一种铝合金早期腐蚀产生Al3+离子的检测方法技术

本发明专利技术涉及一种铝合金早期腐蚀产生Al3+离子的检测方法，将待测铝合金放入喹哪啶酸水溶液中，喹哪啶酸分子与Al3+形成螯合物使溶液的荧光强度增强，通过荧光光谱仪测定溶液的荧光光谱得出铝合金腐蚀产生的Al3+离子量，以及推测铝合金的腐蚀程度。与现有技术相比，本发明专利技术具有简便易行，灵敏度高的特点，适合铝合金的早期腐蚀检测，值得推广应用。本发明专利技术通过使用喹哪啶酸作为荧光探针，方便、快速监测铝合金在使用中出现的早期腐蚀情况，以利于及时采用补救措施。延长铝合金的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于金属腐蚀监测领域，尤其是涉及一种铝合金早期腐蚀产生Al3+离子的检测方法。
技术介绍
铝合金由于具有材质轻、比强度高、导热性好、易于成形、价格低廉等优点，广泛应用于航空航天、交通运输等领域。长期暴露在海洋潮湿气候以及南方梅雨季节状况下的铝合金极易发生腐蚀，所以在铝合金腐蚀发生的早期，能够及时检测到腐蚀的发生，并采取一定的防护手段，可以有效延长设备的使用寿命，避免不必要的经济损失。通常铝合金在自然条件下，表面会形成一层氧化膜，在一定程度上起到防止铝合金发生腐蚀的作用，但是这一层氧化膜在含有侵蚀性离子存在的溶液中都极易遭到破坏而发生点蚀。点蚀发生在钝化膜破损的区域，发生点蚀时阳极区的反应：Al→Al3++3e(1)Al3++3H2O→Al(OH)3+3H+(2)阴极区的反应主要是溶液中的溶解氧的还原：O2+3H2O+2Al→2Al(OH)3(3)传统的腐蚀失重法、电化学法、光纤传感器法、等离子色谱等方法被用来监测铝合金的腐蚀，但是这些方法由于其自身的限制无法检测腐蚀过程及腐蚀发生的准确位置，所使用的仪器贵重，使用不够方便。因此，寻找一种可以准确高效铝合金早期腐蚀的预警方法迫上眉睫。荧光分析法具有操作简便，灵敏度高等优点，已被广泛用于生物医药、食品分析、环境监测、水处理等方面。目前荧光分析法用于监测金属的早期腐蚀已引起人们的广泛关注，其监测原理有两种：(1)与腐蚀产物络合，与腐蚀产物络合形成的螯合物在特定波长的光激发下可以产生荧光；(2)是基于pH变化，由于腐蚀发生时随着阳极和阴极反应的发生，阳极区和阴极区的pH值变化也随之发生。而这一类物质随着pH值的不同而具有不同的荧光发射。基于这两种原理，人们正在寻找合适的荧光探针，检测不同合金材料的腐蚀过程。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种铝合金早期腐蚀产生Al3+离子的检测方法，本专利技术以喹哪啶酸作为荧光探针，利用荧光分析法，通过监测腐蚀过程产生的铝离子浓度变化和腐蚀形貌变化，预警铝合金在氯化钠溶液中的腐蚀情况，具有重要意义和实际应用价值。本专利技术的技术原理：喹哪啶酸又称喹啉-2-羧酸，分子式是C10H6NO2，分子量为172.1607，具有平面分子结构，能够与铝离子形成螯合物，固定了分子平面刚性结构并且刚性进一步增强。喹哪啶酸与Al3+选择性结合后，具有荧光发射特性，在443nm处出现荧光发射，其发射强度随Al3+浓度的增加而增强，可以快速检测溶液中Al3+浓度，从而检测铝合金早期腐蚀情况。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种铝合金早期腐蚀产生Al3+离子的检测方法，将待测铝合金放入喹哪啶酸水溶液中，喹哪啶酸分子与Al3+形成螯合物使溶液的荧光强度增强，通过荧光光谱仪测定溶液的荧光光谱得出铝合金腐蚀产生的Al3+离子量，以及推测铝合金的腐蚀程度。该方法具体包括以下步骤：(1)配制一系列不同Al3+浓度的溶液，分别向每个溶液中加入喹哪啶酸水溶液，然后取混合溶液，通过荧光光谱仪测定不同Al3+浓度的溶液对应的荧光强度；(2)根据不同Al3+浓度与对应的荧光强度的对应关系，得到Al3+浓度与荧光强度之间的相关性；(3)将待测铝合金放入喹哪啶酸水溶液中，通过荧光光谱仪测定溶液的荧光强度，并根据Al3+浓度与荧光强度之间的相关性得出溶液中Al3+浓度。根据溶液中Al3+浓度推测铝合金的腐蚀程度。所述的喹哪啶酸水溶液浓度为0.05g/L～0.3g/L。调节喹哪啶酸水溶液的pH值在4～6之间。喹哪啶酸分子与Al3+形成的螯合物在443nm处出现荧光发射。所述的铝合金为5052铝合金。铝合金在含有Cl-等腐蚀环境中极容易发生点蚀，这是由于环境中的Cl-等腐蚀介质不均匀吸附在铝合金表面的钝化膜上，导致钝化膜的不均匀破裂，使铝合金基体直接暴露在腐蚀介质当中，铝合金中铝元素和其它析出的元素形成微电偶，加速了铝元素以铝离子形式析出。溶液中的喹哪啶酸分子与Al3+形成螯合物，荧光强度增强。通过荧光光谱仪测定溶液的荧光光谱可以推测铝合金的腐蚀程度。本专利技术适用于铝合金的早期腐蚀检测，与其它检测方法比，具有灵敏度高的明显优势。荧光强度受pH值的影响。金属在酸性环境下开始腐蚀。喹哪啶酸与Al3+选择性结合后，荧光强度在pH＝6时最强，这时金属的腐蚀刚刚发生，也即腐蚀初期灵敏度最高。这是因为溶液的pH值会对荧光探针以及金属离子在溶液中的存在状态产生较大的影响，pH<6或者pH>13都会使喹哪啶酸以离子的形式存在于溶液中，造成荧光强度降低。而pH过高同样会导致Al3+形成沉淀，导致溶液中Al3+浓度降低，同时，喹哪啶酸是弱酸，溶液中pH过高使喹哪啶酸与溶液中的OH-发生酸碱中和反应，生成盐类物质，这也同样导致了溶液的荧光猝灭。此外溶液中过量的OH-会与Al3+形成沉淀，会对Al3+与喹哪啶酸形成螯合物产生影响，这也同样会降低溶液中的荧光强度。喹哪啶酸对Al3+的螯合作用具有明显的选择性。由于铝合金(例如铝合金5052)中含有大量其它金属元素成分，在腐蚀发生时，除了Al3+，其他Cu2+、Fe3+、Zn2+和Mg2+也会析出。在氯化钠腐蚀溶液中，Mg2+的加入，荧光稍微减弱。而Cu2+和Fe3+的加入，却使荧光强度迅速降低。Zn2+的加入使得溶液的荧光强度显著增强。共存离子Cu2+、Zn2+和Fe3+虽对喹哪啶酸选择性造成一定的影响，但杂质离子对溶液荧光影响在可控数据范围内，并不影响测定结果的总体趋势。本专利技术可以检测铝合金(例如铝合金5052)早期腐蚀程度还在于，溶液的荧光强度随着Al3+浓度的增加而增加，具有较好的线性相关性。因而通过检测荧光强度可以测定Al3+的浓度，进而检测腐蚀程度。与现有技术相比，本专利技术的有益性在于喹哪啶酸与Al3+选择性结合后，具有荧光发射特性，在443nm处出现荧光发射，其发射强度随Al3+浓度的增加而增强，可以快速检测溶液中Al3+浓度，从而检测铝合金的腐蚀情况。实验结果表明使用电化学噪声和电化学阻抗测试的结论与荧光分析法结论相一致。本专利技术具有简便易行，灵敏度高的特点，适合铝合金的早期腐蚀检测，值得推广应用。本专利技术通过使用喹哪啶酸作为荧光探针，方便、快速监测铝合金在使用中出现的早期腐蚀情况，以利于及时采用补救措施。延长铝合金的使用寿命。附图说明图1为喹哪啶酸与铝离子螯合物结构示意图；图2为5052铝合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铝合金早期腐蚀产生Al3+离子的检测方法，其特征在于，将待测铝合金放入喹哪啶酸水溶液中，喹哪啶酸分子与Al3+形成螯合物使溶液的荧光强度增强，通过荧光光谱仪测定溶液的荧光光谱得出铝合金腐蚀产生的Al3+离子量，以及推测铝合金的腐蚀程度。

【技术特征摘要】
1.一种铝合金早期腐蚀产生Al3+离子的检测方法，其特征在于，将待测铝合
金放入喹哪啶酸水溶液中，喹哪啶酸分子与Al3+形成螯合物使溶液的荧光强度增
强，通过荧光光谱仪测定溶液的荧光光谱得出铝合金腐蚀产生的Al3+离子量，以及
推测铝合金的腐蚀程度。
2.根据权利要求1所述的一种铝合金早期腐蚀产生Al3+离子的检测方法，其
特征在于，该方法具体包括以下步骤：
(1)配制一系列不同Al3+浓度的溶液，分别向每个溶液中加入喹哪啶酸水溶
液，然后取混合溶液，通过荧光光谱仪测定不同Al3+浓度的溶液对应的荧光强度；
(2)根据不同Al3+浓度与对应的荧光强度的对应关系，得到Al3+浓度与荧光
强度之间的相关性；
(3)将待测铝合金放入喹哪啶酸水溶液中，通过荧光光谱仪测定溶液的荧光
强度，并根据Al3+浓度与荧光强度...

【专利技术属性】
技术研发人员：高立新，刘洁，李康，张大全，
申请(专利权)人：上海电力学院，
类型：发明
国别省市：上海;31