[發(fā)明專利]一種用于現(xiàn)場監(jiān)測耐候鋼銹層腐蝕的電化學(xué)探頭和測量方法

有效

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• 申請日: 2020-11-05
• 公開（公告）號: CN112461745B
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫虎元;孫洪斌;姜金鳳;尹貽新;李輝;劉振華;徐少俠
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院海洋研究所;山東濰萊高速鐵路有限公司
• 主分類號: G01N17/02
• 分類號: G01N17/02;G01N17/04;G01N17/00
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標(biāo)代理有限公司 21002
• 代理人: 于曉波

本發(fā)明公開了一種用于現(xiàn)場監(jiān)測耐候鋼銹層腐蝕的電化學(xué)探頭和測試方法，屬于材料腐蝕的現(xiàn)場監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域。該電化學(xué)探頭外邊緣是由惰性金屬電極構(gòu)成，探頭中央是一個待測量的金屬電極，處于兩者之間的是4個處于特殊位置的參比電極，這些電極之間用填充固化絕緣膠進(jìn)行電信號隔離，并為所有電極設(shè)置引出線。工作時(shí)，電極表面采用水平放置，具有較大的平整工作面。本發(fā)明的電化學(xué)監(jiān)測探頭具有結(jié)構(gòu)簡單、易于加工的特點(diǎn)，對于材料的適用性強(qiáng)，特別是考慮了大氣腐蝕下的薄液層因素，合理設(shè)計(jì)了探頭的結(jié)構(gòu)和連接方式，最大限度地保證了電信號的傳輸。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及材料腐蝕的現(xiàn)場監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于現(xiàn)場監(jiān)測耐候鋼銹層腐蝕的電化學(xué)探頭和測量方法。

背景技術(shù)

為了實(shí)時(shí)了解耐候鋼銹層在自然環(huán)境中的腐蝕性和可持續(xù)性，特別是對處于服役中的耐候鋼材進(jìn)行實(shí)時(shí)的現(xiàn)場監(jiān)測，研究并開發(fā)一種用于現(xiàn)場監(jiān)測耐候鋼銹層腐蝕的電化學(xué)探頭至關(guān)重要。

耐候鋼相對于普通碳鋼來說有較好的耐大氣腐蝕性能，其原因是在表面形成了致密的氧化層,阻礙了腐蝕介質(zhì)的進(jìn)入，保護(hù)了鋼基體[Kaesche H.Metalli c corros,National Association of corrosion Engineers,1985:8；Yamashita M,Miyuki H,Matsuda Y et al.Br Corros J,1994,2:283]。

由于鋼基體耐蝕性相對較弱，在耐候鋼表面是否形成了具有良好耐腐蝕性能的耐候鋼銹層，是耐候鋼腐蝕性評價(jià)的關(guān)鍵。這些致密的保護(hù)性銹層在現(xiàn)場服役情況下，如果受到了破壞，例如表面銹層變得疏松，或者有微裂紋等存在，都會使其對鋼基體的保護(hù)作用受到嚴(yán)重影響[梁彩鳳,侯文泰.合金元素對碳鋼和低合金鋼在大氣腐蝕中耐腐蝕性的影響[J].中國腐蝕與防護(hù)學(xué)報(bào),1997,17:87]。耐候鋼的耐腐蝕性能與其銹層的結(jié)構(gòu)、成分以及電化學(xué)行為密切相關(guān)，因此對銹層的研究一直是耐候鋼研究的關(guān)注點(diǎn)，所使用的儀器設(shè)備包括X射線衍射分析(XRD)、電子探針顯微分析儀、穆斯堡爾譜分析以及各種電化學(xué)分析等測試手段等。

有別于對銹層進(jìn)行現(xiàn)場樣品收集和進(jìn)行較長時(shí)間的儀器分析(如XRD等)方法，本發(fā)明涉及一種用電化學(xué)方法現(xiàn)場快速測量耐候鋼銹層腐蝕速率的測量電極組合，其典型應(yīng)用情況下的測試只需有十幾秒的時(shí)間，便可獲得耐候鋼銹層腐蝕速率等數(shù)據(jù)。這種用于現(xiàn)場監(jiān)測耐候鋼銹層腐蝕的電化學(xué)探頭，適用于所有能夠測量極化電位和極化電流的電化學(xué)測量儀器。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種用于現(xiàn)場監(jiān)測耐候鋼銹層腐蝕的電化學(xué)探頭和測量方法，設(shè)計(jì)了耐候鋼銹層腐蝕的測量電極組合，并利用電化學(xué)方法對銹層腐蝕進(jìn)行現(xiàn)場測量，特別適合在有及時(shí)獲取耐候鋼銹層腐蝕數(shù)據(jù)需求的場景下應(yīng)用。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

一種用于現(xiàn)場監(jiān)測耐候鋼銹層腐蝕的電化學(xué)探頭，包括惰性金屬電極、待測量金屬電極、參比電極和固化絕緣膠，其中：所述惰性金屬電極布置于所述探頭的外邊緣，待測量金屬電極設(shè)于探頭中央，所述惰性金屬電極與待測量金屬電極之間的空間設(shè)置若干參比電極，所述惰性金屬電極、待測量金屬電極與參比電極之間的空隙填充固化絕緣膠進(jìn)行電信號隔離。

所述惰性金屬電極為環(huán)形板狀結(jié)構(gòu)，其橫截面為正方形環(huán)狀，內(nèi)框邊長為d；所述待測量金屬電極位于所述惰性金屬電極的正中間，所述待測量金屬電極為圓形結(jié)構(gòu)，其徑向截面半徑為R；所述參比電極為4個，分別位于所述惰性金屬內(nèi)側(cè)四角與所述待測量金屬電極外邊緣之間，所述參比電極為圓柱狀，徑向截面半徑為r；三種電極中任意兩種電極的邊緣之間的最短距離都相同。

所述電化學(xué)探頭中各電極尺寸設(shè)計(jì)需要滿足如下的公式(1)：

在組裝探頭中各電極時(shí)，參比電極的外緣到惰性電極內(nèi)框直角兩直角邊的最短距離均為x，待測量金屬電極外緣到惰性電極內(nèi)框的最短距離為x，參比電極的外緣與待測量金屬電極外緣的最短距離為x，且需要滿足如下的公式(2)：