一種金屬材料電化學再鈍化性能的測試裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于腐蝕模擬實驗和暫態(tài)電化學測試技術領域，具體涉及了一種金屬再鈍化性能測試裝置。適用于對不同金屬新鮮無膜的表面鈍化膜生長過程的電化學參數測試，并可以實現不同腐蝕環(huán)境的模擬。
【背景技術】
[0002]鈍性金屬(Fe、Cr、T1、Al等金屬及其合金)表現出來的鈍性是由于在其表面存在一層薄(nm級或μπι級)的致密的金屬氧化物薄膜，稱之為鈍化膜。這層致密鈍化膜能夠有效地阻礙金屬與腐蝕環(huán)境的直接接觸，從而將金屬基體與腐蝕環(huán)境隔絕。盡管如此，在實際的工程應用中，受到力學或化學的作用，鈍化膜層容易發(fā)生變形、溶解減薄甚至破裂，從而使金屬基體腐蝕溶解。與此同時，新鮮暴露的金屬基體表面可能再次形成一層具有保護性質的鈍化膜，即金屬的再鈍化(過程)。所以金屬再鈍化性能將決定鈍性金屬發(fā)生局部腐蝕、應力腐蝕、腐蝕疲勞、磨損腐蝕的熱力學傾向和動力學過程。
[0003]金屬材料的再鈍化性能是通過對新鮮暴露的金屬表面進行暫態(tài)電化學實驗來測定。由于新鮮暴露的金屬表面具有非常高的電化學活性，因此金屬表面可以在極短時間(10?102ms)內就能再次形成非常薄(nm級別)的鈍化膜并覆蓋金屬表面，從而阻止金屬與腐蝕溶液的接觸，表現出較高的耐蝕性，而所對應的電化學電流從極大值快速衰減到相對穩(wěn)定的值，這就是金屬的再鈍化過程。針對再鈍化的這一特點，對再鈍化進行研究首先需要快速去除金屬電極表面原有的氧化膜，然后在水溶液環(huán)境中進行快速的電化學測量表征，即電化學暫態(tài)測量。目前國內外對金屬再鈍化的研究方法有:快速拉伸應變法(EngsethP, Scully J C.Corros1n Science, 1975，15 (6): 505-519.)通過施加應變在電極上，由于氧化膜韌性比基體金屬差，因此氧化膜先發(fā)生破裂，從而基體暴露于腐蝕介質中發(fā)生再鈍化過程，但是該方法對測試電極進行了嚴重的塑性變形，提高了金屬電極的電化學活性，改變了測試電極的電化學性質，同時對于膜破裂位置和暴露面積不可預測和操控；針尖快速劃傷法(Burstein G T, Newman R C.Electrochimica Acta, 1980, 25 (8): 1009-1013.)由金剛石刀尖在平整金屬上快速劃出一道劃痕，從而達到破壞基體表面氧化膜目的，但是在劃痕位置的局部區(qū)域上存在較大彈塑性變形；壓痕法(Fushimi K, Takase K, Azumi K, etal..Electrochimica acta, 2006，51 (7): 1255-1263.)是金屬表面在絕緣針尖的壓力下，氧化膜發(fā)生破壞或破裂，露出膜下的金屬基體，該方法同樣存在對金屬基體較大的彈塑性變形影響。上述實驗方法存在的共享性問題是:在對表面進行去除鈍化膜的過程中，先行暴露的表面實際上已經與腐蝕環(huán)境發(fā)生再鈍化反應，而后續(xù)暴露的表面的再鈍化過程尚未開始。例如快速拉伸應變法或壓痕法，只要膜破裂，再鈍化就開始發(fā)生，那么此時拉伸并未結束或者壓頭還未離開表面；又如針尖快速劃傷法，隨著針尖的劃過，金屬基體是逐漸暴露于腐蝕溶液的。因此金屬無膜表面的先后暴露導致了暴露表面的再鈍化程度先后不一，從而導致無法測量得到真實的再鈍化電化學信號，難以實現定量化評定金屬再鈍化性能。為了避免機械方法造成的彈塑性變形和暴露時間序列問題，激光燒蝕法(Sakairi M, KinjyoM, Kikuchi Τ.Electrochimica Acta, 2011，56 (4): 1786-1791.)提出米用高能激光對金屬氧化膜進行燒蝕去除。但是卻引入了另一個無法避免的問題，即在去除氧化膜的同時，基體在激光輻照下，高溫的局部區(qū)域容易產生重鑄層，這將從根本上改變金屬材料原有的圍觀組織結構和再鈍化性能。
[0004]綜上所述，現有技術對于去除原金屬表面鈍化膜從而獲得新鮮暴露的無膜表面過程存在的問題主要有:大的彈塑性變形改變電化學活性、暴露表面面積不可控、再鈍化過程時間起點不確定、重鑄層改變金屬圍觀組織結構和再鈍化性能。這些問題對于認識金屬材料真實的再鈍化暫態(tài)過程和準確評價金屬再鈍化性能帶來了限制。因此，需要一種摒除上述不足，自動可控，使用簡單的測量準確真實的金屬再鈍化性能測試裝置。
【實用新型內容】
[0005]本實用新型的目的在于提供一種金屬再鈍化性能測試裝置。該裝置將改進過去方法中的諸多不足，極大地減小測試金屬表面的彈塑性變形，暴露的金屬表面面積能夠準確可控，整個暴露面同時接觸腐蝕介質使再鈍化起始狀態(tài)同一，可實現對不同腐蝕環(huán)境下金屬表面鈍化膜或氧化膜生長過程中的電化學信號測試，并能在鈍化膜完全去除條件下對金屬表面重新生成的鈍化膜的再鈍化過程進行準確測量。
[0006]本實用新型解決技術問題所用的技術方案是:
[0007]本實用新型金屬材料電化學再鈍化性能的測試裝置，包括固定在底座上的密閉箱和驅動電機，皮帶傳動系統(tǒng)連接驅動電機和旋轉吸盤的軸，軸由軸承和外軸座固定在密閉箱的左壁，磨料固定在旋轉吸盤上；真空栗固定在密閉箱外，接入密閉箱和旋轉吸盤，進氣閥也接入密閉箱；試樣夾具一端開設試樣安裝口，另一端固定于旋轉氣缸，旋轉氣缸固定在水平平動氣缸自由端，水平平動氣缸固定于垂直平動氣缸自由端，垂直平動氣缸固定于密閉箱的后壁；電解池在密閉箱內部，并放置于恒溫水浴系統(tǒng)內；金屬試樣作為工作電極，鉑片連接鉑絲作為輔助電極，飽和甘汞電極通過鹽橋接入實驗溶液從而構成三電極體系，三電極通過導線電連接至外部電化學測試儀器。
[0008]進一步，密閉箱頂部由螺栓固定密封蓋，并在密封蓋和密閉箱的接觸位置安裝橡膠密封條，真空栗和進氣閥都接入密閉箱的左、右兩側壁，安裝氧探頭于真空栗與密閉箱之間，安裝氣壓表于進氣閥與密閉箱之間，保證密封箱內達到一定的真空條件，以形成符合實驗需求、可控的低氧真空環(huán)境。
[0009]進一步，再鈍化測試裝置，旋轉吸盤上裝有中心定位螺釘、壓盤、0型橡膠平墊圈，軸承與密閉箱的連接面上安裝0型密封圈，外軸座與軸的連接面上安裝旋轉密封圈。
[0010]進一步，再鈍化測試裝置，還包括在密閉箱右側壁上固定的絕緣板和導電金屬柱，飽和甘汞電極、電化學金屬試樣、鉑片導線在箱體內外由螺栓固定在導電金屬柱上實現電連接，以保證形成腐蝕電化學測試回路。
[0011]進一步，試樣由夾具和螺釘固定，金屬試樣的表面伸入電解池中溶液后，距離液面不少于3cm，在電解池側壁標出刻度線，以控制試樣表面去除鈍化膜后快速浸入試驗溶液的時間。
[0012]采用本實用新型的測試裝置進行金屬氧化膜去除并進行電化學實驗，包括以下步驟:
[0013]步驟1、試樣預磨:垂直平動氣缸控制試樣移動至最高位置，開啟驅動電機，待旋轉真空吸盤轉速穩(wěn)定后，旋轉氣缸將夾具旋轉至水平，試樣表面正對旋轉吸盤上的磨料，在水平平動氣缸的推動下，試樣接觸磨料開始預磨，待持續(xù)預磨確定時間后，水平平動氣缸控制試樣離開磨料，驅動電機停止工作；更換磨料并重復預磨步驟，直至達到所需表面粗糙度；從夾具安裝口中取出試樣，將試樣清洗吹干備用。
[0014]步驟2、實驗準備:按照預磨時的安裝方式安裝試樣，將試樣、鉑片、飽和甘汞電極的導線分別連接到絕緣板上的導電金屬柱，實現電連接，密閉箱外也采用導線分別從不同導電金屬柱連接到外加的電化學測試儀器；向電解池內注入溶液達到刻度線以上，即金屬試樣浸入溶液后表面距離液面不小于3cm，并調節(jié)三電極的位置；水浴槽中注入水，由熱電偶和溫度傳感器共同實現恒溫水??；按下工作按鈕，密閉箱內自動開始抽真空，打開進氣閥充入保護氣氛，可控制氧含量穩(wěn)定至不高于0.001% vol.，氣壓保持在常壓0.1MPa。
[0015]步驟3、再鈍化實驗:啟動驅動電機，待驅動電機轉速穩(wěn)定后，按預磨試樣時控制氣缸運動，使試樣接觸磨料，同時記下開始研磨的時間，當研磨進行到預定時間后，關閉驅動電機電源，控制水平平動氣缸水平移動至行程另一端，旋轉氣缸相對水平線向下旋轉90°，即試樣表面平行溶液液面，開啟電化學測試命令開始記錄電信號，垂直平動氣缸垂直下降至最低點，以確保試樣浸入溶液并可進行電化學信號測量；待電化學測量結束后，停止電化學測試命令，垂直平動氣缸上升至最高點，試樣離開測試溶液，完成測試實驗，取出試樣；根據測量得到的電化學信號，分析再鈍化暫態(tài)過程，獲得金屬再鈍化性能。
[0016]進一步，所述金屬試樣與導線電連接，用絕緣材料和密封材料封裝試樣，絕緣材料選自聚四氟乙烯熱縮管，密封材料選自環(huán)氧樹脂。
[0017]進一步，所述導線均為銅導線或導電性好的其它材質的導線。
[0018]進一步，所述的保護氣氛采用