[发明专利]金属材料大气腐蚀电化学传感器及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属材料的腐蚀传感器，更具体地说，涉及测试大气环境中金属大气腐蚀行为的电化学监检测技术。

背景技术

金属材料及其制品在大气环境中因环境因素的作用而引起的材料变质或破坏称为大气腐蚀。金属材料在大气环境中的腐蚀比较缓慢，金属材料大气腐蚀本质是发生在电解液薄膜下的电化学腐蚀，由于薄液膜的厚度和连续性的问题，使得电化学测量存在困难。目前比较常用的大气腐蚀电化学检测方法是开尔文探针(Kelvin)和大气腐蚀监测(ACM)。Kelvin探针技术基本原理是在待测金属上方，有一块上下振动的惰性金属(金、铂等)，振动改变了待测金属与探头间的距离和极间电容，从而感生出交变电流，用外加可调电源调节电压使回路电流为零，此时，待测电位与外加电压有线形关系，经标定后可知其值。ACM可分为两种类型，一种是双电极原电池式；一种是三电极电解电池式。

电化学噪声(EN)技术是一种原位、无损的金属腐蚀检测方法，测量过程中无需施加扰动，可实现远距离检测。电化学噪声是电化学系统中因电极界面反应而引起的电极电位(或者电流)的自发波动，能灵敏地反映腐蚀过程中发生的变化，是用于实时检测的有效方法，较为适合大气腐蚀检测。现在常用的电化学噪声的大气腐蚀传感器是紧密排列的同种材料三电极，这种电极适合于在大气环境中腐蚀十分微弱的金属材料，但是对于腐蚀较严重的金属(如碳钢)，长时间的大气腐蚀会使金属材料表面长锈后造成此三电极的连通造成短路现象，严重影响检测的效果。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺点和不足，提出一种新的测试大气环境中金属材料的腐蚀电化学传感器，可以有效的检测金属材料在模拟的大气环境中的实时电化学腐蚀行为，即使在长时间腐蚀条件下，金属材料表面覆盖了很厚的锈层，依然能够有效的检测到电化学腐蚀信息，避免短路现象造成的影响，且制作简便、成本低、易于操作。

本发明通过如下技术方案予以实现。

一种金属材料大气腐蚀电化学传感器，采用三电极体系，当薄液膜同时覆盖电极体系时，可进行零阻电流(ZRA)模式的电化学噪声测试，ZRA模式EN测试对腐蚀体系无外加扰动，并可同时记录电位和电流噪声信号，其结构如下：

此金属材料大气腐蚀的电化学传感器整体采用环氧胶泥封装，包括工作电极、参比电极、夹层材料和引流材料。

所述工作电极选用形状大小一致且成份相同的两个金属材料，一般为长方体，工作电极的工作面积即为研究电极的测试面积。

所述夹层材料选用绝缘材料，并能够吸收水或者其他能够提供导电性能的液体，例如竹块或者木块，需要保证六个表面整齐、水平，在沸水中煮30分钟，以除去其中的树胶等物质。所述夹层材料设置在工作电极之间，并由环氧胶泥填和/或绝缘材料充两者之间的间隙，以保证两者在整体封装中的绝缘状态。

所述夹层材料的上面设置有引流材料，例如化学试纸或者滤纸，用于将提供导电性的液体引流到夹层材料中，以使夹层材料的表面能够提供导电性能，导通位于夹层材料两侧的工作电极(即通过工作面积进行导通，位于整体封装中的工作电极仍处于绝缘状态，故电化学腐蚀发生在工作表面上)。

所述夹层材料的中部设置有用于固定参比电极的孔。所述参比电极选用圆形的固体Ag-AgCl电极，选择直径小的圆形银丝，先用丙酮去除银丝表面的有机物，再将其浸入熔融的氯化银中15分钟，取出，得到Ag-AgCl参比电极后除了工作面以外用热塑管封装。

所述传感器的下端还可以设置有水槽，用于储备提供导电性的液体，引流材料的一端设置在夹层材料上，另一端可以浸没在液体中，将液体引流到夹层材料的表面。