一种四氧化二氮环境电化学试验装置及试验方法

本发明属于特殊介质电化学分测试，具体涉及到一种用于四氧化二氮环境电化学测试装置及试验方法。

背景技术：

1、在航空工业领域中，四氧化二氮被广泛地用作双组元推进剂的氧化剂。纯净的四氧化二氮不具备腐蚀性，但工业生产的四氧化二氮往往含有少量水分（0.1%~0.4%），四氧化二氮与水发生歧化反应生成硝酸与亚硝酸，对金属材料具有较强的腐蚀性，在储存过程中易造成罐体的腐蚀与损坏，引发安全问题。

2、因此，针对四氧化二氮环境进行金属材料的腐蚀性能表征，对四氧化二氮的储存安全问题具有重要的意义。

技术实现思路

1、针对上述技术问题，本发明提供一种用于四氧化二氮环境电化学测试装置及试验方法，该装置结构合理、安全性高、操作简单，能够在四氧化二氮环境下进行金属材料电化学试验。

2、本发明采用的技术方案为：

3、一种用于高温高压四氧化二氮环境的电化学测试装置，所述装置包括装有四氧化二氮溶液的高压釜釜体、高压釜釜盖、用于测量四氧化二氮溶液温度的温度传感器、用于测量所述高压釜釜体内部压力的压力传感器、参比电极、对电极和工作电极；

4、所述温度传感器穿过所述高压釜釜盖插入所述高压釜釜体中与四氧化二氮溶液接触；

5、所述参比电极、所述对电极和所述工作电极穿过所述高压釜釜盖与所述高压釜釜体中的四氧化二氮溶液接触，所述工作电极采用待测试金属试样。

6、进一步地，所述高压釜釜体内部表面包括聚四氟乙烯内衬层；所述温度传感器的位于所述高压釜釜体内部的部分表面设置聚四氟乙烯涂层；所述温度传感器的位于所述高压釜釜体外部的部分表面设置有hc-22哈氏合金外壳。

7、所述参比电极、所述对电极、所述工作电极的外层均有聚四氟乙烯涂层，仅保留工作面暴露在四氧化二氮溶液中。

8、因此，在正常工作条件下，在所述电化学测试装置的高压釜釜体内，四氧化二氮液体仅与测试电极的工作面及聚四氟乙烯接触。

9、进一步地，在所述高压釜釜体的底部设置排液口，在所述高压釜釜盖上设置进气口和排气口；

10、所述压力传感器设置在所述高压釜釜盖上；在所述高压釜釜盖上还设置安全阀。

11、进一步地，所述进气口和高压气瓶或增压泵连接，通过增压泵或高压气瓶充气将釜体内压力增加至5mpa。

12、进一步地，采用的高压釜的内径为80~200mm，高度为150~200mm；

13、所述高压釜釜体的外层采用hc-22哈氏合金，外层hc-22哈氏合金层的厚度为4~10mm，所述高压釜釜体内部表面所述聚四氟乙烯内衬层的厚度为2~5 mm；

14、所述高压釜釜盖与所述高压釜釜体之间设置密封圈，并使用螺栓连接。

15、进一步地，在所述高压釜釜体的外部设置用于保温和加热的温度控制系统；

16、所述温度控制系统设置在高压釜釜体外，包括用于加热的电阻丝及用于保温的保温层；所述温度控制系统和所述温度传感器的测量温度形成反馈控制，能够实现将高压釜釜体内部温度控制在室温至150℃。

17、进一步地，三电极体系中，所述参比电极为固态ag/agcl电极，所述对电极为铂片电极；

18、所述参比电极与所述工作电极表面距离0.2-1mm，所述对电极的表面与所述工作电极的表面之间的距离固定为2~10mm；参比电极与所述工作电极表面距离0.2-1mm，使距离应尽可能小，从而降低溶液电阻；

19、进一步地，在高压釜体中设置与高压釜釜体内壁固定的电极夹具，所述电极夹具用于固定参比电极、对电极和工作电极；所述的电极夹具的材质为聚四氟乙烯。

20、进一步地，所述参比电极、所述对电极、所述工作电极与高压釜绝缘并在高压釜外留有导电接头用于接入电化学工作站。

21、一种高温高压四氧化二氮环境进行金属材料电化学测试的方法，采用所述用于高温高压四氧化二氮环境电化学测试装置，包括如下步骤：

22、s1：将所述高压釜釜体清洗干净后除水干燥，将参比电极、对电极、工作电极装入高压釜内，并使用电极夹具固定；

23、s2：关闭排液口，将试验用四氧化二氮液体倒入高压釜釜体，盖上高压釜釜盖，并使用螺栓紧固；

24、s3：打开温度控制系统，将高压釜釜体内温度控制在试验温度，关闭排气口，打开进气口，打开高压气瓶或打开增压泵；将高压釜釜体内压力控制为试验压力后关闭进气口及高压气瓶，或关闭增压泵；

25、s4：将参比电极、对电极、工作电极在釜外的导电接头接入电化学工作站，开始电化学测试；

26、s5：电化学测试结束后，先关闭加热及保温系统，开启排气口，泄压后打开高压釜釜盖并取出试样；

27、s6：对高压釜釜体内的四氧化二氮液体进行处理，清洗装置。

28、本发明的有益效果如下：

29、在金属腐蚀研究中，电化学试验是一种有效、快速地表征金属腐蚀性能的方法。电化学试验一般采用的三电极体系中，参比电极与工作电极之间存在液接电势，液接电势与溶液电阻及参比电极和工作电极之间的距离呈正比。在电化学试验中，过高的液接电势会影响试验结果，导致试验结果不准确。四氧化二氮具有很高的溶液电阻，要获得较低的、稳定的液接电势，需要尽可能地缩小参比电极与工作电极之间的距离。因此，本发明针对上述需求，设计了耐高压四氧化二氮环境的高压釜体，并通过电极夹具固定实验中的三电极，使参比电极和工作电极的距离恒定为1mm，以控制电化学测试中的液接电势。同时，通过控制工作电极与对电极的距离，可以保证获得稳定的溶解电阻，从而实现四氧化二氮溶液环境中金属材料的电化学测试。

30、本发明所采用的测试容器材质为外层hc-22哈氏合金，哈氏合金具有良好的耐腐蚀性和热稳定性，适用于各种含有氧化和还原介质的化工行业。高钼和铬含量使合金抗氯离子腐蚀，钨进一步提高了耐腐蚀性。同时，c-276 哈氏合金是唯一能抵抗湿氯气、次氯酸盐、二氧化氯溶液腐蚀的材料，对氯化铁、氯化铜等高浓度氯化盐溶液具有明显的耐腐蚀性。内层聚四氟乙烯内衬，四氟乙烯在高压四氧化二氮环境下具有极强的化学稳定性，较好的机械性能，不导电等优点。

31、本发明在测试容器内使用固态ag/agcl电极为参比电极，铂片电极为对电极，测试用金属试样为工作电极，可以实现高压四氧化二氮环境下金属试样的原位电化学测试。本发明采用电极夹具固定三电极体系，保证参比电极与工作电极之间距离足够小且距离恒定，并可以根据溶解导电率情况调整电极之间的距离并保持恒定，保证电化学测试结果的准确性。

32、本发明提供的装置设备简易、制作成本低、能耗低、操作简便，本方法能实现四氧化二氮腐蚀环境精确控制，可以实现腐蚀介质温度、压力的精确调节，可以准确模拟四氧化二氮工况环境，可以在高温高压四氧化二氮环境下实现金属材料的电化学测试，具有液接电势较小、溶解电阻可控、测试结果准确的特点，可以大大降低四氧化二氮环境下金属材料相容性的表征及材料筛选工作。