本實用新型屬于模擬縫隙腐蝕技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種模擬縫隙腐蝕的電化學(xué)試驗裝置。
背景技術(shù)：
對于鉚接、焊接、螺紋連接以及法蘭盤端面等構(gòu)件來說，當(dāng)金屬與金屬之間或者金屬與非金屬之間存在縫隙，并且縫隙內(nèi)的腐蝕介質(zhì)處于滯流狀態(tài)時，很容易在縫隙處引起金屬材料的局部腐蝕，一般把這種現(xiàn)象稱為縫隙腐蝕。發(fā)生縫隙腐蝕時，縫隙內(nèi)部陽極溶解過程的產(chǎn)物向外擴散受到限制，使得縫隙內(nèi)金屬陽離子濃度升高和正電荷過剩，促使縫隙外Cl-向縫隙內(nèi)遷移。金屬氯化物的水解使得縫隙內(nèi)pH值下降，進一步加速了陽極溶解。陽極溶解的加速又引起更多的Cl-遷入，造成縫隙內(nèi)氯化物濃度增加，氯化物水解又使得縫隙內(nèi)pH值進一步下降。這樣就形成一個自催化過程，使縫隙內(nèi)金屬的腐蝕溶解速度加速進行。
對于金屬材料抗縫隙腐蝕性能的評價，目前主要依據(jù)ASTM G48和GB/T 10127標(biāo)準(zhǔn)進行。但是這兩個標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法都是在特定條件下進行的，即不能反映材料在實際工況條件下的抗縫隙腐蝕性能，也不能反映縫隙腐蝕的過程和機理。專利文獻【CN 103528944A】公開的試驗裝置雖然能實時采集縫隙腐蝕時的電化學(xué)信息，有助于獲得縫隙腐蝕的部分機理，但是一方面不能獲得對縫隙腐蝕影響最為關(guān)鍵的pH值的實時變化情況，另一方面也存在無法模擬更接近工況的腐蝕環(huán)境等問題。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型的目的是提供一種模擬縫隙腐蝕的試驗裝置，該裝置能體現(xiàn)縫隙腐蝕時腐蝕介質(zhì)處于滯流狀態(tài)這一核心特征，完成不同溶液、氣氛、溫度以及縫隙尺寸條件下的縫隙腐蝕性能評價，能實時測量腐蝕過程中滯流介質(zhì)的pH值變化規(guī)律和材料表面的電化學(xué)參數(shù)，并能夠測試材料在不同電化學(xué)參數(shù)下的縫隙腐蝕性能。
為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案是：一種模擬縫隙腐蝕的試驗裝置，包括有外溶液池，外溶液池頂蓋設(shè)有進氣管和排氣管；外試樣通過輔助電極引線懸在外溶液池內(nèi)；外溶液池底部通過進液管與內(nèi)溶液池底部相連通；內(nèi)溶液池頂部從左至右依次設(shè)有抽氣管、微型pH電極和毛細(xì)管；內(nèi)溶液池的右側(cè)通過試樣壓頭進行密封；在試樣壓頭的左端設(shè)有內(nèi)試樣，內(nèi)試樣左側(cè)設(shè)有聚四氟乙烯墊圈；內(nèi)試樣通過工作電極引線連接電化學(xué)工作站的工作電極。
所述的外溶液池的右側(cè)壁與內(nèi)溶液池左側(cè)壁之間設(shè)有孔。
所述的內(nèi)試樣在溶液中的暴露面積約為1cm2。
所述的抽氣管連接外部真空設(shè)備。
所述的毛細(xì)管作為鹽橋連接電化學(xué)工作站的參比電極。
所述的輔助電極引線、工作電極引線均采用銅線。
所述的毛細(xì)管采用魯金毛細(xì)管。
本實用新型的有益效果是：
由于設(shè)有外溶液池，所以可以模擬縫隙外的腐蝕環(huán)境；由于設(shè)有內(nèi)溶液池，所以可以模擬縫隙內(nèi)的腐蝕環(huán)境；由于外溶液池與內(nèi)溶液池之間設(shè)有孔，所以可以模擬不同的縫隙寬度；由于外溶液池上設(shè)有進氣管，所以可以給外溶液池中通入CO2、H2S等不同的氣體，形成不同的腐蝕環(huán)境；由于抽氣管與真空設(shè)備相連，所以可對內(nèi)溶液池抽真空，以避免內(nèi)溶液池中的氧氣對測試產(chǎn)生影響；由于外試樣、內(nèi)試樣和毛細(xì)管組成三電極體系，所以可進行電化學(xué)信息的實時采集；可以測試材料在不同外加電參數(shù)下的縫隙腐蝕特征；將該裝置置于不同的恒溫環(huán)境中，可以進行不同溫度下的縫隙腐蝕特征研究。
本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，不僅能反映材料在實際工況條件下的抗縫隙腐蝕性能，也能反映縫隙腐蝕的過程和機理。
附圖說明
圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖1中，1—外溶液池；2—排氣管；3—進氣管；4—輔助電極引線；5—外試樣；6—進液管；7—孔；8—聚四氟乙烯墊圈；9—內(nèi)試樣；10—試樣壓頭；11—抽氣管；12—微型pH電極；13—毛細(xì)管；14—內(nèi)溶液池；15—工作電極引線。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本實用新型的結(jié)構(gòu)原理和工作原理作進一步詳細(xì)說明。
參見圖1，一種模擬縫隙腐蝕的試驗裝置，包括有外溶液池1，外溶液池1頂蓋設(shè)有進氣管3排氣管2；外試樣5通過輔助電極引線4懸在外溶液池1內(nèi)；外溶液池1底部通過進液管6與內(nèi)溶液池14底部相連通；內(nèi)溶液池14頂部從左至右依次設(shè)有抽氣管11、微型pH電極12和毛細(xì)管13；內(nèi)溶液池14的右側(cè)通過試樣壓頭10進行密封；在試樣壓頭10的左端設(shè)有內(nèi)試樣9，內(nèi)試樣9左側(cè)設(shè)有聚四氟乙烯墊圈8；內(nèi)試樣9通過工作電極引線15連接電化學(xué)工作站的工作電極。
所述的外溶液池1的右側(cè)壁與內(nèi)溶液池14左側(cè)壁之間設(shè)有孔7。
所述的內(nèi)試樣9在溶液中的暴露面積約為1cm2。
所述的抽氣管11連接外部真空設(shè)備。
所述的毛細(xì)管13作為鹽橋連接電化學(xué)工作站的參比電極。
所述的輔助電極引線4、工作電極引線15均采用銅線。
所述的毛細(xì)管13采用魯金毛細(xì)管。
外溶液池1用來模擬縫隙外的腐蝕環(huán)境，內(nèi)溶液池14用來模擬縫隙內(nèi)的腐蝕環(huán)境，外溶液池、內(nèi)溶液池通過孔7連通；孔7內(nèi)可以填充不同孔隙度的多孔材料，用來模擬不同的縫隙寬度；進氣管3用于給外溶液池1中通入CO2、H2S等不同的氣體，形成不同的腐蝕環(huán)境，多余的氣體由排氣管2排出處理；進液管6用于將外溶液池1中的液體引入內(nèi)溶液池14；抽氣管11連接外部真空設(shè)備，對內(nèi)溶液池14抽真空，以避免內(nèi)溶液池中的氧氣對測試產(chǎn)生影響。微型pH電極12可以對內(nèi)溶液池14中的溶液pH值進行實時測量；外試樣5用來模擬縫隙外的材料，焊接在其上的銅導(dǎo)線4連接電化學(xué)工作站的輔助電極；內(nèi)試樣9用來模擬縫隙內(nèi)的材料，焊接在其上的銅導(dǎo)線15連接電化學(xué)工作站的工作電極；毛細(xì)管13作為鹽橋連接電化學(xué)工作站的參比電極。這樣，外試樣5、內(nèi)試樣9和毛細(xì)管13（連接參比電極）構(gòu)成三電極體系，連接電化學(xué)工作站后可進行電化學(xué)信息的實時采集。聚四氟乙烯墊圈8置于內(nèi)試樣9一側(cè)，靠試樣壓頭10螺紋旋緊對內(nèi)溶液池14中的溶液進行密封，同時依靠聚四氟乙烯墊圈8的內(nèi)徑保證內(nèi)試樣9在溶液中的暴露面積約為1cm2。改變電化學(xué)工作站的參數(shù)，可以測試材料在不同外加電參數(shù)下的縫隙腐蝕特征；將該裝置置于不同的恒溫環(huán)境中，可以進行不同溫度下的縫隙腐蝕特征研究。
制備所需測試試樣，其中內(nèi)試樣9加工成圓片形，外試樣5加工成方片形，內(nèi)外試樣的面積比控制在1:50之內(nèi)，并且在外試樣5、內(nèi)試樣9上分別焊上引線4和引線15。測試時，將聚四氟乙烯墊圈8置于內(nèi)試樣9靠近內(nèi)溶液池一側(cè)，旋緊試樣壓頭10的螺紋，壓緊內(nèi)試樣9和聚四氟乙烯墊圈8。關(guān)閉進液管6和抽氣管11上的閥門。將配置好的溶液注入外溶液池1，蓋好蓋子并密封。將引線4、引線15和毛細(xì)管鹽橋13分別連接到電化學(xué)工作站的輔助電極、工作電極和參比電極上，并注意引線4和外試樣5的焊點與溶液絕緣。
從進氣管3通入氮氣對溶液除氧，大約1小時后將氣源換成CO2氣體，模擬CO2腐蝕環(huán)境。打開抽氣管11上的閥門對內(nèi)溶液池14抽真空，然后打開進液管6上的閥門，使得外溶液池1中的溶液進入內(nèi)溶液池14。待內(nèi)溶液池14充滿溶液后，關(guān)閉抽氣管11和進液管6上的閥門。啟動電化學(xué)工作站，設(shè)置電化學(xué)工作參數(shù)，對試樣在腐蝕過程中的電化學(xué)信息進行實時測量。同時，通過pH電極12，實時測量內(nèi)溶液的pH值。
若要測試縫隙尺寸對材料縫隙腐蝕性能的影響，可以在小孔7內(nèi)填充孔隙率不同的各類多孔材料，形成不同程度的滯流效果。