薄液膜测试装置的设计2课件资料Word下载.docx
- 文档编号:15384237
- 上传时间:2022-10-29
- 格式:DOCX
- 页数:41
- 大小:2.12MB
薄液膜测试装置的设计2课件资料Word下载.docx
《薄液膜测试装置的设计2课件资料Word下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《薄液膜测试装置的设计2课件资料Word下载.docx(41页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
机制1094
申请学位
学士学位
指导教师
王贵
职称
教授
副指导教师
刘海涛
讲师
答辩时间
2013年6月7日
摘要
薄液膜的产生:
大气环境中的金属材料因温度和气候变化引起的蒸发,凝结,结露以及毛细管作用,吸附作用或化学凝聚作用,会在金属表面凝结形成薄液膜。
并且薄液膜的厚度和分散程度会随昼夜和天气状况的影响。
早在40年代Tpmashov就提出薄液膜厚度对大气腐蚀速度的定性影响,并已在实验中被陆续证明。
但是要研究大气腐蚀的基本规律必需定量研究薄液膜下金属腐蚀行为,因此将电化学研究方法应用到薄液膜下金属腐蚀行为的研究中,设计制造合里的测试装置,试验方法和实验数据的解析方法具有重要的意义。
本设计主要是针对以下几个方面进行了研究:
(1)研究了薄液膜厚度控制和测量的影响因素,优化并建立了薄液膜厚度控制和测量装置。
设计的液层厚度控制装置能实现薄液膜环境、厚度自动检测和控制,能够满足薄液膜层下电化学测量的要求且厚度测量误差小于<
5μm。
(2)建立的通过pt探针测量薄液膜层下金属极化曲线的方法,能有效的测量金属在薄液膜层下的腐蚀行为,所得的结果能按照常规电化学方法解释,与溶液中的测量结果具有可比性。
关键词:
薄液膜;
测试装置;
电极;
大气腐蚀;
控制
Abstract
Thethinliquidfilm:
metalmaterialinatmosphericenvironmentcausedbytemperatureandclimatevariationsofevaporation,condensation,condensationandcapillaryeffect,adsorptionandchemicalcoagulation,condensationwillonthemetalsurfacetoformthinliquidfilm.Effectofthinfilmthicknessandthedegreeofdispersionwithdiurnalandweatherconditions.Intheearly40'
sTpmashovproposedqualitativethinfilmthicknessontheatmosphericcorrosionrateeffect,andhasbeenprovedintheexperiment.Butthebasiclawofatmosphericcorrosionofessentialquantitativeresearchofthinfilmmetalcorrosionbehavior,sotheapplicationofelectrochemicalresearchmethodstostudythecorrosionbehaviorofmetalthinfilminthetestdevice,designandmanufactureintheanalyticalmethod,experimentalmethodandtheexperimentaldataisofgreatsignificance.
Thisdesignismainlyforthefollowingseveralaspectsoftheresearch:
Studyontheinfluentialfactorsofthinfilmthicknessmeasurementandcontrol,optimizationandthinfilmthicknessmeasurementandcontroldevicewasestablished.Designoftheliquidlayerthicknesscontroldevicecanrealizethethinliquidfilmthicknessofenvironment,automaticdetectionandcontrol,tomeetthethinfilmlayerelectrochemicalmeasurementrequirementsandthicknessmeasurementerrorislessthan<
5M.
EstablishedbyPtprobemeasurementsofthinfilmlayermetalpolarizationcurvemethod,canmeasurethemetaleffectivecorrosionbehaviorinathinliquidfilmlayer,theresultscanbeinterpretedinaccordancewiththeconventionalelectrochemicalmethods,withthe
measurementsolutionofthecomparabilityoftheresults.
Keywords:
thinfilmelectrodeatmosphericcorrosioncontroltestdevice
第1章:
绪论
大气腐蚀指材料或零件在大气环境下发生的腐蚀。
金属置于大气环境中时,其表面通常会形成一层极薄的不易看见的湿气膜(水膜)。
当这层水膜达到20-30个分子厚度时,它就变成电化学腐蚀所需要的电解液膜。
这种电解液膜的形成,或者是由于水分(雨、雪)的直接沉淀,或者是大气的湿度或温度变化以及其他种种原因引起的凝聚作用而形成。
如果金属表面只是处于纯净的水膜中,一般不足以造成强烈的电化学腐蚀。
大气环境下形成的水膜往往含有水溶性的盐类及溶入的腐蚀性气体。
影响腐蚀的主要因素有湿度、大气腐蚀性成分等[1]。
金属材料的大气腐蚀是最普遍存在的腐蚀现象,由此造成的经济损失约占总腐蚀损失的一半以上[2]。
从20世纪初到今天,金属材料大气腐蚀便成为材料科学,腐蚀科学研究领域中的重要容。
金属材料的大气腐蚀属于薄液膜下的电化学腐蚀[3]。
他与金属完全浸在溶液中的腐蚀有很大区别:
首先,大气中的氧通过金属表面的水膜比通过完全浸没时的液层要容易的多;
其二,由于液膜厚度很薄,阳极反应可能会受到抑制。
也就是说金属在大气环境中的腐蚀机理与在溶液中的完全不同。
同时由于液层厚度很薄,传统的电化学测试方法也难以对这种微量的电解质体系进行准确测量,原因是:
带鲁金毛细管的参比电极靠近被测金属电极表面时,在毛细管口处液膜厚度和组成都发生变化,当液膜极薄时,就会发生断路;
同时在薄液膜下,溶液的欧姆降很大,电流在工作电极表面分布不均匀,参比电极里的离子(如Cl-)的微
量污染等,也会给测量带来很大的误差[4]。
新的测试技术,随着大气腐蚀检测仪、电化学阻抗技术、kelvin探头参比电极技术和电化学噪声技术等的发展,使薄液层下金属腐蚀行为的研究迈出了很大的一步。
但各种技术仍有其不足和缺点,例如kelvin探针所测得电位的校准问题,以及当液层极薄时参比电极及辅助电极的合理放置等。
本论文将通过自行设计的实验装置,将能够模拟大气环境下金属的腐蚀过程并能测量薄液层下金属的极化曲线和电化学阻抗。
1.1薄液层下金属腐蚀的测试方法:
电化学研究方法
大气腐蚀的本质仍然是电化学性质的,因此,电化学原理,测量技术和数据处理方法原则上都是可以应用。
但是传统电化学方法必须根据薄液膜层体系特点进行适应性改型才能获得可靠准确的数据,为了使少量的电解质均匀复盖在电极工作表面主要改进集中于减小工作电极参比电极和辅助点击,尺寸和距离。
采用液膜覆盖的平整电极等以及发展非接触点位测量技术。
其主要改进展现在ACM大气腐蚀检测仪。
微距电极和kelvin探针技术。
1.1.1大气腐蚀检测仪
20世纪50年代后期。
Tomashov和Sereda等人提出了基于电偶腐蚀原理的大气腐蚀电化学研究方法ACM装置倚靠在多组绩效间距平行金属电极表面凝集,结露或雨雪形成薄液膜进行工作。
因而适合于薄液膜层条件下腐蚀电化学研究。
1.1.2微距电极技术
微距电极指小尺寸工作参比和辅助电极近距离设置并保持一覆盖薄液膜工作平面的电极系统。
主要特点是电极尺寸小(可用微电极),电极间距小(可达到20微米)以尽量减小液膜电阻及各电极共平面以供少量电解质形成薄液膜。
a前置微点技术
Cox[5]等人采用微参比电极前置法,准确的测量了金属在液层厚度为300μm的0.2Mol/LNa2SO4溶液中的动电位值。
在此条件下,阴极反应主要由氧的扩散速度控制。
氧还原反应速度随着电解液的挥发显著增加,这与氧在逐渐减薄的液层中的扩散速度增加相一致。
阻抗测量结果表明,随着液层厚度的减薄,溶液阻抗逐渐增加,这与离子在逐渐减薄的液层中的迁移速度受到抑制是一致。
张正等[6]采用自制的Ag/AgCl固体参比电极前置法,制作了用于LY12CZ铝合金在薄液膜下电化学行为研究的三电极腐蚀电池并研究了薄层液膜浓度和厚度对LY12CZ铝合金极化电阻Rp、阳极极化行为和EIS的影响。
张鉴清[7]采用这种方法研究了铝合金在200微米以下薄液膜下腐蚀行为。
前置参比电极技术在薄液层下金属腐蚀性为研究中的缺点是溶液欧姆降较大、参比电极中的离子会渗入到薄液膜中,从而影响测量结果的可靠性。
b后置微距参比电极技术
张学元、杜元龙等[8]采用后置微参比电极技术测试了薄液层下金属的腐蚀行为,研究了铜在不同液膜厚度(6~1333μm)下的阳极极化行为及腐蚀电位的变化。
结果表明随着液层厚度的减薄,Cu的腐蚀电位逐渐增大且阳极极化曲线由Tafel区转向极限电流控制区。
李明齐等[9]也采用此方法研究了16Mn钢在薄液层下的稳态极化曲线,并通过与在大量电解质溶液中的电化学行为做比较,证明了该电池适合金属在大气环境中的腐蚀行为研究。
但参比电极和辅助电极设置在工作电极两侧使参比电极处
于极化电力线之外,其测定数值的意义是值得商榷的。
技术与前置参比电极技术相比,最大的优点是消除了研究电极和参比电极之间欧姆降和参比电极中离子对薄层液膜的污染。
但其测定数值可靠性和准确性需要验证方可使用。
1.1.3微距双电极技术
微距双电极技术采用材料和尺寸完全一样的微小电极微距排列的装置,此技术不仅使少量电解质能够形成极薄均匀的液膜,而且在电化学阻抗测量小幅度极化条件下可以采用两个完全对等的电容电阻并联组合的等效电路,从而简化了数据处理方法。
采用此方法可以得到腐蚀速度、双电层电容、溶液电阻以及其它动
力学参数,因此在薄液层下电化学行为研究中获得了广泛的应用。
Zhang等[10]认为在薄液膜条件下,双电极体系比三电极体系测量结果更准确.他们测量了铁在10-3,10-4mol/L的Na2SO4薄液膜下的交流阻抗。
从所得的EIS图发现:
阻抗图有两个时间常数,高频段的半圆直径随液膜厚度的增加、电解质浓度的增加而逐渐减小、消失;
而低频段几乎保持不变。
研究者将工作电极换为铂,进行同样的实验,结果大致相同.
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 薄液膜 测试 装置 设计 课件 资料