[发明专利]一种金属钝化膜消长动态过程的电化学测试装置

说明书

本发明提供一种金属钝化膜消长动态过程的电化学测试装置，属于材料性能检测领域。本发明通过相互交叠的砂片组的变径和旋转，实现对试样的夹紧和对其表面钝化膜的磨损，使试验在一定范围内不受试样原始尺寸及磨损过程中尺寸改变的限制。通过带有滚珠轴承结构的支撑盘设计，同时实现砂片间相对位置的锁死和一体旋转动作。通过对旋转磨损频次和时长的控制，实现单次或多次磨损试验。通过内置的电化学三电极系统，实现钝化膜消长动态过程的原位、实时电化学测试。本发明原理简单，操作简便，相比于现有划伤电极技术增加了试样的有效测试面积，更准确的反映高压、苛性腐蚀环境中，或频繁磨损工况条件下，金属钝化膜磨损和自愈的动态电化学行为。

技术领域

本发明属于材料性能检测技术领域，具体涉及材料腐蚀电化学测试，尤其是金属钝化膜消长动态过程的测试装置。

背景技术

不锈钢、钛合金等金属材料优异的耐蚀性源自于其表面的钝化膜。这一薄层钝化膜在完好的状态下可以为材料提供充分的保护，使材料免受腐蚀介质的侵蚀。但当钝化膜发生破损时，材料局部的钝态将被破坏，小面积活态和大面积钝态间形成电偶对，电化学热力学平衡被打破，造成局部腐蚀加剧。在高压、低氧的深海环境，或其他苛性腐蚀介质中，亦或处于频繁磨损工况条件下，钝化膜的自愈行为受到极大的限制，这可能继而引发更严重的材料失效问题。因此，了解金属材料表面钝化膜消长动态过程对指导材料的研发和应用具有重要的意义。

为此，周虹晖等设计了一套用于材料钝化过程研究的装置，通过敲击杆下落冲断沉积在玻璃上的薄膜，同时测量新鲜截面的电化学信息，尽管此方法测量结果准确，但只适用于薄膜材料，试样预处理较困难。专利CN 108593536 A设计了一种动态电化学腐蚀磨损试验装置，实现了不同工况（载荷、转速、介质）下的电化学参数与摩擦学性能的实施监测，但无法实现高压环境下的测试。专利CN 102288504 B发明了一种高温高压原位划伤及腐蚀磨损试验装置，实现了高温高压环境下对试样表面原位单次划伤和往复多次的腐蚀磨损电化学研究，但由于需要考虑动密封的问题，装置结构较复杂，而且采用划头进行划伤，试样损伤表面积较小，这会影响测量精度。胡肆福等提出了一种采用电偶极化法评价材料自钝能力的方法，此方法实现了在相对较大面积试样上的测量，但需首先对试样进行阴极恒电位活化处理，这仅对以氧化物为主要成分的钝化膜可行，而且因阴极极化产生的析出物沉积在材料表面会对测试结果产生较大的影响。

发明内容

本发明的技术任务是解决现有技术的不足，提供一种金属钝化膜消长动态过程的电化学测试装置，以解决高压溶液环境中材料钝化膜原位磨损试验的难题，克服现有划伤电极技术划伤面积小、信噪比低的问题，实现钝化膜单次或多次磨损动态过程的电化学测试。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种金属钝化膜消长动态过程的电化学测试装置，包括：釜盖、釜体及内部组件和设备；

所述釜盖上设置工作电极、参比电极和辅助电极，构成电化学三电极体系，并通过与外部电化学测试设备的连接，实现试验动态过程的电化学测试，其中工作电极由试样加工后制得；

所述釜体内分为两个舱段：上部试验舱段和下部设备舱段，试验舱段与设备舱段之间通过导向盘相隔离；

其中试验舱段的釜体外侧设置进液管和出液管，进液管、出液管通过泵阀与外部溶液槽相连，实现试验溶液循环和试验舱段内压力条件的控制；

其中试验舱段中心设置若干相互交叠的砂片围成圆筒形砂片组，砂片由砂片支座夹持，砂片支座上部为活节，可使砂片自由转动，当砂片组向内转动缩小至试样直径大小时，砂片压紧在试样表面，将试样夹紧固定；

其中设备舱段上部设置旋转磨损组件，实现对试样表面钝化膜的磨损，旋转磨损组件包括：变径盘、支撑盘、支撑杆、主旋转电机、副旋转电机、传动杆。

方案优选地，所述导向盘上开有与砂片支座相对应的导向槽，砂片支座卡入导向槽中，导向盘通过连接杆固定在其轴心下方的主旋转电机上；