《管流式内壁冲刷腐蚀试验装置》(专利申请号201310248151.4)中介绍了一种管流式内壁冲刷腐蚀试验装置，模拟管流中不同流速下管道表面切向力结构流型，材料的失重测量和电化学参数的实时测量等。万贝贝等在《一种金属动态腐蚀的电化学测试实验装置》(专利申请号201610034098.1)中介绍了一种金属动态腐蚀的电化学测试实验装置，采用流水槽设计，进行动态腐蚀的电化学测试。

以上研究方法和设计对冲刷腐蚀的过程有了一定程度的研究，但是由于电化学测试中对三电极的设计和安装，以及流速和流态的控制等方面有严格要求，相关的研究工作一直处于不断改善和提高过程中。

技术实现要素：

针对现有的静态腐蚀和旋转法无法反应船舶航行以及管道冲刷腐蚀实际工况的问题，本发明提供了一种流道式动态介质电化学测试装置，实现模拟船舶航行以及管道冲刷腐蚀的动态介质电化学测试。

为解决上述技术问题，本发明提供一种流道式动态介质电化学测试装置，其主体为密闭式流道，由盖板和流道两部分构成，通过设置三电极实现电化学测试。

其中，所述电化学测试装置还包括压板、试样工作电极、参比电极、辅助阳极、流道出水口、流道入水口、密封槽。

其中，所述试样工作电极包括工作电极本体、工作电极导线和工作电极触口。

其中，所示参比电极包括参比电极引线和参比电极本体。

其中，所述流道和盖板由PVC材料加工而成。

其中，所述流道位于下方，底部开设有参比电极通孔，用于安装固定参比电极，流道底部沿流水方向开设辅助阳极沟槽，用于安装辅助阳极。

其中，流道上方为盖板，盖板上设置有通孔，用于安装试样工作电极，流道和盖板边缘相对应的位置各开设一排螺丝孔，用于固定流道与盖板。

其中，在流道与盖板之间接触面开设密封槽，安装橡胶密封圈密封，防止介质泄漏。

其中，所述装置还外接电化学工作站、介质循环系统、温控系统、水流测试仪。

本发明还提供采用上述测试装置进行动态介质电化学测试的方法，具体为：

实验中腐蚀介质由进出口导引流经工作电极面，参比电极和辅助阳极，通过调节循环系统的压力和介质流量可以改变流道内介质的流动速率，实现不同流速下样品的极化曲线和交流阻抗等电化学测量。

有益的技术效果

(1)本发明提供的流道式动态介质电化学测试装置，可以对动态腐蚀试验中的金属或涂层样品进行电化学测量；

(2)本发明的装置中三电极的设置可以方便地与电化学工作站相连接；

(3)本发明的装置中参比电极通过压板固定，工作电极和辅助阳极通过环氧胶粘结固定和密封，参比电极与流道之间、流道与盖板之间通过橡胶圈密封，保证流道无渗漏；

(4)本发明的装置中三电极的设置可以保证流道的畅通，以及缓冲区的设置可以提高腐蚀介质流态的稳定性，从而提高测试稳定性；

(5)本发明的装置中循环系统和流速测试仪可以调节腐蚀液的流速并对流速进行测量，密闭式流道设计使得流道内流速随流量成正比变化，提高了流速调节效率和精度，从而提高测试效率和准确性；

(6)本发明的装置中的温控系统可以监测测试过程中腐蚀介质的温度，并通过加热或制冷系统进行温度调节，保持测试过程介质温度参数的恒定，以保证测试结果的准确度。

附图说明

图1动态介质电化学测试装置A-A剖面图；

图2动态介质电化学测试装置B-B剖面图；

图3动态介质电化学测试结果。

附图标记：1-流道主体；2-盖板；3-工作电极引线；4-工作电极本体；5-工作电极触口；6-辅助阳极；7-流道出水口；8-参比电极本体；9-参比电极引线；10-压板；11-入水口；12-密封槽。

具体实施方式

本发明提供一种流道式动态介质电化学测试装置，其主体为密闭式流道，由盖板和流道两部分构成。

所述电化学测试装置还包括压板、试样工作电极、参比电极、辅助阳极、流道出水口、流道入水口、密封槽。

所述试样工作电极包括工作电极本体、工作电极导线和工作电极触口。

所示参比电极包括参比电极引线和参比电极本体。

所述流道和盖板由PVC材料加工而成。

所述流道位于下方，底部开设有参比电极通孔，用于安装固定参比电极，流道底部沿流水方向开设辅助阳极沟槽，用于安装辅助阳极。

流道上方为盖板，盖板上设置有通孔，用于安装试样工作电极，流道和盖板边缘相对应的位置各开设一排螺丝孔，用于固定流道与盖板。

在流道与盖板之间接触面开设密封槽，安装橡胶密封圈密封，防止介质泄漏。

所述装置还外接电化学工作站、介质循环系统、温控系统、水流测试仪。

在所述流道背部参比电极安放位置压板，用于固定参比电极，压板上开设小孔用于将参比电极与外接口相连。

所述试样工作电极采用金属样品或金属表面涂覆涂层样品，将试样工作电极焊接导线后置于盖板的通孔中，通过环氧树脂固定试样，导线外接电化学工作站。

所述辅助阳极做成“┓”形状，水平部分安装于流道底部的沟槽中，竖直部分通过出口穿过流道底部可外接工作站，出口采用环氧树脂黏结密封。

流道入水口距离测试区设置缓冲区，工作电极工作面与盖板平面处于同一水平面内，参比电极与辅助阳极的工作面与流道底部处于同一水平面内，以此降低水流紊乱程度，提高水流的稳定性。

装置配套的介质循环系统可调节腐蚀液的成分、流速，温控系统调节腐蚀液的温度，水流测速仪监测腐蚀液的流速。

实验中腐蚀介质由进出口导引流经工作电极面，参比电极和辅助阳极，通过调节循环系统的压力和介质流量可以改变流道内介质的流动速率，实现不同流速下样品的极化曲线和交流阻抗等电化学测量。本发明的实验装置中工作电极安装于上方盖板中，通过标准化设计，有利于电极反应面积的控制和计算，实现批量试样准备，安装方便，提高测试效率。三电极的接入方式以及缓冲区的设置有利于保持流道内介质流态稳定，使得测试结果更加稳定可靠，有利于更好的分析材料在动态腐蚀环境中的腐蚀机理。

以下采用实施例和附图来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。

如图1和图2所示，本发明提供的流道式动态介质电化学测试装置，其主体为密闭式流道，由盖板2和流道1两部分构成，所述流道1位于下方，底部开设有参比电极通孔，用于安装固定参比电极本体8，流道底部沿流水方向开设辅助阳极沟槽，用于安装辅助阳极6，所述参比电极本体8由压板10固定，压板10上开设小孔将参比电极引线9与外接口相连。

流道1上方为盖板2，盖板上设置有通孔，用于安装试样工作电极4，流道和盖板边缘相对应的位置各开设一排螺丝孔，用于固定流道与盖板。所述试样工作电极本体4采用金属样品或金属表面涂覆涂层样品，将试样工作电极本体4焊接导线后置于盖板的通孔中，通过环氧树脂固定试样，工作电极导线3外接电化学工作站。

所述辅助阳极6做成“┓”形状，水平部分安装于流道底部的沟槽中，竖直部分通过出口穿过流道底部可外接电化学工作站，出口采用环氧树脂黏结密封。

在流道1与盖板2之间接触面开设密封槽12，安装橡胶密封圈密封，防止介质泄漏。

测试装置还包括流道出水口7、流道入水口11，实验中将三电极的外接接口分别连接电化学工作站，开启电化学工作站，循环水系统和温控系统，可以在动态介质条件下开展电化学试验，通过电脑观察试样的动态腐蚀电化学极化曲线以及交流阻抗等实验结果。实验过程如下：腐蚀液由循环系统流入进液口，再通过参比电极8、工作电极7和辅助阳极6，通过出液口进入循环系统进入下一循环。

本发明的装置中循环系统和流速测试仪可以调节腐蚀液的流速并对流速进行测量，获得设定的流速进行电化学测量。以下是碳钢材料分别在0m/s、5m/s和10m/s流速下测得的极化曲线，如图3所示。结果表明，本发明的装置可以进行金属或涂层动态介质电化学测试，流道式冲刷更加符合船舶航行或管路实际的工况，装置结构简单，工作状态稳定，操作方便，为研究金属或涂层样品在动态介质下的腐蚀机理提供了方便、稳定的实验手段。

所有上述的首要实施这一知识产权，并没有设定限制其他形式的实施这种新产品和/或新方法。本领域技术人员将利用这一重要信息，上述内容修改，以实现类似的执行情况。但是，所有修改或改造基于本发明新产品属于保留的权利。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。