[发明专利]一种铝合金局部腐蚀评价装置

说明书

本发明提供了一种铝合金局部腐蚀评价装置，其包括模拟环境单元和腐蚀实时观测单元，所述模拟环境单元包括闭塞阳极、宏观阴极、辅助电极、参比电极装置、模拟溶液池，所述腐蚀实时观测单元包括实时观察显微镜、腐蚀实时观测系统主体。本发明用于铝合金材料局部腐蚀模拟的同时实现局部腐蚀形貌实时观察，获得铝合金在模拟环境中局部腐蚀发生、发展的过程和形态变化过程，实现铝合金材料海洋环境及其它模拟环境中的局部腐蚀评价。

技术领域

本发明属于金属材料腐蚀试验方法领域，尤其是一种用于海洋环境的铝合金发生局部腐蚀的试验方法及装置。

背景技术

铝及铝合金具有较低的密度、良好的力学性能、加工性能、导热性、导电性以及耐蚀性，因此在船舶上的应用日趋广泛，对船舶结构减重、提高航行速度和耐海水腐蚀能力、减少能耗等方面有着重要作用。耐蚀性能是影响铝合金海洋环境中应用的重要指标之一，大多数铝合金在海洋环境中都表现出优良的耐蚀性。这不仅是由于保护性钝化膜的作用，而且在相当程度上也与在铝的活化和钝化表面上析氢过电位高有关。铝合金的腐蚀因其化学成分不同、海水环境因素不同而有较大的差异，但是总的来说，铝及铝合金在海洋环境中的腐蚀形式以点蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀以及剥蚀等局部腐蚀为主，而点蚀是铝合金局部腐蚀发生的基本形态，因此，研究铝合金的腐蚀基本上是从研究其点蚀为主。

随着科学技术的飞速发展，国内外学者先后采用各种先进的测试手段对铝合金的腐蚀行为进行了研究。如20世纪80年代末Kelvin探针技术在腐蚀领域的推广应用推动了铝合金大气环境微区腐蚀电化学行为的研究。这是一种将表面物理中测定金属表面功函的Kelvin探头方法移植到腐蚀研究中的一种电化学测试技术。用Kelvin探针作参比电极，可以测得金属表面的电极电位，研究金属的大气腐蚀规律。Kelvin探针可以克服常规三电极体系测试方法在大气腐蚀研究中的欧姆降，以及鲁金毛细管对金属表面液膜的污染的问题，所得结论可以按照常规的电化学方法解释，一些国家相继开发并建立成套的用于金属腐蚀研究的Kelvin振动探针装置，开展了多方面的应用研究。如美国的EGG公司，德国和日本也开发了类似Kelvin的扫描电位测量仪。我国厦门大学的林昌健课题组也成功开发振动扫描电极和隧道显微镜联用的微区电化学测试系统，研究了包括铝合金在内的多种材料的海洋大气腐蚀。由于描Kelvin微探针技术应用在腐蚀领域后取得了有价值的研究成果，扫描电化学显微镜(SECM、ECAFM)、扫描探针显微镜(STM，AFM、SKPFM等)、扫描振动探针技术(SVET)、局部电化学交流阻抗(LEIS)等微区电化学测试技术也陆续被应用到腐蚀研究中，也取得了许多有价值的结论。然而，微区电化学测试技术也有它的局限性，如它测得的腐蚀电位在所有条件下不完全和腐蚀电位一致，同时，微探针的移动或振动会加速金属表面电解质的传质，促进氧气向金属表面传输，加腐蚀，从而影响结果的准确性，因此传统的电化学测试技术，如电化学阻抗、动电位极化等，依然在金属材料海洋腐蚀研究中起着重要作用。如施彦彦等采用自行设计的金属大气腐蚀的“室内薄液膜和室内干湿循环”模拟研究装置，采用电化学阻抗谱、电化学噪声、极化曲线等电化学技术，结合材料结构测试手段，研究了2024-T3铝合金的模拟酸性海洋大气腐蚀行为。张正等采用电化学交流阻抗技术获得了LY12CZ铝合金在0.1mol/L氯化钠溶液中的剥蚀状态，为铝合金构件剥蚀的现场监测提供依据。张昭课题组采用电化学噪声技术，结合电化学阻抗谱及极化曲线测量，研究了AA2195-T8铝合金在3.0％NaC1溶液中的腐蚀电化学特征，探清了铝合金腐蚀初期的钝化膜修复行为和点蚀电位的变化规律。随后该课题组采用电化学噪声技术获得了LC4、LY12铝合金及纯铝在质量分数为2.0％NaCI溶液中腐蚀过程中不同阶段的噪声时域谱波形特征等有价值的数据。孙霜青等人联合传统电化学测试和微区电化学测试技术，结合材料组成分析和表面形貌观测等手段，获得了7075和2024铝合金在海洋大气环境中的点蚀演变机制。总之，研究铝合金在海洋环境中的点蚀等腐蚀行为和腐蚀机制，离不开传统电化学测试技术。同时，点蚀发生的初期往往在十几微米甚至更小的尺度范围，因此深入研究铝合金的海洋环境腐蚀机制，也需要借鉴微区电化学测试技术。那么开发一种在电化学测试过程中可以同时观测局部腐蚀形态发展的局部腐蚀评价装置，既可以获得铝合金表面的电化学特征信息判断其氧化膜溶解和修复情况，又可以真实的观察到微米级点蚀的形态发展，既解决了传统电化学测试技术不能获得点蚀发展初期动态的问题，也弥补了微区电化学测试技术中电化学测试的局限性。