本發(fā)明屬于金屬材料腐蝕試驗(yàn)方法領(lǐng)域，尤其是一種用于海洋環(huán)境的鋁合金發(fā)生局部腐蝕的試驗(yàn)方法及裝置。

背景技術(shù)：

鋁及鋁合金具有較低的密度、良好的力學(xué)性能、加工性能、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性以及耐蝕性，因此在船舶上的應(yīng)用日趨廣泛，對(duì)船舶結(jié)構(gòu)減重、提高航行速度和耐海水腐蝕能力、減少能耗等方面有著重要作用。耐蝕性能是影響鋁合金海洋環(huán)境中應(yīng)用的重要指標(biāo)之一，大多數(shù)鋁合金在海洋環(huán)境中都表現(xiàn)出優(yōu)良的耐蝕性。這不僅是由于保護(hù)性鈍化膜的作用，而且在相當(dāng)程度上也與在鋁的活化和鈍化表面上析氫過(guò)電位高有關(guān)。鋁合金的腐蝕因其化學(xué)成分不同、海水環(huán)境因素不同而有較大的差異，但是總的來(lái)說(shuō)，鋁及鋁合金在海洋環(huán)境中的腐蝕形式以點(diǎn)蝕、晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕以及剝蝕等局部腐蝕為主，而點(diǎn)蝕是鋁合金局部腐蝕發(fā)生的基本形態(tài)，因此，研究鋁合金的腐蝕基本上是從研究其點(diǎn)蝕為主。

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，國(guó)內(nèi)外學(xué)者先后采用各種先進(jìn)的測(cè)試手段對(duì)鋁合金的腐蝕行為進(jìn)行了研究。如20世紀(jì)80年代末kelvin探針技術(shù)在腐蝕領(lǐng)域的推廣應(yīng)用推動(dòng)了鋁合金大氣環(huán)境微區(qū)腐蝕電化學(xué)行為的研究。這是一種將表面物理中測(cè)定金屬表面功函的kelvin探頭方法移植到腐蝕研究中的一種電化學(xué)測(cè)試技術(shù)。用kelvin探針作參比電極，可以測(cè)得金屬表面的電極電位，研究金屬的大氣腐蝕規(guī)律。kelvin探針可以克服常規(guī)三電極體系測(cè)試方法在大氣腐蝕研究中的歐姆降，以及魯金毛細(xì)管對(duì)金屬表面液膜的污染的問(wèn)題，所得結(jié)論可以按照常規(guī)的電化學(xué)方法解釋，一些國(guó)家相繼開(kāi)發(fā)并建立成套的用于金屬腐蝕研究的kelvin振動(dòng)探針裝置，開(kāi)展了多方面的應(yīng)用研究。如美國(guó)的e6&g公司，德國(guó)和日本也開(kāi)發(fā)了類似kelvin的掃描電位測(cè)量?jī)x。我國(guó)廈門(mén)大學(xué)的林昌健課題組也成功開(kāi)發(fā)振動(dòng)掃描電極和隧道顯微鏡聯(lián)用的微區(qū)電化學(xué)測(cè)試系統(tǒng)，研究了包括鋁合金在內(nèi)的多種材料的海洋大氣腐蝕。由于描kelvin微探針技術(shù)應(yīng)用在腐蝕領(lǐng)域后取得了有價(jià)值的研究成果，掃描電化學(xué)顯微鏡(secm、ecafm)、掃描探針顯微鏡(stm，afm、skpfm等)、掃描振動(dòng)探針技術(shù)(svet)、局部電化學(xué)交流阻抗(leis)等微區(qū)電化學(xué)測(cè)試技術(shù)也陸續(xù)被應(yīng)用到腐蝕研究中，也取得了許多有價(jià)值的結(jié)論。然而，微區(qū)電化學(xué)測(cè)試技術(shù)也有它的局限性，如它測(cè)得的腐蝕電位在所有條件下不完全和腐蝕電位一致，同時(shí)，微探針的移動(dòng)或振動(dòng)會(huì)加速金屬表面電解質(zhì)的傳質(zhì)，促進(jìn)氧氣向金屬表面?zhèn)鬏?，加腐蝕，從而影響結(jié)果的準(zhǔn)確性，因此傳統(tǒng)的電化學(xué)測(cè)試技術(shù)，如電化學(xué)阻抗、動(dòng)電位極化等，依然在金屬材料海洋腐蝕研究中起著重要作用。如施彥彥等采用自行設(shè)計(jì)的金屬大氣腐蝕的“室內(nèi)薄液膜和室內(nèi)干濕循環(huán)”模擬研究裝置，采用電化學(xué)阻抗譜、電化學(xué)噪聲、極化曲線等電化學(xué)技術(shù)，結(jié)合材料結(jié)構(gòu)測(cè)試手段，研究了2024-t3鋁合金的模擬酸性海洋大氣腐蝕行為。張正等采用電化學(xué)交流阻抗技術(shù)獲得了ly12cz鋁合金在0.1mol/l氯化鈉溶液中的剝蝕狀態(tài)，為鋁合金構(gòu)件剝蝕的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)提供依據(jù)。張昭課題組采用電化學(xué)噪聲技術(shù)，結(jié)合電化學(xué)阻抗譜及極化曲線測(cè)量，研究了aa2195-t8鋁合金在3.0％nac1溶液中的腐蝕電化學(xué)特征，探清了鋁合金腐蝕初期的鈍化膜修復(fù)行為和點(diǎn)蝕電位的變化規(guī)律。隨后該課題組采用電化學(xué)噪聲技術(shù)獲得了lc4、ly12鋁合金及純鋁在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0％naci溶液中腐蝕過(guò)程中不同階段的噪聲時(shí)域譜波形特征等有價(jià)值的數(shù)據(jù)。孫霜青等人聯(lián)合傳統(tǒng)電化學(xué)測(cè)試和微區(qū)電化學(xué)測(cè)試技術(shù)，結(jié)合材料組成分析和表面形貌觀測(cè)等手段，獲得了7075和2024鋁合金在海洋大氣環(huán)境中的點(diǎn)蝕演變機(jī)制?？傊芯夸X合金在海洋環(huán)境中的點(diǎn)蝕等腐蝕行為和腐蝕機(jī)制，離不開(kāi)傳統(tǒng)電化學(xué)測(cè)試技術(shù)。同時(shí)，點(diǎn)蝕發(fā)生的初期往往在十幾微米甚至更小的尺度范圍，因此深入研究鋁合金的海洋環(huán)境腐蝕機(jī)制，也需要借鑒微區(qū)電化學(xué)測(cè)試技術(shù)。那么開(kāi)發(fā)一種在電化學(xué)測(cè)試過(guò)程中可以同時(shí)觀測(cè)局部腐蝕形態(tài)發(fā)展的局部腐蝕評(píng)價(jià)裝置，既可以獲得鋁合金表面的電化學(xué)特征信息判斷其氧化膜溶解和修復(fù)情況，又可以真實(shí)的觀察到微米級(jí)點(diǎn)蝕的形態(tài)發(fā)展，既解決了傳統(tǒng)電化學(xué)測(cè)試技術(shù)不能獲得點(diǎn)蝕發(fā)展初期動(dòng)態(tài)的問(wèn)題，也彌補(bǔ)了微區(qū)電化學(xué)測(cè)試技術(shù)中電化學(xué)測(cè)試的局限性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種適合海洋環(huán)境并具有腐蝕形貌實(shí)時(shí)觀測(cè)功能的鋁合金局部腐蝕評(píng)價(jià)方法及裝置，用于鋁合金局部腐蝕性能測(cè)試和腐蝕評(píng)價(jià)。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種鋁合金局部腐蝕評(píng)價(jià)裝置，包括模擬環(huán)境單元和腐蝕實(shí)時(shí)觀測(cè)單元，所述模擬環(huán)境單元包括閉塞陽(yáng)極、宏觀陰極、輔助電極、參比電極裝置、模擬溶液池，所述腐蝕實(shí)時(shí)觀測(cè)單元包括實(shí)時(shí)觀察顯微鏡、腐蝕實(shí)時(shí)觀測(cè)系統(tǒng)主體。

其中，所述實(shí)時(shí)觀察顯微鏡包括觀測(cè)目鏡、顯微鏡支架控制裝置、實(shí)時(shí)觀測(cè)控制系統(tǒng)；所述腐蝕實(shí)時(shí)觀測(cè)系統(tǒng)主體包括微觀形貌原位觀測(cè)窗、觀測(cè)通道、腐蝕形貌實(shí)時(shí)觀測(cè)系統(tǒng)主體支架和底座。

其中，所述模擬溶液池底部開(kāi)有閉塞孔，閉塞孔內(nèi)外用專用滲透膜隔為陽(yáng)極室和陰極室。

其中，所述模擬溶液池通過(guò)陽(yáng)極底座和閉塞陽(yáng)極，采用密封墊圈，固定在腐蝕形貌實(shí)時(shí)觀測(cè)系統(tǒng)主體的底座上。5、如權(quán)利要求1至4所述的鋁合金局部腐蝕評(píng)價(jià)裝置，其特征在于，所述實(shí)時(shí)觀察顯微鏡上端固定在腐蝕實(shí)時(shí)觀測(cè)系統(tǒng)主體支架上，同時(shí)將腐蝕實(shí)時(shí)觀測(cè)目鏡通過(guò)觀測(cè)通道懸垂在微觀形貌原位觀測(cè)窗上方，所述微觀形貌原位觀測(cè)窗連接陽(yáng)極室下端。

其中，所述閉塞陽(yáng)極背面連有銅導(dǎo)線，銅導(dǎo)線從陽(yáng)極底座中間穿出，連接到電偶腐蝕測(cè)試系統(tǒng)的正極上，同時(shí)連接電化學(xué)實(shí)時(shí)測(cè)試系統(tǒng)的工作電極線夾。

其中，所述微觀形貌原位觀測(cè)窗為直徑16～24mm的圓形透光玻璃片。

其中，所述裝置還外接電化學(xué)工作站、電化學(xué)實(shí)時(shí)測(cè)試系統(tǒng)、點(diǎn)偶腐蝕測(cè)量系統(tǒng)。

本發(fā)明還提供一種鋁合金局部腐蝕評(píng)價(jià)的方法：

第一步，選擇常用合金，開(kāi)展海水浸泡試驗(yàn)，并改變海水環(huán)境因素，探討不同影響因素對(duì)其腐蝕性能及電化學(xué)特征的影響；

第二步，改變腐蝕評(píng)價(jià)環(huán)境中的關(guān)鍵因素，確立最佳的局部腐蝕模擬環(huán)境，作為腐蝕評(píng)價(jià)用環(huán)境體系；

第三步，通過(guò)電化學(xué)工作站控制宏觀陰極的電位為某一固定值，用電偶腐蝕測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量流經(jīng)模擬閉塞陽(yáng)極的電流，根據(jù)該電流的大小評(píng)價(jià)和比較不同鋁合金在該陰極極化電位下的點(diǎn)蝕坑擴(kuò)展速度。

有益的技術(shù)效果

本發(fā)明是一種鋁合金局部腐蝕評(píng)價(jià)裝置，用于鋁合金材料局部腐蝕模擬的同時(shí)實(shí)現(xiàn)局部腐蝕形貌實(shí)時(shí)觀察，獲得鋁合金在模擬環(huán)境中局部腐蝕發(fā)生、發(fā)展的過(guò)程和形態(tài)變化過(guò)程，實(shí)現(xiàn)鋁合金材料海洋環(huán)境及其它模擬環(huán)境中的局部腐蝕評(píng)價(jià)。借助于本項(xiàng)發(fā)明，可以進(jìn)行鋁合金材料在腐蝕環(huán)境中的評(píng)價(jià)研究，獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，為船舶等交通運(yùn)輸業(yè)、海洋裝備的選材、設(shè)計(jì)以及進(jìn)行室內(nèi)模擬腐蝕研究提供基本數(shù)據(jù)保證。

附圖說(shuō)明

圖1局部腐蝕評(píng)價(jià)裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2鋁合金陽(yáng)極電流隨時(shí)間的變化曲線。

附圖標(biāo)記：1-實(shí)時(shí)觀測(cè)控制系統(tǒng)；2-電化學(xué)實(shí)時(shí)測(cè)試系統(tǒng)；3-電偶腐蝕測(cè)量系統(tǒng)；4-宏觀陰極；5-輔助電極；6-參比電極裝置；7-微觀形貌原位觀測(cè)通道；8-專用滲透膜；9-顯微鏡支架控制裝置；10-腐蝕實(shí)時(shí)觀測(cè)目鏡；11-微觀形貌原位觀測(cè)窗；12-陽(yáng)極室；13-密封墊圈；14-閉塞陽(yáng)極；15-陽(yáng)極底座；16-模擬溶液；17-模擬溶液池；18-腐蝕實(shí)時(shí)觀測(cè)系統(tǒng)主體支架。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供一種鋁合金局部腐蝕評(píng)價(jià)裝置，包括模擬環(huán)境單元和腐蝕實(shí)時(shí)觀測(cè)單元，所述模擬環(huán)境單元包括閉塞陽(yáng)極、宏觀陰極、輔助電極、參比電極裝置、模擬溶液池，所述腐蝕實(shí)時(shí)觀測(cè)單元包括實(shí)時(shí)觀察顯微鏡、腐蝕實(shí)時(shí)觀測(cè)系統(tǒng)主體。

其中，所述實(shí)時(shí)觀察顯微鏡選擇較大景深的目鏡，分辨率1微米，顯微鏡固定裝置上端固定在觀測(cè)系統(tǒng)主體支架上，同時(shí)將目鏡通過(guò)觀測(cè)通道懸垂在觀測(cè)窗上方，以便實(shí)時(shí)觀測(cè)。顯微鏡支架固定裝置的下端固定在觀測(cè)通道頂端，并給予觀測(cè)通道一定的力，通過(guò)觀測(cè)窗的邊緣施加給陽(yáng)極室下端，使陽(yáng)極室與鑲嵌在陽(yáng)極底座里的陽(yáng)極試樣工作表面通過(guò)密封墊圈緊密結(jié)合。

所述實(shí)時(shí)觀測(cè)控制系統(tǒng)是通過(guò)計(jì)算機(jī)采用顯微鏡控制軟件控制目鏡的數(shù)據(jù)采集、記錄和保存，實(shí)現(xiàn)對(duì)閉塞陽(yáng)極試樣表面腐蝕坑發(fā)展過(guò)程的原位觀測(cè)。

其中，所述模擬溶液池采用石英玻璃制作，底部開(kāi)有閉塞孔，直徑約2～10mm，閉塞孔內(nèi)外用專用滲透膜隔為陽(yáng)極室和陰極室。當(dāng)陽(yáng)極試樣表面腐蝕發(fā)生時(shí)，腐蝕產(chǎn)物離子快速增多，然而專用滲透膜的作用導(dǎo)致腐蝕產(chǎn)物離子無(wú)法快速傳質(zhì)到模擬溶液池中的陰極室，因此陽(yáng)極室的溶液酸度增加，腐蝕性增強(qiáng)，陽(yáng)極試樣表面腐蝕得到進(jìn)一步加速。

其中，所述模擬溶液池通過(guò)陽(yáng)極底座和閉塞陽(yáng)極，采用密封墊圈，固定在腐蝕形貌實(shí)時(shí)觀測(cè)系統(tǒng)主體的底座上。閉塞陽(yáng)極與陽(yáng)極底座間采用密封橡膠進(jìn)行緊密結(jié)合，做到不滲水。閉塞陽(yáng)極背面連有銅導(dǎo)線，銅導(dǎo)線從陽(yáng)極底座中間穿出，測(cè)試開(kāi)始前連接到電偶腐蝕測(cè)試系統(tǒng)的正極上，同時(shí)連接電化學(xué)實(shí)時(shí)測(cè)試系統(tǒng)的工作電極線夾。

其中，所述微觀形貌原位觀測(cè)窗為直徑16～24mm的圓形透光玻璃片。

其中，所述裝置還外接電化學(xué)工作站、電化學(xué)實(shí)時(shí)測(cè)試系統(tǒng)、點(diǎn)偶腐蝕測(cè)量系統(tǒng)。

本發(fā)明還提供一種鋁合金局部腐蝕評(píng)價(jià)的方法：

第一步，選擇常用合金，開(kāi)展海水浸泡試驗(yàn)，并改變海水環(huán)境因素，探討不同影響因素對(duì)其腐蝕性能及電化學(xué)特征的影響；

第二步，改變腐蝕評(píng)價(jià)環(huán)境中的關(guān)鍵因素，確立最佳的局部腐蝕模擬環(huán)境，作為腐蝕評(píng)價(jià)用環(huán)境體系；

第三步，通過(guò)電化學(xué)工作站控制宏觀陰極的電位為某一固定值，用電偶腐蝕測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量流經(jīng)模擬閉塞陽(yáng)極的電流，根據(jù)該電流的大小評(píng)價(jià)和比較不同鋁合金在該陰極極化電位下的點(diǎn)蝕坑擴(kuò)展速度。

下面結(jié)合附圖1，對(duì)本發(fā)明的一種鋁合金局部腐蝕評(píng)價(jià)裝置作以下詳細(xì)說(shuō)明。

如附圖1所示，本發(fā)明提供一種鋁合金局部腐蝕評(píng)價(jià)裝置，包括模擬環(huán)境單元和腐蝕實(shí)時(shí)觀測(cè)單元。所述模擬環(huán)境單元基于模擬溶液池17，模擬溶液池17底端開(kāi)孔，用來(lái)安裝陽(yáng)極底座15，閉塞陽(yáng)極14通過(guò)密封橡膠鑲嵌在陽(yáng)極底座15內(nèi)，然后將陽(yáng)極室12通過(guò)密封墊圈13固定在閉塞陽(yáng)極14的上表面，同時(shí)將專用滲透膜8固定在陽(yáng)極室12的專用滲透膜8的開(kāi)口處，而陽(yáng)極室12的頂端正好與模擬溶液池17中心微觀形貌原位觀測(cè)窗11緊密接觸。然后，將宏觀陰極4、輔助電極5、參比電極裝置6布放在模擬溶液池17中，其中參比電極裝置6由參比電極和魯金毛細(xì)管的鹽橋構(gòu)成。

最后，在模擬溶液池17和陽(yáng)極室12中分別加入模擬溶液16，閉塞陽(yáng)極14和宏觀陰極4分別連接電偶腐蝕測(cè)試系統(tǒng)3的正負(fù)極，同時(shí)閉塞陽(yáng)極14、參比電極裝置6和輔助電極5分別連接電化學(xué)實(shí)時(shí)測(cè)試系統(tǒng)2的w、r、c連接線夾。測(cè)試開(kāi)始前，通過(guò)實(shí)時(shí)觀測(cè)控制系統(tǒng)1調(diào)整腐蝕實(shí)時(shí)觀測(cè)系統(tǒng)主體支架18和顯微鏡支架控制裝置9，使腐蝕實(shí)時(shí)觀測(cè)目鏡10的位置正好懸于微觀形貌原位觀測(cè)窗11上方，并通過(guò)實(shí)時(shí)觀測(cè)控制系統(tǒng)1調(diào)焦，使其處于陽(yáng)極試樣表面微觀形貌實(shí)時(shí)觀測(cè)狀態(tài)。

鋁合金局部腐蝕裝置安裝完成后，按照以下的腐蝕評(píng)價(jià)的方法進(jìn)行鋁合金的局部腐蝕評(píng)價(jià)：

第一步，選擇常用合金，開(kāi)展海水浸泡試驗(yàn)，并改變海水環(huán)境因素，探討不同影響因素對(duì)其腐蝕性能及電化學(xué)特征的影響；

第二步，改變腐蝕評(píng)價(jià)環(huán)境中的關(guān)鍵因素，確立最佳的局部腐蝕模擬環(huán)境，作為腐蝕評(píng)價(jià)用環(huán)境體系；

第三步，通過(guò)電化學(xué)實(shí)時(shí)測(cè)試系統(tǒng)2控制宏觀陰極4的電位為某一固定值，用電偶腐蝕測(cè)量系統(tǒng)3測(cè)量流經(jīng)模擬閉塞陽(yáng)極14的電流，根據(jù)該電流的大小評(píng)價(jià)和比較不同鋁合金在該陰極極化電位下的點(diǎn)蝕坑擴(kuò)展速度。

以下采用實(shí)施例和附圖來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，借此對(duì)本發(fā)明如何應(yīng)用技術(shù)手段來(lái)解決技術(shù)問(wèn)題，并達(dá)成技術(shù)效果的實(shí)現(xiàn)過(guò)程能充分理解并據(jù)以實(shí)施。

如圖1所示，閉塞陽(yáng)極14使用船用鋁合金試樣，所述宏觀陰極4為外接鈦合金板，輔助電極5采用石墨電極，參比電極裝置6參用甘汞電極和自制的魯金毛細(xì)管鹽橋。船用鋁合金試樣的工作面用金相砂紙逐級(jí)打磨至1500#本發(fā)明中使用的模擬溶液采用以下所述方法獲得：

以船用鋁合金為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)不同的模擬腐蝕溶液，進(jìn)行動(dòng)電位極化曲線測(cè)試，開(kāi)展鹽度、溫度、ph值對(duì)船用鋁合金點(diǎn)蝕電位的影響，觀察其點(diǎn)蝕發(fā)展情形，如果鋁合金發(fā)生點(diǎn)蝕過(guò)程能夠被功能顯微鏡恰當(dāng)?shù)牟蹲降?，該模擬腐蝕溶液可以作為船用鋁合金腐蝕評(píng)價(jià)用的環(huán)境體系。

通過(guò)電化學(xué)實(shí)時(shí)測(cè)試系統(tǒng)2控制宏觀陰極4的電位為-0.7v，采用電偶腐蝕測(cè)量系統(tǒng)3測(cè)量流經(jīng)閉塞陽(yáng)極14的陽(yáng)極電流，考察陽(yáng)極電流密度隨時(shí)間的變化曲線，結(jié)果如圖2所示。

所有上述的首要實(shí)施這一知識(shí)產(chǎn)權(quán)，并沒(méi)有設(shè)定限制其他形式的實(shí)施這種新產(chǎn)品和/或新方法。本領(lǐng)域技術(shù)人員將利用這一重要信息，上述內(nèi)容修改，以實(shí)現(xiàn)類似的執(zhí)行情況。但是，所有修改或改造基于本發(fā)明新產(chǎn)品屬于保留的權(quán)利。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非是對(duì)本發(fā)明作其它形式的限制，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員可能利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容加以變更或改型為等同變化的等效實(shí)施例。但是凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與改型，仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。