[发明专利]一种活性金属表面腐蚀行为测定装置及方法

说明书

本发明公开了一种活性金属表面腐蚀行为测定装置及方法，目的在于解决目前采用PVT法对镧系、锕系等活性金属进行测定时，样品的厚度、粗糙度要求较高的问题。本申请采用铟丝密封隔绝样品的其他表面，使活性金属样品只有某一表面接触腐蚀气体，进而进行活性金属表面氢化、氧化等腐蚀考核。与现有方法相比，本申请能实现水汽、氢气以及氧气的腐蚀考核，且能实现只考核表面局部区域，排除其他表面及棱边缺陷的影响。同时，本申请还具有如下优点：样品厚度可以更薄，承受的压力可以更大；对样品表面粗糙度要求较低，一般机械加工样品均满足要求；可以有效的避免温度不均匀。另外，基于结构的改进，使得本申请的装置能判断腐蚀反应程度，自动终止反应。

技术领域

本发明涉及腐蚀测定领域，尤其是活性金属腐蚀测定领域，具体为一种活性金属表面腐蚀行为测定装置及方法。本申请提供的是一种金属表面腐蚀测定装置及方法，其采用铟丝密封金属样品某一表面，而排除其它表面进行氢化、氧化等腐蚀考核，并提供基于该装置的考核方法。采用本申请，能方便的考察样品某一表面的腐蚀性能，为活性金属材料防腐蚀改性技术研究提供腐蚀测试技术，具有较高的应用价值。

背景技术

镧系、锕系等金属在民用及国防工业中，具有重要的用途。但这些金属具有非常高的活性，容易与各种腐蚀介质反应；因此，测试抗腐蚀性能成为各种表面改性技术的一项重要研究内容。目前，通常采用PVT法测量活性金属腐蚀性能。PVT法是指，在一定的温度下，把金属样品密封于腐蚀室内，冲入一定体积、压力的腐蚀气体，通过测量腐蚀气体压力变化，评估腐蚀程度。

常规的PVT方法一般测量样品所有表面与腐蚀气体反应，而活性金属样品一般采用切削加工制备得到，样品边缘处由于机械加工的原因，应力集中，撕裂、划痕较多，腐蚀反应在边缘区域容易诱发，影响或者掩盖表面本征的腐蚀行为。另外，进行活性金属表面改性研究（如离子注入、激光钝化等）通常也只是在一个表面上进行，常规的PVT法也无法准确地反应改性表面的腐蚀性能。

Patterson等人曾经建立了一种基于中空弹性金属密封圈的无边腐蚀考核装置(R. G. Patterson and R. G. Musket. Vacuum chamber for edgeless studies ofgas-metal reactions，J. Vac. Sci. Technol. 1984 A 2:82-84.)，用来考核表面改性样品的抗氢化腐蚀性能。但他们明确的指出，该装置使用的样品不能太薄，需要能够承受1个大气压的压力而不变形；另外，由于中空弹性金属密封圈缺乏足够的塑形变形能力，为了保证密封圈与样品的贴合，要求样品的表面粗糙度需要小于3.1μm。在腐蚀考核过程中，温度的精确设定及控制也是腐蚀实验研究精度的保证，但文献中腐蚀考核装置的加热体及测温热电偶在样品的下部，不能保证整个反应空间温度的均匀一致。同时，在开展锕系、镧系金属表面的氢化腐蚀考核时，大规模的氢化反应不但消耗了昂贵的金属样品，还会产生弥散性的金属氢化物污染环境；因此，需要把反应控制在初始阶段，并且需要对样品全包容。另外，合金化或者表面改性的样品氢化孕育期可能时间很长，一旦孕育期结束，氢化反应以很快的速度进行，而现有PVT腐蚀考核系统需要人工值守监视反应，耗费了大量的人力。

为此，迫切需要一种新的装置，以实现对镧系、锕系等活性金属的测量。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对目前采用PVT法对镧系、锕系等活性金属进行测定时，样品的厚度、粗糙度要求较高的问题，提供一种活性金属表面腐蚀行为测定装置及方法。本申请采用铟丝密封隔绝样品的其他表面，使活性金属样品只有某一表面接触腐蚀气体，进而进行活性金属表面氢化、氧化等腐蚀考核。与现有方法相比，本申请能实现水汽、氢气以及氧气的腐蚀考核，且能实现只考核表面局部区域，排除其他表面及棱边缺陷的影响。同时，本申请还具有如下优点：样品厚度可以更薄，承受的压力可以更大；对样品表面粗糙度要求较低，一般机械加工样品均满足要求；可以有效的避免温度不均匀。另外，基于结构的改进，使得本申请的装置能判断腐蚀反应程度，自动终止反应，降低操作人员的劳动强度。