[发明专利]一种用于高温、高湿、高盐大气环境下腐蚀原位监测方法及装置

说明书

本发明提供一种用于高温、高湿、高盐大气环境下腐蚀原位监测方法及装置，属于材料环境试验领域，本专利结合盐预沉积、电加热、SKP探针等技术，将金属材料置于小型环境试验腔中，利用电加热将热台加热至预定温度，利用气泵输送湿气方式实现预设湿度。达到预定温湿度后，停止加热。利用SKP探针对腐蚀进行现场扫描。扫描过程中，热台比热较大，在一定时间内其自身降温幅度在2℃以内，故可以认为所扫描的金属试样温度基本保持恒定。通过改变不同的温度、盐沉积量、湿度条件下，对金属表面电位分布进行测量，从而对大气腐蚀影响因素进行揭示，明确不同金属材料的腐蚀机制；并筛选出更具耐蚀效果的金属，对耐候钢开发、筛选具有重要的科学和实践意义。

技术领域

本发明属于材料环境试验领域，具体地说是一种用于高温、高湿、高盐大气环境下腐蚀原位监测方法及装置，涉及对高温、高湿、高盐大气环境下金属材料腐蚀过程的原位跟踪监测，从而对金属材料的大气腐蚀行为、规律和机理进行揭示。

背景技术

金属在大气自然环境条件下的腐蚀称为大气腐蚀。大气腐蚀在金属腐蚀中是数量最多、覆盖面最广、破坏性最大的一种腐蚀。众多的金属钢架、桥梁、汽车、轮船及各种金属建筑设施，无时无刻不在遭受大气的侵蚀。金属受到大气腐蚀以后，首先是其表面颜色变灰暗，失去金属光泽，严重的时候可看到锈迹斑斑。当腐蚀到一定的程度以后，就会产生明显的破坏，甚至产生突发性的灾难。因此，金属的大气腐蚀需要引起足够的重视和关注。

高温、高湿、高盐是最恶劣的自然腐蚀环境。高温的存在能够降低腐蚀反应的活化能，促进腐蚀的发生；高湿为金属表面的腐蚀提供重要的水环境；水的存在可以将高盐沉积变成高浓度的电解质溶液，使得金属腐蚀反应按照电化学过程进行，电化学腐蚀过程实现了阳极溶解和阴极氧还原过程分离，促进反应的进行。服役于该大气环境的材料、构件等在该环境中将以表面生成的液膜形态遭受严重腐蚀。所以，明确金属材料和构件的耐腐蚀性能和揭示腐蚀机理，对工程建设阶段选材以及提高工程使用寿命和安全可靠性能具有重要意义。

当前，金属材料环境试验的通用方法为采用自然环境现场挂片、实验室内模拟试验箱暴露等方式。该类金属材料的腐蚀试验方式只能统计的给出试片厘米或者毫米尺度金属腐蚀的信息，难以从微观、区域角度对腐蚀的机理进行深入的揭示。再者，一般的试验箱或者现场环境挂片的技术都是采用定期取样的方式进行分析，来推断腐蚀的机理，难于实现原位测量。原位区域化的跟踪可以提供重要的参考数据。

扫描开尔文探针（SKP）是一种无接触、无破坏性的仪器，可用于测量金属、表面涂层、缓蚀剂与探针之间的功函差，从而为明确材料的失效过程和机制提供重要的参考。这种技术是用一个振动电容探针来工作，通过调节一个外加的前级电压测量样品表面和扫描探针的参比针尖之间的功函差，而功函和表面状况直接相关。SKP的独特性质使之尤其适合于金属大气腐蚀方面研究，通过表面电位的分布可以反演出的材料的耐蚀性，并对机理的揭示起到重要作用。

然而扫描开尔文探针本身为一种价格昂贵、设计精密的电化学设备。在高温、高湿、高盐环境下其自身将会被恶劣的环境所破坏，造成数据缺乏可信度，不能有效的对金属材料的大气腐蚀过程进行跟踪，难以正确揭示材料的腐蚀机理。

发明内容

本发明的技术任务是针对恶劣大气环境下SKP技术不能用于腐蚀试验的困境，提出一种适用于高温、高湿、高盐环境下大气腐蚀研究的原位扫描开尔文探针技术，便于在该恶劣环境下对金属材料的腐蚀过程进行原位跟踪，明确金属材料的腐蚀机理。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

1、本发明提供一种用于高温、高湿、高盐大气环境下腐蚀原位监测装置，包括试验腔、SKP探针、湿度控制部分、温度控制部分，

其中试验腔为试验装置的核心，用于为试验提供试样金属放置和SKP探针扫描的空间，并提供环境试验所需的湿度、温度条件；

其中SKP探针设于试验腔顶部，其针尖部分伸入试验腔顶部的开口处；