一种海洋环境异种金属电偶腐蚀试验装置及其方法与流程

1.本发明属于腐蚀防护技术领域，具体涉及一种腐蚀试验技术。


背景技术：

2.金属在高温、高湿、高盐的热带海洋盐雾环境中，会发生电偶腐蚀，导致材料强度、塑性、韧性等力学性能下降，缩短设备寿命，甚至造成灾难性事故。
3.电偶腐蚀是普遍存在且代价高昂的工业技术难题，本质原因在于：具有腐蚀电位差的两种不同金属，在电解质环境中偶接，构成宏观腐蚀原电池，产生原电池效应，加速失效过程。探究海洋环境中的异种金属电偶腐蚀过程，模拟海洋环境中的金属偶接腐蚀行为，为进一步研究电偶腐蚀提供技术参考和理论依据，具有重要意义。
4.传统电偶腐蚀试验的夹具设计试件尺寸偏大，后期微观表征时，需要二次切割加工。试件直接打孔，引入应力腐蚀等干扰因素。偶接程序复杂，不方便同时进行多组试验，无法在同一试件的不同表面同时实现电偶腐蚀与电化学腐蚀。


技术实现要素：

5.本发明为了解决现有技术存在的问题，提出了一种海洋环境异种金属电偶腐蚀试验装置，为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案。
6.装置包括腐蚀介质容器、两个偶接板和数个偶接块，两个偶接板的材质和尺寸相同，相对平行放置，偶接块成对出现，每一对采用两种具有不同电极电势的金属，分别安装于两个偶接板的内侧，一面互相接触，另一面不接触，置入腐蚀介质容器，接触面发生电偶腐蚀，非接触面发生电化学腐蚀，既能对比不同金属之间的电偶腐蚀差异，又能对比不同金属之间的电化学腐蚀差异。
7.进一步的，偶接板包括数个孔洞，两个偶接板的孔洞位置一一对应，每一对偶接块分别嵌入对应孔洞，使不同电极电势的异种金属对在相同的时间和盐雾介质中，各自发生电偶腐蚀和电化学腐蚀，对比不同金属组合在相同腐蚀条件下的电偶腐蚀和电化学腐蚀的差异。
8.孔洞形状类沉头孔，非接触面一侧的直径8毫米、深2.1毫米，接触面一侧的直径10.2毫米、深2.9毫米，偶接块的直径10毫米、高3毫米，防止偶接块脱落，接触面贴紧，确保电偶腐蚀在接触面充分发生，非接触面暴露在盐雾介质中，确保电化学腐蚀在非接触面充分发生，电偶腐蚀和电化学腐蚀同时发生。
9.进一步的，偶接板包括数个螺纹孔，螺栓穿过螺纹孔，紧固两块偶接板，使上下两个偶接块面接触，确保电偶腐蚀在接触面充分发生。
10.偶接板和螺栓采用耐腐蚀材质，与偶接块不发生电偶反应，偶接板可以采用尼龙66材质，螺栓可以采用不锈钢材质，既能避免偶接板和螺栓自身发生电化学腐蚀，又能避免偶接板和螺栓与偶接块发生电偶腐蚀，影响试验结果。
11.本发明还提出了一种海洋环境异种金属电偶腐蚀试验方法，为了实现上述目的，
本发明采用了以下技术方案。
12.均匀打磨每个偶接块，去除表面污垢及锈蚀物，依次用石油醚、丙酮、无水乙醇超声清洗，具有不同电极电势的偶接块两两组成一对，一块作为阳极，一块作为阴极，分别安装于两个偶接板的对应孔洞，一面互相接触，一面暴露于盐雾介质中，腐蚀完成后取出，拧松螺栓，自然晾干，用流动纯水轻洗，用鼓风箱烘干。
13.进一步的，持续对偶接板喷雾，喷雾由含3-5％的nacl水溶液制成，模拟海面的空气环境，对比0h、24h、240h的阳极金属接触面和非接触面的腐蚀效果，体现电偶腐蚀和电化学腐的效果随时间延长产生的差异。
14.进一步的，偶接板部分浸入3-5％的nacl水溶液，模拟漂浮海面的状态，对比盐雾气氛、气液界面和液体浸泡的腐蚀效果，盐雾气氛由富氧和腐蚀气体组成，气液界面由富氧和腐蚀液体组成，液体浸泡由贫氧和腐蚀液体组成，对比三种腐蚀介质产生的差异。
15.进一步的，偶接板分别浸入纯水和3-5％的nacl水溶液，对比纯水和盐雾液体的腐蚀效果，体现纯氧和盐雾液体为主的腐蚀差异。
16.本发明的有益效果：用不同电极电势的异种金属对作为试验样品，结构合理，操作性强，可靠性强，安装、拆取便捷，后续微观表征不必二次切割加工，可以同时进行多组试验，模拟不同腐蚀环境，为海洋环境中的异种金属电偶腐蚀提供数据。
附图说明
17.图1是试验装置结构，图2是嵌入区域局部，图3是模拟腐蚀环境，图4是盐雾气氛中铝的非接触面腐蚀效果图，图5是盐雾气氛中铝的接触面腐蚀效果图。
18.附图标记：1-偶接板，2-固定孔，3-外侧孔，4-螺栓，5、7、11、12、13、14-螺纹孔，6-内侧孔，8-非接触面，9-接触面，10-偶接块，15-试验装置，16-盐雾液体，17-容器。
具体实施方式
19.以下结合附图对本发明的技术方案做具体的说明。
20.试验装置结构如图1所示，两块尼龙66材质的偶接板1上下相对平行放置，上下相对的一面是偶接块接触面，另一面是偶接块非接触面。
21.偶接板1挖设类沉头孔形状的孔洞，非接触面一侧的外侧孔3直径8毫米、深2.1毫米，接触面一侧的内侧孔6直径10.2毫米、深2.9毫米。
22.数个具有不同电极电势的异种金属圆柱体作为偶接块10，直径10毫米、高3毫米，嵌入内侧孔6，如图2所示，接触面9实现电偶腐蚀，非接触面8实现电化学腐蚀。
23.偶接板1钻螺纹孔5、7、11、12、13、14，用不锈钢材质的螺栓4紧固两块偶接板1，使上下两个偶接块10面接触。
24.偶接板1四个顶角挖设固定孔2，形成试验装置15，置于容器17内的盐雾液体16中。模拟海洋环境中的腐蚀试验，如图3所示。
25.用美国q-fog cct1100型循环腐蚀盐雾试验箱，依照gjb 150.11a-2009军用装备试验室环境试验方法第11部分，加热箱温度35℃，盐水箱温度47℃，用5％的nacl，ph值6.5至7.2，连续喷雾。
26.用240#砂纸均匀打磨zl205a铝合金和45#碳钢裸基金属的试件表面，去除表面污
垢及锈蚀物，增加表面粗糙度。
27.依次用石油醚、丙酮、无水乙醇超声清洗，放入50℃鼓风干燥箱中吹干0.5h，备用试件储存在干燥器内，隔绝潮湿氧化环境。
28.记录每组偶接块的金属类别、所在位置序列、试验起止时间、试验仪器运行状况，铝面在上，钢面在下，避免钢腐蚀产物污染堆积在铝表面。
29.试验结束，取出试样，螺栓微微拧松，尽可能的减少腐蚀产物的损耗，室内自然晾干0.5至1h再清洗，用不高于40℃的流动纯水轻洗，去除表面附着的杂质，减少腐蚀产物的脱落，避免影响试验结果，用40至45℃鼓风箱烘干1至2h，置于干燥器内，不受后期的其它腐蚀的影响。
30.实施例一：试验装置全部浸入盐雾液体，对比0h、24h、240h的铝接触面和非接触面的腐蚀效果。
31.0h的铝表面光洁平整，具有金属光泽，可见明显的打磨痕迹，如图4和5所示。
32.24h的铝表面失去金属光泽，接触面发生局部腐蚀，生成分布稀疏的白色絮状腐蚀产物，伴有微裂缝，占据近半表面积，钢接触面发生电化学腐蚀，生成红褐色铁氧化物，转移到铝接触面，部分白色腐蚀产物表面有红色腐蚀产物，如图5所示，非接触面完全暴露在盐雾气氛中，与h2o、cl-等腐蚀介质充分接触，发生剧烈的氧化腐蚀反应，生成灰白相间的腐蚀产物，如图4所示。
33.240h的铝表面全部腐蚀，呈棕红色，局部有白色，随着腐蚀时间延长，钢腐蚀产物大量附着铝接触面，产生持续的活性溶解作用，使铝接触面不断产生新裂纹缝隙，为o2、h2o、cl-提供扩散通道，沿着裂缝渗入基体，逐渐增强接触面的相互作用力，由于自身电位差构成宏观腐蚀电池，低电位的铝优先腐蚀，生成新的胞状腐蚀产物，使接触面的腐蚀产物相互粘连，不断增厚，紧密堆积，结构致密，如图5所示，非接触面表面凹凸不平，均匀分布灰白相间的斑点状腐蚀产物，边缘受到接触面腐蚀的红褐色扩散，如图4所示。
34.0至24h的腐蚀初期，腐蚀速率大，生成al2o3、alo(oh)、al(oh)3腐蚀产物，随着铝接触面的腐蚀溶解和铝腐蚀产物的隔离，减弱电偶腐蚀效应，钢接触面的阴极保护作用减弱，氧化腐蚀加剧，铁腐蚀产物α-feooh、γ-feooh、fe3o4附着、转移、沉积到铝接触面，铝非接触面的cl-吸附、活化、溶解，处于al2o3钝化膜腐蚀溶解与再钝化的动态平衡。
35.实施例二：试验装置部分浸入盐雾液体，对比盐雾气氛、气液界面和液体浸泡的腐蚀效果。
36.更多的o2导致氧化程度更高，铝接触面的腐蚀程度从高到低依次为盐雾气氛、气液界面、液体浸泡，气液界面以上的腐蚀产物脱落到液体汇集、沉积，气液界面以下的浸泡环境随着nacl沉积，增加表面的吸湿性和导电性，加速金属的初期腐蚀，使浸泡生成的腐蚀产物相对疏松，特征衍射峰更强。
37.实施例三：盐雾液体换成纯水，对比纯水和盐雾液体的腐蚀效果。
38.随着腐蚀时间延长，纯水浸泡的剥蚀效果逐渐明显，较高浓度的cl-有利于腐蚀发生，导致海水浸泡的腐蚀产物趋于紧密堆积。
39.上述作为本发明的实施例，并不限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均包含在本发明的保护范围之内。