一种通电金属导体的大气腐蚀薄液膜实验装置和实验方法与流程

本发明具体涉及一种通电金属导体的大气腐蚀薄液膜实验装置和实验方法，属于电化学测试。

背景技术：

1、目前长距离的电力输电主要是通过裸线传输来实现，在输电网中，裸露铝或铝合金导线在大气环境中服役，除了受大气中温度、湿度和污染物等影响外，还受到输电工况产生的电场和磁场的影响，电力行业中电磁场对输变电设备造成的腐蚀已受到关注，电力行业中由于电磁场的作用而使输电设备发生腐蚀破坏的现象不断发生。作为电力设备的一种典型服役环境，电磁场对金属材料大气腐蚀的影响有别于许多传统因素。相关研究表明，电场、电流环境可加速金属的腐蚀。但是，现有的研究中大部分关注了大气环境下金属的腐蚀机理，亟待进一步开展在电流通过条件下的金属大气腐蚀以及试验方法的研究。因此，进一步研究通电工况下电磁场环境对金属大气腐蚀的影响以及试验方法，对提升导体金属材料的防腐和选型有重大意义。

2、在输变电系统中，金属导体在服役时有电流通过，金属导体表面由于电流通过会产生较强的电场和磁场，对导体金属的腐蚀有很大的影响。大气腐蚀试验常用盐雾试验法和电化学测量方法进行研究，其中，电化学测量具有快速、有效等优点，不但可以获得金属材料在大气中的腐蚀速率，还可以深入研究金属大气腐蚀过程动力学机理。大气腐蚀电化学测量常用薄液膜装置进行测量，通过在金属电极表面获得一定厚度的电解液液膜，并建立三电极体系来研究金属在大气环境中初期的腐蚀过程动力学。

3、目前，常用的薄液膜装置无法满足通电工况下的金属大气腐蚀研究，主要原因在于：1、薄液膜装置中的电极无法实现电流均匀通过电极本身；2、由于薄液膜体系中液膜的建立环境要求较高，一般是平整的电极表面，而平整的块体电极在通过电流时，电极表面的电磁场分布不均匀，无法满足不同电磁场水平的测量；3、在大电流通电时，金属由于通过电流会产生发热现象，需要进行冷却来确保电极在既定温度下的研究。因此，需要一种能够适用于通电工况下的金属导体大气腐蚀薄液膜实验的装置和方法来实现金属大气腐蚀研究。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种通电金属导体的大气腐蚀薄液膜实验装置和实验方法，构建了满足通电导体服役工况的薄液膜装置，可针对各种不同服役下通电导体金属进行不同环境水平参数的大气腐蚀薄液膜电化学测量。

2、本发明的技术方案如下：

3、本发明提供一种通电金属导体的大气腐蚀薄液膜实验装置，包括薄液膜系统、三电极系统、恒温系统和恒流电源系统；所述薄液膜系统为金属导体提供腐蚀实验薄液膜环境，包括装有电解质溶液的容器和包裹三电极系统外的薄液膜介质，薄液膜介质延伸至电解质溶液中；所述三电极系统包括作为工作电极的通电金属导体、参比电极和对电极；所述金属导体通过支架水平固定，穿过循环水装置的容器后，两端与恒温系统、恒流电源系统连接；所述恒温系统为在通电金属导体两端引入的循环水装置，使得工作电极实现所需温度工况；所述恒流电源系统为金属导体供电，提供通过金属导体所需要的恒定电流。

4、进一步地，金属导体表面分别缠绕有铂丝和覆盖有agcl的银丝，铂丝与恒电位仪的对电极端连接，作为对电极；覆盖有agcl的银丝与恒电位仪的参比电极端连接，作为参比电极；金属导体通过导线引出与恒电位仪的工作电极端连接；金属导体表面与缠绕的铂丝和覆盖有agcl的银丝的接触位置处涂覆有绝缘膜。

5、进一步地，所述薄液膜介质为多孔薄膜载体，多孔薄膜载体延伸至电解质溶液中。

6、进一步地，所述恒温系统包括固定在金属导体外侧的冷却管，冷却管与恒温槽出水口连接，调节循环水温度。

7、进一步地，所述装有电解质溶液的容器侧壁设置有若干小孔，与大气连通。

8、本发明的还提供一种利用上述装置进行通电金属导体的大气腐蚀薄液膜实验的方法。

9、进一步地，所述通电金属导体的大气腐蚀薄液膜实验方法，包括以下步骤：

10、(1)采集通电金属导体的服役工况；

11、(2)制作金属导体试样，在参比电极和对电极缠绕位置处涂覆绝缘膜并干燥，在金属导体两端固定冷却管，冷却管外接恒温槽，将金属导体水平固定在支架上，同时在金属导体上固定电解质溶液的容器；

12、(3)将金属导体表面打磨、抛光、清洗干净后，将铂丝和覆盖有agcl的银丝缠绕在涂覆绝缘膜的相应位置处，铂丝、覆盖有agcl的银丝和金属导体上通过各自的引线引出并穿过容器后分别与恒电位仪的参比电极端、对电极端和工作电极端连接，同时将金属导体两端的接线与恒流电源系统的两极连接；

13、(4)实验开始后，根据服役工况，调节恒流电源系统使得电流通过金属导体，冷却管内通循环水，实时监测金属导体表面温度并通过恒温槽的温度控制系统进入冷却管的循环水实现控温；

14、(5)在容器底部注入电解质溶液，在金属导体上缠绕薄液膜介质并使其延伸至电解质溶液中，使得电解质溶液充满薄液膜介质；

15、(6)开启恒电位仪，根据需要测量开路电位，稳定后即可进行电化学测量；

16、(7)实验结束后，关闭恒流电源系统，关闭恒温槽，对电化学数据进行解析可获得通电工况下金属导体的腐蚀速度、腐蚀过程动力学参数。

17、进一步地，采集的服役工况包括服役大气环境、温度、污染物水平和金属导体通过的电流值大小。

18、进一步地，制作金属导体试样时，金属导体的直径需根据电流大小或工况电磁场强度进行确定。

19、进一步地，根据金属导体的服役工况设定恒流电源系统提供的电流大小，包括交流和直流，电流范围为0～500a。

20、相较于现有技术，本发明的有益效果在于：

21、1、本发明提供的通电金属导体的大气腐蚀薄液膜实验装置满足通电导体服役工况下的薄液膜实验，其中，金属导体的两端的接线与恒流电源系统的两极连接，通过恒流电源系统为金属导体提供所需的恒定电流，能够实现电流均匀通过电极本身；构建了满足通电导体服役工况下的薄液膜装置；

22、2、在本发明的实验装置中金属导体的两端引入循环水装置，调节循环水温度，通过金属导体的导热性，使得作为工作电极的金属导体实现所需温度工况，避免金属由于通过电流产生发热现象，确保电极在既定温度下的研究；

23、3、本发明为金属导体提供薄液膜系统，确保在三电极体系周围有恒定的温度，确保了液膜的稳定性，同时在金属导体外侧包裹多孔薄膜载体，将多孔薄膜载体延伸至电解质溶液中，能够保证溶液通过毛细作用充满多孔薄膜载体，克服由于电极表面不平整导致的无法满足不同电磁场水平的测量，可对各种不同服役下通电金属导体进行不同环境水平参数的大气腐蚀薄液膜电化学测量。

24、附图标记

25、图1为本发明通电金属导体的大气腐蚀薄液膜实验装置；

26、图2为实施例3中相同直流电流下金属铝在不同厚度薄液膜下的极化曲线；

27、图3为实施例3中不同薄液膜厚度下金属铝的腐蚀电流密度；

28、图4为实施例3中不同电流相同薄液膜厚度下铝的极化曲线；

29、图5为实施例3中不同电流薄液膜下金属铝的腐蚀电流密度；

30、图6为实施例3中通过相同电流作用下铝的阻抗谱响应随薄液膜厚度的变化相关图；

31、图7为实施例3中通电电流作用下铝的大气腐蚀电化学阻抗谱拟合用等效电路；

32、图8为实施例3中铝在通电条件下的拟合参数rct随液膜厚度的变化关系；

33、图9为实施例3中相同薄液膜厚度下铝的阻抗谱响应随电流的变化相关图；

34、图10为实施例3中铝在薄液膜条件下的拟合参数随电流的变化关系。

35、附图中标记表示为：

36、1、绝缘膜；2、薄液膜介质；3、容器；4、电解质溶液；5、冷却管；6、恒流电源；7、支架；8、金属导体；9、工作电极；10、对电极；11、参比电极。