專利名稱：：一種研究土壤腐蝕的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及土壤腐蝕領(lǐng)域，具體為一種研究土壤腐蝕的裝置。技術(shù)背景土壤是由固、液、氣三相組成的復(fù)雜的不均勻的介質(zhì)，金屬材料在土壤中的腐蝕雖然其腐蝕機(jī)理屬電化學(xué)腐蝕，但其腐蝕行為比在通常的介質(zhì)中要復(fù)雜得多，因此其研究方法具有某^tt殊性和一定的困難。電化學(xué)方法是目前研究土壤腐蝕的常用方法，其中極化曲線法和交流阻抗技術(shù)是電化學(xué)方法中最廣泛使用的方法。由于土壤介質(zhì)的電阻率一般很高，在進(jìn)行電化學(xué)測量時，研究電極和參比電極之間很高的電位(IR)降對測量結(jié)果的精度會產(chǎn)生很大的影響，因此人們通常采用增加土壤介質(zhì)的水分含量來降低參比電極和研究電極之間的介質(zhì)電阻，或者利用一些電化學(xué)儀器本身所具有的電阻補(bǔ)償土壤介質(zhì)電阻上的IR降;前一種方法脫離了金屬外埋藏的真實環(huán)境；后一種方法往往會因為儀器本身電化學(xué)噪聲的影響和外界電磁場的千擾而帶來很大的誤差，或者因為補(bǔ)償不當(dāng)而使儀器出現(xiàn)電流或電位過載等故障?，F(xiàn)有技術(shù)中，提到一種評價各種金屬和合金在土壤條件下形成有效的差異充氣腐蝕電池的傾向的方法，把兩個由被研究的金屬做成同樣的電極放在裝著兩種土壤的標(biāo)準(zhǔn)i微電解池5中。在一個電極周圍^3S氣良好的疏松的土壤(砂土6)，相反，在另一個電極周圍M氣困難的密實的粘土7，粘土7和砂土6之間插有銅-硫酸銅參比電極3。在比較密實的土壤中的電極是陽極l，在比較疏松的土壤中的電極是陰極2，通過毫安表4測量電流。如圖1所示，每次實驗取一對面積為2X2厘米的同樣的電極(由同種金屬所做成)。電極間的距離等于10厘米。電極上面的土層厚度為1厘米。用重量濃度為10%的氯化鈉溶液把兩種土壤都潤濕到濕度等于10%。記錄電極電位和在所研究的電池線路中建立起來的電流值。經(jīng)iiH個晝夜，在試驗終了的時候記下來的穩(wěn)定電液壓值是試驗的特征值。在個別情況下，為了核對起見，也可以在斷路狀態(tài)下測定每個電極的電位值。如果用上述方法研究兩種不同透氣性、緊實程度的土壤腐蝕時，很難把握土壤緊實程度，并且在土壤接觸面會發(fā)生水分的擴(kuò)散滲透，影響測量效果。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種研究土壤腐蝕的裝置，解決現(xiàn)有裝置功能較少以及受外界影響較大容易產(chǎn)生誤差等問題。本發(fā)明技術(shù)方案是-一種研究土壤腐蝕的裝置，包括兩^H式驗槽，兩個i式驗槽ilil乳膠管連通，乳膠管內(nèi)裝有含2-3%瓊月旨的飽和KC1凝膠形成離子導(dǎo)電通道；試驗槽為PVC管和安裝于PVC管底部的PVC板構(gòu)成，試驗槽內(nèi)裝有土壤介質(zhì)，工作面相對的輔助電極和研究電極按上、下設(shè)置于土壤介質(zhì)中。所述的輔助電極和研究電極為與PVC管內(nèi)徑相同的圓形板，其中心處開孔，在輔助電極和研究電極背面開有用于鉚接導(dǎo)線的未衝秀的穴。所述的輔助電極和研究電極與PVC管交接處用環(huán)氧樹脂涂封。所述PVC管頂部覆蓋塑料薄膜。所述的研究土壤腐蝕的裝置，在輔助電極和研究電極之間的PVC管側(cè)面開有兩個銅棒電極插孔。所述的研究土壤腐蝕的裝置，位于研究電極上、f兩側(cè)的PVC管上分別開有用于插設(shè)參比電極的前插孔和后插孔。本發(fā)明的有益效果是1、本發(fā)明裝置的參比電極和研究電極工作表面之間無電流通過，它們之間由研究電極試片上的小孔中的土壤連接，這部分土壤僅起到鹽橋的作用，所以參比電極和研究電極之間的介質(zhì)電卩1±的IR降可降低到非常小的數(shù)值，使電化學(xué)實驗結(jié)構(gòu)不會受到影響。2、本發(fā)明參比電極可插入前插孔或后插L進(jìn)行電化學(xué)測試，目的在于將前插法與后掛法的實驗進(jìn)行比較。由于整個實驗裝置在全密閉割牛下進(jìn)行，因此在整實驗周期內(nèi)，土壤中的水分含量基本上不會減少。3、本發(fā)明裝置還可以方便的求算土壤的容重和含氣率等重要的物理性質(zhì)。4、本發(fā)明采用獨立的兩個試驗槽通過乳膠管離子通道超匿，可以模擬土壤的不同緊實程度，即不同充氣狀態(tài)、不同含水量、不同含鹽量等實際情況，土壤之間不發(fā)生接觸，不會發(fā)生水分和鹽分的擴(kuò)散滲透，測量結(jié)果準(zhǔn)確可靠、誤差小。5、本發(fā)明釆用的裝置既可以進(jìn)行土壤腐蝕的研究，還可以用于測量土壤電阻率等。圖1為現(xiàn)有技術(shù)中評價各種金屬和合金在土壤條件下形成有效的差異充氣腐蝕電池傾向的裝置之一示意圖。圖2為本發(fā)明研究土壤腐蝕裝置的示意圖。圖3為本發(fā)明研究電極或輔助電極背面示意圖。圖中，1、陽極；2、陰極；3、銅-硫酸銅參比電極；4、毫安表；5、電解池；6、砂土；7、粘土；8、i微槽I:8'、試驗槽II;9、輔助電極導(dǎo)線；10、乳膠管；11、PVC管；12、土壤介質(zhì)13、研究電極導(dǎo)線；14、PVC板；15、后插孔；16、研究電極；17、前插孔；18、銅棒電極插孔；19、輔助電極；20、塑料(聚乙烯)薄膜；21、穴；22、中心孔。具體實施方式本發(fā)明在后插參比電極法(唐紅雁等，土壤腐蝕體系后插參比測量法研究，腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù)，第6巻第4期，352-356頁，1994年10月)的基礎(chǔ)上，對實驗裝置進(jìn)行了改進(jìn)。如圖2所示，本發(fā)明研究土壤腐蝕的電化學(xué)測試裝置，包括兩^i式驗槽試驗槽I8和i微槽H8'，兩^H微槽通過乳膠管10iiil，乳膠管10內(nèi)裝有2-3%瓊脂的飽和KC1凝膠形成離子導(dǎo)體，即將重量含量為2-3%的瓊脂溶到飽和KC1水溶液中吸入乳膠管形成凝膠，作為離子導(dǎo)電通道；每個試驗槽采用PVC管11和PVC板14焊接而成，試驗槽的高度為350mm，試驗槽內(nèi)裝有土壤介質(zhì)12，在距PVC板14的100mm的地方鉆一小孔，在其上方15mm處再鉆一同樣大小的孔，前者為后插孔15，后者為前插孔17，研究電極6位于前插孔17和后插孔15之間，輔助電極19在研究電極16上方靠近PVC管U，距PVC管口大約80mm處，研究電極16的工作面與輔助電極19的工作面相對。實驗時，將參比電極從后插孔15或前插L17插入土壤中靠近研究電極16的屮心孔22附近，每次實驗完畢后，用膠帶鄉(xiāng)每小孔封好，避免試驗過程中水分的蒸發(fā)，本實施例所用的參比電極均為飽和甘汞電極。在輔助電極19和研究電極16之間的PVC管11側(cè)面開有兩^H同棒電極插孔18，插入的銅棒電極可用來測試土壤電阻率，PVC管11頂部覆蓋塑料薄膜20。兩個輔助電極導(dǎo)線9之間或者兩個研究電極導(dǎo)線13之間可以連f纖安表，用于觀糧不同壓實程度的腐蝕電流，進(jìn)而通過腐蝕電流密度反映腐t^I度；另外，每個測試槽的研究電極導(dǎo)線13與插入的參比電極之間可以連接毫伏表，用于測量每個測試槽的腐蝕電位。本發(fā)明裝置可用于測量不同透氣性、含7jC量、含鹽量、緊實程度等條件下鋼鐵材料的腐蝕電位和腐，度，由于測試槽之間相互獨立，置于測試槽中的土壤介質(zhì)可模擬真實過程中兩種不同透氣性、緊實程度、含水量、含鹽量的土壤，進(jìn)而研究不同狀態(tài)下的土壤腐蝕瞎況。實驗表明，當(dāng)一種土壤在很密實或較密實，另一種土i襄在很疏松或較疏松的情況下，對腐蝕電位和腐TO度影響較大。如圖2、3所示，i辦(研究電極16和輔助電極19)為圓形，半徑為50畫，厚度為5mm，中心處鉆一小5mm的中心孔22，在試樣的一面的中心孔22和邊緣之間約l/2處，鉆一個4)3mm的穴21(未鉆透，深度為總厚度的一半左右，用以鉚接導(dǎo)線)試樣的工作面用砂紙磨光，最后一遍用400#砂紙打磨，暴露面積為19.4cm2。在非工作面上打上已編好的鋼號，用丙酮和無水酒精清洗(特別注意小孑L及穴)、吹干后方j(luò)(A千燥器中，半小時后稱重，記錄各試樣的初始重量Wo，精確至O.Ol克。在試樣的背面用鉛絲鉚接導(dǎo)線(輔助電極導(dǎo)線9和研究電極導(dǎo)線13)，除工作面外，試件的其他部分均用環(huán)氧樹脂涂封，尤其注意小孔及四周，一方面保證必須封住側(cè)壁，否則影響重量變化AWt，另一方面又不能把小閨死，否則無法進(jìn)行后插參比電極測量。本發(fā)明采用極化曲線和交流阻抗技術(shù)對X70鋼在格爾木鹽土壤中的腐蝕行為進(jìn)行研究。選用的金屬材料是X70鋼，它是西氣東輸管道用鋼，其化學(xué)成分如下:C0.049%，Mnl.59%，S0.0008%,Si0.26%，P0.014%，F(xiàn)e余量。土壤的預(yù)處理本實施例所用土壤取自青海格爾木土壤腐蝕試驗站2號坑地下1米深處，土壤類型為鹽漬土。將取回來的土壤放入千燥箱中在10511(TC下烘干6小時，除去其中的水分、殺死土壤中的微生物，研磨，過lmm篩，然后裝入自封袋中備用。本實施例采用極化曲線測量方ttt測求鹽漬土壤介質(zhì)中X70鋼的腐蝕速度，測量在弱極化區(qū)進(jìn)行。同時，還對金屬土壤腐蝕體系進(jìn)行交流阻抗譜的測試，作為輔助手段研究鋼鐵在該土壤中的腐蝕機(jī)理。另外，為r研究土壤的理化性質(zhì)的差異對土壤電P且率的影響，還對含7K量和含鹽量不同的七壤進(jìn)行電阻率的測量。極化曲線湖糧采用電化學(xué)阻抗譜測試系統(tǒng)(Solartron1270)，弱極化掃描范圍為-70mV70mV(相對于自腐蝕電位E^)，掃描速度為1.667mV/s，從陰極掃電化學(xué)阻抗譜測量采用電化學(xué)阻抗譜測試系統(tǒng)(Solartronl270+1287)，測試時的外加電壓為10mV，掃描頻率為104~0.01Hz。具體步驟如下(1)根據(jù)實驗方案，配制所需土壤。按順序分別將處理好的土壤、X70鋼試片m電化學(xué)測試槽中，記下各實驗裝置中試片的編號，測試槽口用保鮮塑料薄膜封好，以免實驗過程中水分蒸發(fā)；(2)放置一天后，測量X70鋼在不同條件下的土壤中的極化曲線和交流阻抗，實驗周期為30天，分別為測量第l、3、5、10、15、20、25、30天的極化曲線和交流阻抗；(3)對所測得的極化曲線和電化學(xué)阻抗譜進(jìn)行擬合，得到X70鋼在鹽漬土中的腐蝕電位E^、腐蝕電流密度U、塔菲爾斜率^、K等，總結(jié)在不同的土壤中X70鋼的腐蝕規(guī)律。(4)30天后，將電解池裝置拆開，取出研究電極，清除導(dǎo)線、環(huán)氧樹脂和銹蝕產(chǎn)物后，稱取其重量，計算研究電極在土壤中實際腐蝕速度，比較電化學(xué)測試槽中研究電極和電阻率測試槽中研究電極的腐t^度。土壤飽和含水量、水溶鹽含量和pH值的確定土壤的飽和含水量憑經(jīng)驗方&^確定，稱取烘干后的土壤樣品50克，加入蒸餾水并不斷攪拌，直至土壤表面滲出一層水膜時，可以認(rèn)為土壤已為水分所飽和。本實施例采用土壤的飽和含水量大約為25%(wt)。土壤(及地下水)中水溶鹽的分析，是研究鹽漬土鹽分動態(tài)的重要方法，對于了解鹽分對金屬材料在土壤中的腐蝕行為和規(guī)律具有十分重要的意義。土壤中的7jc溶鹽分析一般包括pH值、全鹽量、陰離子(cr、so42—、co32-、HC03—、N03—等)和陽離子(Na+、K+、Ca2+、Mg2+)的測定。土壤可溶鹽的測定主要是測定土壤水浸出液中各鹽分的含量，按照土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)常規(guī)分析方法進(jìn)行，本實施例所用的土壤的水溶鹽含量(Wt%)和pH值如下表所示表l<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>土壤電阻率是一個綜合性的因素，是土壤導(dǎo)電能力的反映，也是目前土壤腐蝕研究中探討最多的因素之一。一般來說，土壤的電阻率越小，土壤的腐蝕性越強(qiáng)。本發(fā)明在進(jìn)行電化學(xué)測試的同時，也進(jìn)行了土壤電阻率的測量。主要測量了格爾木鹽漬土在不同含水量和含鹽量的條件下，土壤電阻率的變化情況；如圖2所示，距焊接的PVC板14一端100mm處鉆一4)6mm的銅棒電極插孔18，在同一軸向上再鉆一同樣大小的孔，兩孔相距l(xiāng)OOmm。測量時，在兩小孔處各插入一支與孑L徑大小相當(dāng)?shù)你~棒電極，在兩^H式樣之間通以10uA的恒電流I，用萬用表測量兩銅棒之間的電壓U，每次測量時間為10分鐘，每隔2分鐘讀一次數(shù)，按下式計算土壤的電阻率P=U/I'S/L式中，P—土壤電阻率，Q*cm;1>~測得的電壓，mV;I—施加的恒電流，mA;S^l式樣的暴露面積，cm2;L^^兩銅棒之間的距離，cm。本實施例中，1=10PA，S=19.4cm2，L=10cm。計算每次測量的平均電阻率，實驗完畢后再計算整個實驗周期內(nèi)的累加平均電阻率。實驗表明，在含鹽量一定的情況下，土壤越干燥，電阻率越高，土壤截止?jié)駶櫍娮杪示驮降?；在含水量一定時，土壤的含鹽量越高，其電阻率應(yīng)該越小，含鹽量越低，電阻率應(yīng)該越大。土壤的供氧狀況與多個因素相關(guān)，含水量、含鹽量、壓實勒變等都會影響土壤的供氧狀況。由于測試槽的體積可以通過計算得到，因此本發(fā)明裝置可以方便的求算土壤的容重和含氣率。(1)土壤容重的計算-<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>式中dv—土壤容重(g'Cm—3);Gs-—土壤重量(g);Vs—土壤體積(cm3);tiv—土壤含水量(％)。(2)含氣率的計算Pa=P-Hw，dv式中Pa""土壤含氣率(％);P-土壤總孔隙度(％);Hw—土壤含水量(％);d^"土壤容重(g*cm—3);Hw'dv""土壤容積含水量(％)，相當(dāng)于土±襄含水孔隙度(%);P=93.947-32.995dv。電化學(xué)實驗結(jié)束后，拆開裝置，取出研究電極和輔助電極，稱量^A槽中的土壤的重量，利用上式求算各裝置中土壤的容重和含氣率。實驗結(jié)果表明，在含水量、含鹽量和壓實程度三因素交互作用下，土壤的含水量是影響X70鋼在土壤中腐蝕電位高低的主要因素；在含水量接近飽和及透氣性差的土壤中，腐M:程的陰極反應(yīng)受擴(kuò)散控帝啲特征比較明顯；與單因素作用下的極化曲線相比，多因素交互作用下的陰極塔菲爾斜率數(shù)值很大；透氣性的差異對腐t^度的影響較小，含水量仍是影響土壤腐蝕性強(qiáng)弱的主要因素；土壤的含水量、含鹽量、電阻率和透氣性共同影響著土壤腐蝕速度的大小。權(quán)利要求1.一種研究土壤腐蝕的裝置，其特征在于，包括兩個試驗槽，兩個試驗槽通過乳膠管連通，乳膠管內(nèi)裝有含2-3％瓊脂的飽和KCl凝膠形成離子導(dǎo)電通道；試驗槽為PVC管和安裝于PVC管底部的PVC板構(gòu)成，試驗槽內(nèi)裝有土壤介質(zhì)，工作面相對的輔助電極和研究電極按上、下設(shè)置于土壤介質(zhì)中。2、按照權(quán)利要求1所述的研究土壤腐蝕的裝置，其特征在于，所述的輔助電極和研究電極為與PVC管內(nèi)徑相同的圓形板，其屮心處開孔，在輔助電極和研究電極背面開有用于鉚接導(dǎo)線的未通透的穴。3、按照權(quán)利要求1所述的研究土壤腐蝕的裝置，其特征在于，所述的輔助電極和研究電極與PVC管交接處用環(huán)氧樹脂涂封。4、按照權(quán)禾腰求1戶脫的研究土壤腐蝕的裝置，其特征在于，f腿PVC管頂部覆蓋塑料薄膜。5、按照權(quán)利要求1所述的研究土壤腐蝕的裝置，其特征在于，在輔助電極和研究電極之間的PVC管側(cè)面開有兩^l同棒電極插孔。6、按照權(quán)利要求1所述的研究土壤腐蝕的裝置，其特征在于，位于研究電極上、下兩側(cè)的PVC管上分別開有用于插設(shè)參比電極的前插孔和后插孔。全文摘要本發(fā)明涉及土壤腐蝕領(lǐng)域，具體為一種研究土壤腐蝕的裝置，解決現(xiàn)有裝置功能較少以及受外界影響較大容易產(chǎn)生誤差等問題。該裝置包括兩個試驗槽，兩個試驗槽通過乳膠管連通，乳膠管內(nèi)裝有含2-3％瓊脂的飽和KCl凝膠形成離子導(dǎo)電通道；試驗槽為PVC管和安裝于PVC管底部的PVC板構(gòu)成，試驗槽內(nèi)裝有土壤介質(zhì)，工作面相對的輔助電極和研究電極按上、下設(shè)置于土壤介質(zhì)中。本發(fā)明采用獨立的兩個試驗槽通過乳膠管離子通道連通，可以模擬土壤的不同緊實程度，土壤之間不發(fā)生接觸，不會發(fā)生水分和鹽分的擴(kuò)散滲透，測量結(jié)果準(zhǔn)確可靠、誤差小。本發(fā)明采用的裝置既可以進(jìn)行土壤腐蝕的研究，還可以用于測量土壤電阻率、求算實驗所用土壤的容重和含氣率等。文檔編號G01N17/02GK101210871SQ20061015581公開日2008年7月2日申請日期2006年12月29日優(yōu)先權(quán)日2006年12月29日發(fā)明者尹桂勤,常守文,張莉華申請人:中國科學(xué)院金屬研究所