金属与保护层界面失效状态的在线监测方法技术

本发明专利技术涉及金属与保护层界面失效状态的在线监测的方法，在设计或制造的机械设备的金属基底的腐蚀敏感部位，预制监测界面腐蚀变化的探头，采用从设备原位上直接切割下来的相同材料为主体，加工成探头后再镶入机械设备金属基底的原位，探头与设备的金属基底为一体化结合，所述探头穿过设备壁，其尾部在金属设备外部预留有连接导线的插口，在需要采集界面信息时，用导线将所述插口与电化学工作站等能采集阻抗谱等电化学数据的监测终端设备相连接，并采用ＣＲ传输线模型解析电化学阻抗谱。监测能得到超前的信息，监测结果的解析具有通用性、一致性和客观性；增加了结果的可靠程度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种金属与保护层界面失效状态的在线监测的方法，尤其是涉及一种应用一体化、同状态、内置探头采集阻抗谱等电化学信息的在线监测金属与保护层界面状态变化的方法。
技术介绍
名词解释CR传输线模型是特指一种仅包含电容C和电阻R的传输线类型等效电路模型。工业设备腐蚀所造成的损失是惊人的。据调查，全球每年腐蚀损失约7000亿美元，约占各国GNP的2％～4％，据Battele实验室统计，美国每年腐蚀损失约3000亿美元，其中汽车行业的损失占40％。我国由于腐蚀每年造成的经济损失约1500亿人民币，约占GNP的4％。目前，对金属腐蚀实施在线监测的方法有以下多种，例如第一种是表面观察法，它的缺点是无法监测不能直接观察到的金属装置部位、无法进行定量评价和有效预测寿命。第二种是化学分析法它是采样跟踪介质腐蚀性的变化，检查缓蚀效果，这是一种通过腐蚀介质性能变化间接评价金属装置瞬时腐蚀速率的方法。第三种是取样片法通过取放配件装置，将相同材质制备的取样片放入金属装置内，一定时间后(如半年)，取出称重，它的缺点是得出腐蚀速度的时间较久。第四种是电阻探头(ERP)法，其原理是根据由金属装置腐蚀引起的电阻变化进行监测，能较快地采集数据；这种方法的缺点是探头受到机械撞击易于损坏，如果用套管保护探头，则读数难于直接关联实际的腐蚀速率，而且敏感度随探头元件的厚度减少而增加，但是薄的探头元件的工作寿命下降。第五种是线性极化电阻(LPR)法，它的原理是测量瞬间腐蚀速率，能够自动记录。如中科院金属所依据曹楚南院士在弱极化区测量腐蚀电流的电化学理论研制开发的国家技术专利产品CMB-1510B瞬进腐蚀速度测量仪，可进行腐蚀速度的瞬时测量。其电化学探头为三电级结构，由研究电极、参比电极和辅助电极组成。仪器初始内置电极材料为五种材质铝、铜、铁、铅、锌。其缺点是需要探头完全被电介质覆盖，如果被导电腐蚀物覆盖，在电极之间形成电桥，则影响测量的准确度；并且应注意表面光度，测试后电极如有轻度腐蚀(肉眼观察)可用600号砂纸打磨，继续使用，若腐蚀程度较重，电极表面有较深的坑，需要更换电极。第六种是氢探头法原理是监测作为腐蚀产物的氢的分压的变化，评价腐蚀速率。在原理上是正确的，但实践上也存在问题。第七种是智能清管器法测量仪器沿管线内部运行，将强磁场加在测量管线上，检查漏磁特性的异常情况。第八种是无损检测法，如超声波等。上述大部分在线监测方式具有如下缺点一是多属于间接测量方法，如采样、挂片、探头等都是独立于金属机械装置之外，需要通过不同的方法将探头等放入金属机械装置内部采样；虽然最近已经出现一些预置的永久性测试探头，但与原装置也不能构成一体，而是附加在原装置之外，不能保证与金属机械被评价的腐蚀部位具有完全一致的状态，最后根据采集到的信息间接推测被评价金属状态的变化，因而有一定的不确定性；第二是所根据的电化学原理主要是电位监测、线性极化等，由于以前用等效电路模型解析阻抗谱方仅能给出定性信息，因而在国内将阻抗谱方法直接用于现场腐蚀监测的报道很少；第三是，缺少对机械装置的金属基底与保护性涂层界面变化状态的的直接测量方法，而有关的模拟研究还局限在根据恒电流阶跃方法，寻找等效电路元件数值与破损程度的实验关系式，对于阻抗谱的应用多局限于在根据谱图定性评价；第四是，由于以前没有找到阻抗谱参数与金属与有机涂层界面粘结力的直接联系，至今没有建立合适的在线监测金属装置与保护涂层界面状态变化的方法。第五是，由于在金属基底上制备保护层的方法是普遍应用的基本防腐蚀手段，而且金属基底与保护层界面之间状态的变化往往发生在金属基底腐蚀、造成大面积失效之前。因此本专利技术具有较目前的腐蚀在线监测方法更超前的预测能力。
技术实现思路
为了克服现有技术多属于间接测量、缺少对机械装置中金属基底与保护层界面状态变化趋势的无损、直接、超前预测等缺点，本专利技术提供一种可用于在线监测腐蚀环境中工作的机械装置的金属与保护层界面失效状态的在线监测的方法。本专利技术解决技术问题所采用的技术方案是一种金属与保护层界面失效状态的在线监测的方法，在设计或制造的机械设备的金属基底的腐蚀敏感部位，预制监测界面腐蚀变化的探头，采用从设备原位上直接切割下来的相同材料为主体，加工成探头后再镶入机械设备金属基底的原位，探头与设备的金属基底为一体化结合，并一起经历随后的预处理和保护层制备等工序；所述探头穿过设备壁，其尾部在金属设备外部预留有连接导线的插口，在需要采集界面信息时，用导线将所述插口与电化学工作站等能采集阻抗谱等电化学数据的监测终端设备相连接，并采用CR传输线模型解析电化学阻抗谱。所述金属基底的腐蚀敏感部位的多个不同位置，设置多个探头。所述探头采用单个探头内部的电极分别构成二电极或者三电极体系，也可以采用不同位置的探头内电极构成四电极测量体系。所述测量在二电极的情况下，电极1为研究电极，电极2同时作为参比和辅助电极；在三电极的情况下，电极1为研究电极，电极2为参比电极，电极3为辅助电极，在四电极的情况下，四个电极分为两对，每对材料和形状等完全一致。所述研究电极的材质与金属设备原体相同，其截面积最好是圆形，该研究电极的面积范围大小为0.1～50平方厘米。所述参比电极独立于辅助电极之外时，其位于界面部分采用贵金属制成，所述参比电极位于界面的部分采用银、铂等惰性贵金属制成，或采用在机械设备将来工作的环境中稳定的其它导电材料。所述测量回路中的辅助电极是金属机械原体，或是探头中的一部分。所述研究电极、参比电极和辅助电极之间彼此设有绝缘层，整个内置探头与机械原体之间设有绝缘层。所述研究电极、参比电极和需要的辅助电极作为一个探头整体，一次性嵌入机械设备的金属基底中。所述采集的阻抗谱电化学信息包括阻抗谱、各类极化曲线、循环伏安、监测腐蚀电位随时间的变化、腐蚀介质的电导率。所述该机械设备的金属基底的界面失效敏感部位可以不是一个平面，如位于机械内部的一角，在其界面失效敏感部位可以预置在普通外置探头不易到达的位置。所述探头必须和金属机械一同经历随后表面处理工序和保护层的制备，探头和金属一同被保护层覆盖。本专利技术的积极效果在于首先是采用阻抗谱的方法进行涂层体系的腐蚀监测，与其它的测量方法比较，阻抗谱方法的本身即具有许多无法替代的独特优点，如仅涉及小幅度扰动电压信号，允许在接近腐蚀电位的条件下进行监测，基本无破坏性，允许测量腐蚀引起的表面不均匀程度随时间的变化，灵敏度高，可以不受涂层强欧姆降的影响而连续、快速地监测低导电介质中的腐蚀，预测涂层寿命，因而是表征涂层体系特征参数的有效工具。其致命的缺点是解谱困难，无法解析得到客观的金属与保护层界面的信息，因而目前金属与保护层界面状态变化的在线监测方法处于空白；CR传输线意义的研究使金属与有机涂层界面信息的阻抗谱解析在几个关键的问题上有了重要的突破，为阻抗谱成为一种独立的测试手段提供了重要的方法，也为本专利技术的实施提供了重要的保证。由于金属机械装置与保护性涂层界面的变化发生在金属腐蚀之前，因而本专利技术可以更早发现腐蚀失效的萌生与扩展，具有较其它监测方法更超前的腐蚀监测性能；由于探头和金属机械的材质一致，并且共同经历了随后的表面预处理和保护层的制备工艺过程，因而探头与保护层界面状态与金属与保护层界面状态完全本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属与保护层界面失效状态的在线监测的方法，其特征是：在设计或制造的机械设备的金属基底的腐蚀敏感部位，预制监测界面腐蚀变化的探头，采用从设备原位上直接切割下来的相同材料为主体，加工成探头后再镶入机械设备金属基底的原位，探头与设备的金属基底为一体化结合，并一起经历随后的预处理和保护层制备工序；所述探头穿过设备壁，其尾部在金属设备外部预留有连接导线的插口，在需要采集界面信息时，用导线将所述插口与电化学工作站能采集阻抗谱电化学数据的监测终端设备相连接，并采用ＣＲ传输线模型解析电化学阻抗谱。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙秋霞，
申请(专利权)人：韶关学院，
类型：发明
国别省市：44[中国|广东]