[发明专利]液膜下金属失效电化学测试装置及其测试方法

说明书

本发明公开了一种液膜下金属失效电化学测试装置及其测试方法，所述装置包括喷雾箱、控制喷雾装置、样品台、控制液膜厚度装置、电化学工作站、工作电极探头和计算机。本发明能够模拟大气环境中金属材料在不同液膜厚度条件下的腐蚀失效过程，还具有高通量高效率地同时对多个样品或样品在多个液膜厚度环境中进行大气腐蚀评估分析的优点。本发明测试方法，将样品台组装好，设定喷雾程序和环境；模拟测试；控制液膜厚度；电化学测试，记录实验数据。本发明可模拟实现不同厚度及梯度变化的液膜；可大幅提高试验效率；可实现高通量的电化学表征，具有设备简单易控制、精确度高的特点。本发明在金属材料大气腐蚀研究领域有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于金属材料大气腐蚀研究领域，具体涉及一种生成厚度可控液膜或梯度厚度液膜的实验装置，尤其涉及一种在厚度可控液膜或梯度厚度液膜环境下进行高通量高效率金属材料腐蚀失效评估的电化学测试方法。

背景技术

金属材料的大气腐蚀是指一种在液膜覆盖下的化学或电化学腐蚀过程。在大气环境中，固体颗粒物沉积在金属材料表面，在环境相对湿度达到某临界湿度以上时，会凝聚水汽促进生成几微米甚至几百微米厚的液膜。溶解在液膜中的如氧气等会直接造成金属材料的化学腐蚀；同时溶解有阴阳离子的液膜在金属材料表面形成“微电池”，造成了电化学腐蚀，而此时电化学腐蚀、化学腐蚀比单纯的化学腐蚀危害性更强。另外金属材料表面的液膜并非一开始便是稳定液膜而是动态变化的，如王佳在“液膜形态在大气腐蚀中的作用”一书中根据实验发现随着温度、相对湿度、降水量等环境影响因素的变化，液膜的厚度随之处于动态变化中，不同厚度液膜的溶氧量、溶液电阻等都不同，因此研究不同液膜厚度条件下的金属材料的腐蚀特征和耐蚀机理，有助于了解金属材料的大气腐蚀规律，对于金属材料的失效分析和实际应用有一定指导作用。

传统的构建液膜的方法，如专利文献公开号为CN208313226U的中国专利公开了一种可克服毛细现象的高精度控制薄液膜厚度形成装置，将工作电极放置在溶液中，通过控制平台升降控制工作表面的液膜厚度，再将连接有欧姆表的探针正悬于工作面的上方，缓缓将探针移向工作面。由于探针刚接触到液膜上表面与接触到工作面的欧姆表示数相差较大，从而将探针走过的距离来确定液膜的厚度。该技术存在的问题是存在溶液的蒸发使得液膜厚度不能长期保持，为解决此问题，需要加入喷雾装置来维持湿度。

上述问题可以通过加入喷雾装置构建液膜的方法进行解决，如专利文献公开号为CN209372660U的中国专利公开了一种金属表面薄液膜生成装置，将工作电极放置在能够控制进液量和出液量从而控制雾气湿度的容器中，当雾气慢慢在工作表面形成液膜，达到气液平衡时形成一定厚度的稳定液膜。该技术存在的技术问题为，虽然由于有雾气的补充，但由于气液平衡点难以确定，使得所形成的液膜也无法精确确定。解决上述技术问题可以采用需要一种能够精准的确定液膜达到所需要的液膜厚度的探测装置和维持在该液膜厚度的控制装置。

除了现有装置存在不足，对金属材料的腐蚀失效过程进行电化学表征的方法同样存在不足之处，传统的电化学腐蚀表征方法如董超芳在文献“316L不锈钢在西沙海洋大气环境下的腐蚀行为评估”的应用，在溶液中构建三电极体系进行极化曲线、电化学阻抗谱等电化学测试，这样的电化学测试方法已经较为成熟，但存在的问题也很明显，只能对工作电极的腐蚀进程提供宏观的电化学信息，无法知道局部的具体细节。为解决此问题，可以通过改造工作电极为阵列电极测试样品的局部电化学信息。

阵列电极技术的使用原理如范林在文献“阵列电极技术在腐蚀领域的应用进展”中经过文献调研总结得出，阵列电极是将很多工作电极的尺寸小型化，以阵列的方式排列，其中每个工作电极作为单独通道进行电化学测试，从而能够得到工作电极的局部腐蚀信息。但传统的阵列电极的运用，只是简单的单阵列电极测试，存在一定的不足，并未将其高通量高工作效率的优点充分发挥出来。

发明内容