一種動水工況下犧牲陽極電化學性能測試裝置的制作方法
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1.本發明屬于腐蝕陰極保護技術領域，涉及一種動水工況下犧牲陽極電化學性能測試裝置，能夠在流動海水環境下對犧牲陽極材料的電化學性能進行測試和評價。
背景技術：
2.腐蝕是金屬與周圍環境發生化學或電化學反應而導致的一種破壞性侵蝕，腐蝕給金屬材料造成的直接和間接損失很大，陰極保護是重要的金屬腐蝕防護措施之一，其中，不需要任何外部電源，成本低且施工安裝簡單的犧牲陽極法應用最廣泛。
3.犧牲陽極在海洋船舶、工程、管路保護方面的應用效果非常顯著。不同的海洋環境對應不同犧牲陽極，包括深海犧牲陽極、低溫海水犧牲陽極、低電位犧牲陽極等。犧牲陽極陰極保護效果與犧牲陽極電化學性能有著直接的關系，良好的保護效果需要犧牲陽極材料具有足夠負且穩定的開路電位和閉路電位，理論電容量大，電流效率高，陽極消耗低，表面溶解均勻、不產生局部腐蝕,腐蝕產物松軟易脫落等。
4.gb/t 17848-1999規定的犧牲陽極電化學性能實驗方法有以下兩種：一是常規實驗法(10天法)，即在規定的實驗周期內，對陽極試樣通以恒定電流，每天測量陽極試樣的工作電位，實驗結束后，計算陽極試樣的實際電容量和電流效率，并觀測陽極試樣的溶解情況；二是加速實驗法(4天法)，即在規定的實驗周期內，按規定的順序改變陽極試樣的電流密度，每天測量陽極試樣的工作電位，試樣結束后，通過重量變化計算陽極試樣的實際電容量和電流效率，并觀測陽極試樣的溶解情況。其僅能進行短周期并且在靜止介質中的性能測試。國外的dnv-rp-b401-2021、bs en 12496-2013、is0 15589-2-2012和astm-g97-2002規定的測試方法與國內的gb/t 17848-1999相比，增加了室內加速方法和長周期電化學性能測試方法，長周期電化學性能測試時間不小于12個月，由于試驗周期比較長，要求溶液介質流動，但流動不是為了研究犧牲陽極在流動海水環境下的性能，而是為了保證腐蝕產物及時脫落。
5.中國專利201811277952.2公開的一種管路沖刷腐蝕及電化學測試裝置，包括：沖刷試驗臺架、水泵、水箱、水質監測裝置、水溫測控裝置、流量計、管路腐蝕與電化學測試裝置、入水法蘭、回水法蘭和外部控制系統，水箱通過水泵將腐蝕介質送入管道中，管路腐蝕與電化學測試裝置通過出水法蘭和回水法蘭連接到管道上，腐蝕介質，通過管路回水口回到水箱中，水溫測控裝置安裝在水箱上，水質監測裝置安裝在水箱中，流量計、管道腐蝕與電化學測試裝置安裝在管路上，外部控制系統用于監控水質監測裝置、水溫測控裝置、流量計；管路腐蝕與電化學測試系統包括夾持法蘭、作為工作電極的管路試樣、固態參比電極、軸向輔助電極、鈦法蘭及其管段、絕緣管段、鏈接螺桿與螺母；夾持法蘭的數量為兩個，通過兩個夾持法蘭夾住待測試的管路試樣，管路試樣與夾持法蘭之間設有密封圈，固態參比電極安裝于夾持法蘭上，軸向輔助電極位于管路試樣中心軸線，一端與鈦合金法蘭連接，另一端與絕緣管段相連，夾持法蘭和鈦合金法蘭通過螺桿串接并由內外螺母固定，法蘭連接之間安裝橡膠圈密封，防止漏水；試樣為一段管路，可由實際管路裁下，其固定方式是由兩側
的夾持法蘭夾持，管路試樣與夾持法蘭之間設有密封圈；固態參比電極安裝于一側的夾持法蘭上，參比電極工作面與管路試樣內壁平行，以保證參比電極不影響水的流態；軸向輔助電極采用圓柱形鈦合金，位于管路試樣中心軸線，降低水流紊亂程度，提高水流的穩定性；軸向輔助電極的迎水端為圓錐形，插入外接絕緣管段中心圓環，兼有支撐和調節位置的作用；出水端外側設置螺紋固定于鈦合金法蘭中心，兼有固定和支撐的作用；入水口處輔助電極的陽極采用圓錐細長設計，流道界面逐漸減小，引導水流流速逐漸增大，輔助電極的長度大于工作電極長度40倍以上，保證輔助電極的面積大于工作電極面積4倍以上；其能夠測試金屬材料在沖刷下的動電位極化曲線、極化電阻、阻抗譜等，但不能研究犧牲陽極在流動海水環境下的性能(電位、實際電容量、電流效率、腐蝕形貌)。中國專利201310603927.x公開的犧牲陽極長期低溫電化學性能測試裝置和中國專利201310309522.5公開的一種動水工況下犧牲陽極電化學性能測試裝置均是依據標準設計的電化學性能測試裝置，都不能研究犧牲陽極在不同流速海水環境下的性能(電位、實際電容量、電流效率、腐蝕形貌)。中國專利202210372529.0發開的一種犧牲陽極材料電化學性能測試裝置及方法以及中國專利202011644610.7公開的一種動水工況下犧牲陽極電化學性能測試裝置能夠在特殊環境(深海環境中、核電廠金屬結構)中進行犧牲陽極電化學性能測試，但不能在不同流速海水環境下進行犧牲陽極電化學性能測試。
6.綜上所述，現有技術中的犧牲陽極性能測試和評價都是在靜態環境下進行的，不符合流動海水環境下的犧牲陽極實際工況，流動海水環境下，金屬材料的腐蝕速率加快，所需的保護電流增大，腐蝕電位也發生了變化。流動海水下犧牲陽極的使用壽命，以及陽極表面是否均勻溶解，對于陽極在實際工程的應用至關重要，目前尚無針對犧牲陽極在流動海水環境下性能研究的裝置和方法，因此，迫切需要開展流動海水環境下犧牲陽極的性能研究，為動水條件下犧牲陽極的研制和應用提供更加符合實際工況的評價基礎。
技術實現要素：
7.本發明的目的在于克服現有技術存在的缺點，尋求設計一種動水工況下犧牲陽極電化學性能測試裝置，為研制適合流動海水條件的高性能犧牲陽極提供研制方向和評價依據。
8.為了實現上述目的，本發明涉及的動水工況下犧牲陽極電化學性能測試裝置的主體結構包括測試樣品組件以及與測試樣品組件連接的測試系統組件，測試樣品組件包括管路、陰極筒、法蘭、測試樣品和參比電極，測試系統組件包括電化學性能測試系統、恒流源、變頻泵和流量計；管路的內部套設有陰極筒，管路與陰極筒的兩端均設置有法蘭，法蘭之間設置有測試樣品，上游端的法蘭上設置有參比電極，參比電極與電化學性能測試系統電連接，電化學性能測試系統內設置有恒流源，恒流源的正極通過變頻泵與測試樣品連接，負極通過流量計與陰極筒連接。
9.本發明涉及的測試樣品組件可以為多組，測試樣品組件之間通過法蘭連接，第一組測試樣品組件的陰極筒與第二組測試樣品組件的測試樣品連接，以此方式串聯，最后一組測試樣品組件的陰極筒通過流量計與恒流源的負極連接。
10.本發明涉及的管路中的海水流速為0-3m/s，通過變頻泵和流量計控制和顯示；陰極筒的材質包括碳鋼、不銹鋼；測試樣品為犧牲陽極樣品，位于陰極筒的中心；參比電極包
括銀/氯化銀、鋅/高純鋅參比電極；電化學性能測試系統能夠對陰極筒和測試樣品的電流、電量以及電位和電流進行切換、累計和采集；恒流源對陰極筒和測試樣品的電流進行控制。
11.本發明與現有技術相比，建立了一種流動海水下動水工況下犧牲陽極電化學性能測試裝置，能夠準確控制海水流速、精確測試和采集測試樣品的電位和電流，實現犧牲陽極在不同流速下陽極溶解形貌、電位、電容量、電流效率、消耗率性能的測試；其結構簡單，原理科學可靠，能夠為研制適合流動海水條件的高性能犧牲陽極提供研制方向和評價依據。
附圖說明：
12.圖1為本發明的主體結構原理示意圖。
13.圖2為本發明實施例1的主體結構原理示意圖。
14.圖3為本發明實施例2涉及的測試樣品腐蝕前的形貌圖。
15.圖4為本發明實施例2涉及的測試樣品腐蝕后的形貌圖。
具體實施方式：
16.下面通過實施實例并結合附圖對本發明做進一步描述。
17.實施例1：
18.本實施例涉及的動水工況下犧牲陽極電化學性能測試裝置的主體結構包括測試樣品組件和與測試樣品組件連接的三組測試系統組件，測試樣品組件包括管路1、陰極筒2、法蘭3、測試樣品4、螺桿5和參比電極6，測試系統組件包括電化學性能測試系統7、恒流源8、變頻泵9和流量計10；三組測試系統組件通過法蘭3連接，管路1的內部套設有陰極筒2，管路1與陰極筒2的兩端均設置有法蘭3，法蘭3之間設置有測試樣品4，測試樣品4通過螺桿5與法蘭3連接，上游端的法蘭3上設置有參比電極6，參比電極6與電化學性能測試系統7電連接，電化學性能測試系統7內設置有恒流源8，恒流源8的正極通過變頻泵9與第一組測試樣品組件的測試樣品4連接，第一組測試樣品組件的陰極筒2與第二組測試樣品組件的測試樣品4連接，第二組測試樣品組件的陰極筒2與第三組測試樣品組件的測試樣品4連接，第三組測試樣品組件的陰極筒2通過流量計10與恒流源8的負極連接。
19.本實施例涉及的螺桿5為耐海水腐蝕的螺桿。
20.實施例2：
21.本實施例涉及的動水工況下犧牲陽極電化學性能測試裝置能夠評價不同犧牲陽極測試樣品4在不同流速下的電化學性能，測試時，
22.將鋁合金材質的犧牲陽極切成3個10cm*50cm的圓柱形作為測試樣品4，在測試樣品4的兩個端面開設m3絲孔，將材質為鈦的螺桿5的一端擰入絲孔中并用高壓橡膠封堵，將螺桿5的另一端與法蘭3固定連接，使測試樣品4位于陰極筒2的中心位置，將三個平行樣串聯連接，將銀/氯化銀參比電極6的一端固定在法蘭3上，另一端與電化學性能測試系統7連接，一個測試樣品4對應一個參比電極6，
23.通過電化學性能測試系統7進行電流的切換、電量的累計、電位及電流的采集，通過恒流源8控制陰極筒2和測試樣品4的電流，通過變頻泵8和流量計9控制和顯示管路1中海水的流速；
24.設定每天的輸出電流，海水的流速(1m/s),經過96小時的測試得出測試樣品4的開
路及工作電位、電容量、電流效率、消耗率及腐蝕形貌，腐蝕形貌如圖4所示。
技術特征：
1.一種動水工況下犧牲陽極電化學性能測試裝置，其特征在于，主體結構包括測試樣品組件以及與測試樣品組件連接的測試系統組件；測試樣品組件包括管路、陰極筒、法蘭、測試樣品和參比電極：管路的內部套設有陰極筒，管路與陰極筒的兩端均設置有法蘭，法蘭之間設置有測試樣品，上游端的法蘭上設置有參比電極，測試系統組件包括電化學性能測試系統、恒流源、變頻泵和流量計：電化學性能測試系統內設置有恒流源，恒流源的正極通過變頻泵與測試樣品連接，負極通過流量計與陰極筒連接；參比電極與電化學性能測試系統連接。2.根據權利要求1所述的一種動水工況下犧牲陽極電化學性能測試裝置，其特征在于，管路中的海水流速為0-3m/s，通過變頻泵和流量計控制和顯示。3.根據權利要求1所述的一種動水工況下犧牲陽極電化學性能測試裝置，其特征在于，陰極筒的材質包括碳鋼、不銹鋼。4.根據權利要求1所述的一種動水工況下犧牲陽極電化學性能測試裝置，其特征在于，測試樣品為犧牲陽極樣品，位于陰極筒的中心。5.根據權利要求1所述的一種動水工況下犧牲陽極電化學性能測試裝置，其特征在于，參比電極包括銀/氯化銀、鋅/高純鋅參比電極。6.根據權利要求1所述的一種動水工況下犧牲陽極電化學性能測試裝置，其特征在于，電化學性能測試系統能夠對陰極筒和測試樣品的電流、電量以及電位和電流進行切換、累計和采集。7.根據權利要求1所述的一種動水工況下犧牲陽極電化學性能測試裝置，其特征在于，恒流源對陰極筒和測試樣品的電流進行控制。8.根據權利要求1-7中任一項所述的一種動水工況下犧牲陽極電化學性能測試裝置，其特征在于，測試樣品組件為多組，測試樣品組件之間通過法蘭連接，第一組測試樣品組件的陰極筒與第二組測試樣品組件的測試樣品連接，以此方式串聯，最后一組測試樣品組件的陰極筒通過流量計與恒流源的負極連接。
技術總結
本發明屬于腐蝕陰極保護技術領域，具體涉及一種動水工況下犧牲陽極電化學性能測試裝置，主體結構包括測試樣品組件以及與測試樣品組件連接的測試系統組件，能夠準確控制海水流速、精確測試和采集測試樣品的電位和電流，實現犧牲陽極在不同流速下陽極溶解形貌、電位、電容量、電流效率、消耗率性能的測試，測試樣品組件可以為多組，測試樣品組件之間通過法蘭連接，第一組測試樣品組件的陰極筒與第二組測試樣品組件的測試樣品連接，以此方式串聯，最后一組測試樣品組件的陰極筒通過流量計與恒流源的負極連接；其結構簡單，原理科學可靠，能夠為研制適合流動海水條件的高性能犧牲陽極提供研制方向和評價依據。供研制方向和評價依據。供研制方向和評價依據。
