本发明专利技术涉及一种批量制作局部锈蚀金属试件的试验方法及试验系统。本发明专利技术提供了一种批量制作局部锈蚀金属试件的试验方法，包括以下步骤：S1、清理金属试件的表面，确定指定目标锈坑的位置、形状与尺寸；S2、金属试件的指定目标锈坑的区域为预锈区域，其余为非预锈区域，将阳极导线的铜丝与金属试件的非预锈区域相接触电连接，用绝缘胶带紧密缠绕非预锈区域及阳极导线的铜丝，使金属试件的预锈区域暴露在外。本发明专利技术还提供了一种批量制作局部锈蚀金属试件的试验系统。本发明专利技术的有益效果是：可以快速制作出锈坑尺寸精确、锈蚀位置可控、锈蚀形状可控、理论锈蚀时间与实际锈蚀时间差异小、锈蚀后试件的锈蚀率较为精确的局部锈蚀金属试件。
【技术实现步骤摘要】
一种批量制作局部锈蚀金属试件的试验方法及试验系统
本专利技术涉及制作锈蚀金属试件的试验方法，尤其涉及一种批量制作局部锈蚀金属试件的试验方法及试验系统。
技术介绍
土木工程中包含大量金属试件，如钢筋、栓钉、钢梁等，实际工程都处于自然环境中，面临各种恶劣天气以及有害介质，金属试件都会发生锈蚀。锈蚀后的金属材料力学性能会有不同程度的下降，对结构物的使用性能甚至安全性能造成危害。于是土木工程试验研究中的一个方向，就是对金属试件的锈蚀展开研究，一般在实验室条件下对金属试件进行模拟的人工环境锈蚀，之后对锈蚀金属试件进行力学试验，已获得其力学性能。在土木工程金属锈蚀试验研究中，很关键的一个环节，就是模拟自然条件下的金属试件锈蚀。由于实际环境中的金属试件需要几年或者几十年达到较大的锈蚀程度，实验室中难以实现。一般需要采取其他的措施，对金属试件进行加速锈蚀。为了研究金属锈蚀后材料微观结构的差异和力学性能的下降，实验室经常采用人工加速方法制作锈蚀金属试件，一般为通电加速锈蚀的试验方法。采用通电加速锈蚀方法，可以用比自然界高若干倍的速率得到锈蚀试件，试验中锈蚀速率可以控制，加速锈蚀的过程可以被观察并且相关数据可以被记录，使得对金属锈蚀后的研究更加方便快捷。目前通电加速锈蚀技术已经广泛用于各大高校及研究机构关于材料技术工程、土木工程耐久性等针对金属锈蚀的研究，主要有钢筋锈蚀后力学性能的研究、钢筋锈蚀后的微观研究、钢筋锈蚀后与混凝土的粘接滑移研究、钢筋锈蚀后构件与结构总体力学性能的研究的方向。金属在自然界的锈蚀比较缓慢，在实验室中一般采用通电加速锈蚀的方法实现锈蚀，以期在较短时间内获得所需金属锈蚀率的试件。通电加速锈蚀试验遵循着Faraday (法拉第)定理，通常用其推算出金属试件的通电时间与其理论锈蚀率的关系。Faraday定律可以指导通电锈蚀试验，由于通电时间与理论锈蚀率成正比，改变试件表面的电流密度以控制金属的锈蚀速率，则可得到目标锈蚀率。目前在试验室进行局部锈蚀试验研究多为钢筋混凝土试件中钢筋发生坑蚀，主要的试验方法有以下两种: (I)半湿法加速锈蚀。这种方法主要用在于浇筑好的钢筋混凝土试件，研究钢筋坑蚀后对构件承载能力的影响。试验方法一般先设定钢筋坑蚀的区域，如钢筋端部或者中部区域。试验前用能蓄水的布材包裹于锈蚀区域的混凝土表面，再用铜板或者不锈钢板粘附于布材上，润湿充分时间后接通电源，此时钢筋混凝土构件内指定区域的钢筋部分为阳极，布材上的金属板材为阴极。定期在锈蚀区域浇水，保证反应所需的水分盐分和氧气。根据Faraday定律确定电流值大小和通电时间，以达到钢筋目标锈蚀量。(2)PVC套管法。这种方法主要用于单根钢筋的坑蚀试验，研究具体形状和尺寸的锈坑对钢筋力学性能的影响。试验首先要根据实际情况确定锈坑的形状，钢筋表面宏观可见的锈坑形状大致可分为四种，分别是:凹槽形，长椭球形，深椭球形和圆形。然后确定坑蚀产生的区域，一般为钢筋端部或者中部区域。选取PVC套管，其直径与试验对应的钢筋直径相当，在具体指定区域切割出预定锈坑形状。将钢筋插入PVC套管中，用硅胶封闭好，仅露出锈坑位置。将加工好的试件与阴极一同放入氯化钠溶液中，通过Faraday定律确定电流值大小和通电时间，达到钢筋目标锈蚀量。当试验预定锈蚀试件有其特殊要求时，以上试验方法就无法采用。当锈蚀试验样本在单一局部锈坑的位置及尺寸要求较为精确时，例如在栓钉上实现可控制的局部锈蚀，也就是锈坑形状、尺寸、生成的位置是可以具体确定的，半湿法加速锈蚀是使一个区域内的钢筋发生锈蚀，锈坑数量、形状、尺寸都是无法预测的，不符合较为精确的试验要求。PVC套管法可以很好地控制锈坑参数，当锈蚀样本几何尺寸上不均匀，例如普通栓钉都是带钉帽的，用PVC套管套住几何不规则的栓钉有诸多不方便的地方，并且PVC套管法需要用硅胶封住其他区域，试验后需要称重衡量栓钉质量折减，硅胶很难去除干净，这就为试验增加不便。且制作PVC管工序及后期开槽工序较为麻烦，采用此方法对批量制作局部坑蚀试件而言时间把握及成本控制均不理想。另外用传统Faraday定律计算锈蚀量，在研究局部坑蚀的试验指导中有其弊端。Faraday定律多用于金属材料的均匀锈蚀试验，在局部锈蚀应用上有欠缺之处，主要是因为随着通电试验的进行，坑蚀预锈区的面积一直处于变化的状态，以栓钉局部坑蚀的研究为例，首先其表面为一外凸的圆弧面，随着电化学反应此圆弧被溶解，预锈区表面逐渐平滑，最后随着锈蚀深度加大，预锈区表面呈一内凹的圆弧面。这就意味着即使通电电流强度保持恒定，局部锈蚀区表面的电流密度也一直处于变化中，难以应用Faraday定律控制锈蚀速率。并且，传统试验方法为了隔离锈蚀区外的区域与溶液接触，一般用环氧树脂或石蜡等环涂于钢筋表面，这些材质在硬化后非常难去除，需要通过高温烘烤或者特殊化学药剂溶解。
技术实现思路
为了解决现有技术中的问题，本专利技术提供了一种批量制作局部锈蚀金属试件的试验方法及试验系统。本专利技术提供了一种批量制作局部锈蚀金属试件的试验方法，包括以下步骤: 51、清理金属试件的表面，确定指定目标锈坑的位置、形状与尺寸； 52、金属试件的指定目标锈坑的区域为预锈区域，其余为非预锈区域，将阳极导线的铜丝与金属试件的非预锈区域相接触电连接，用绝缘胶带紧密缠绕金属试件的非预锈区域及阳极导线的铜丝，使金属试件的预锈区域暴露在外； 53、将金属试件水平放置于容器内，使金属试件的预锈区域架空，往容器内注入氯化钠溶液，使金属试件水平浸泡在氯化钠溶液内； 54、通过阳极导线接通恒压直流电源的阳极，将恒压直流电源的阴极接通铜棒，并将铜棒竖直浸泡在氯化钠溶液内，保持铜棒与金属试件的预锈区域不相接触； 55、打开恒压直流电源的开关，将电压调至最大值，然后再自零开始将电流调到预定电流值； 56、保持氯化钠溶液的液面高度不变； 57、通电锈蚀预定时间后，关闭恒压直流电源的开关，取出金属试件，冲洗金属试件，将绝缘胶带撕去，擦除金属试件表面的水分。作为本专利技术的进一步改进，步骤S3中注入的氯化钠溶液的浓度为3%。作为本专利技术的进一步改进，步骤S3中，在容器内放置绝缘垫块，将金属试件的非预锈区域架设在绝缘垫块上，使金属试件的预锈区域架空并且朝上。作为本专利技术的进一步改进，步骤S4中，恒压直流电源的阴极通过阴极导线接通铜棒的顶端，将铜棒竖直浸泡在氯化钠溶液内，并保持阴极导线与铜棒顶端的连接处位于氯化钠溶液的液面之上，使阴极导线不浸泡在氯化钠溶液内。作为本专利技术的进一步改进，步骤S6中，往容器内注入相同浓度的氯化钠溶液，以保持氯化钠溶液的液面高度不变。作为本专利技术的进一步改进，步骤S7中，擦除金属试件表面的水分后，用风干机吹干或者烘干，保存于密封袋中。作为本专利技术的进一步改进，步骤S2中，将阳极导线的铜丝缠绕在金属试件的非预锈区域上，使阳极导线与金属试件的非预锈区域相接触电连接。作为本专利技术的进一步改进，将多组金属试件依次进行步骤SI至S7，但每组金属试件通电锈蚀预定时间线性递增，用称重法测量进行了步骤S7之后的金属试件的锈蚀率，得到不同时间间隔下金属试件的锈蚀率，得出在相同试验处理下以及相同试验环境中的“时间-锈蚀率”曲线。本专利技术还提供了一种批量制作局部锈本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种批量制作局部锈蚀金属试件的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、清理金属试件的表面，确定指定目标锈坑的位置、形状与尺寸；S2、金属试件的指定目标锈坑的区域为预锈区域，其余为非预锈区域，将阳极导线的铜丝与金属试件的非预锈区域相接触电连接，用绝缘胶带紧密缠绕金属试件的非预锈区域及阳极导线的铜丝，使金属试件的预锈区域暴露在外；S3、将金属试件水平放置于容器内，使金属试件的预锈区域架空，往容器内注入氯化钠溶液，使金属试件水平浸泡在氯化钠溶液内；S4、通过阳极导线接通恒压直流电源的阳极，将恒压直流电源的阴极接通铜棒，并将铜棒竖直浸泡在氯化钠溶液内，保持铜棒与金属试件的预锈区域不相接触；S5、打开恒压直流电源的开关，将电压调至最大值，然后再自零开始将电流调到预定电流值；S6、保持氯化钠溶液的液面高度不变；S7、通电锈蚀预定时间后，关闭恒压直流电源的开关，取出金属试件，冲洗金属试件，将绝缘胶带撕去，擦除金属试件表面的水分。
【技术特征摘要】
1.一种批量制作局部锈蚀金属试件的试验方法，其特征在于，包括以下步骤: 51、清理金属试件的表面，确定指定目标锈坑的位置、形状与尺寸； 52、金属试件的指定目标锈坑的区域为预锈区域，其余为非预锈区域，将阳极导线的铜丝与金属试件的非预锈区域相接触电连接，用绝缘胶带紧密缠绕金属试件的非预锈区域及阳极导线的铜丝，使金属试件的预锈区域暴露在外； 53、将金属试件水平放置于容器内，使金属试件的预锈区域架空，往容器内注入氯化钠溶液，使金属试件水平浸泡在氯化钠溶液内； 54、通过阳极导线接通恒压直流电源的阳极，将恒压直流电源的阴极接通铜棒，并将铜棒竖直浸泡在氯化钠溶液内，保持铜棒与金属试件的预锈区域不相接触； 55、打开恒压直流电源的开关，将电压调至最大值，然后再自零开始将电流调到预定电流值； 56、保持氯化钠溶液的液面高度不变； 57、通电锈蚀预定时间后，关闭恒压直流电源的开关，取出金属试件，冲洗金属试件，将绝缘胶带撕去，擦除金属试件表面的水分。2.根据权利要求1所述的批量制作局部锈蚀金属试件的试验方法，其特征在于:步骤S3中注入的氯化钠溶液的浓度为3%。3.根据权利要求1 所述的批量制作局部锈蚀金属试件的试验方法，其特征在于:步骤S3中，在容器内放置绝缘垫块，将金属试件的非预锈区域架设在绝缘垫块上，使金属试件的预锈区域架空并且朝上。4.根据权利要求1所述的批量制作局部锈蚀金属试件的试验方法，其特征在于:步骤S4中，恒压直流电源的阴极通过阴极导线接通铜棒的顶端，将铜棒竖直浸泡在氯化钠溶液内，并保持阴极导线与铜棒顶端的连接处位于氯化钠溶液的液面之上，使阴极导线不浸泡在氯化钠溶液内。5.根据权利要求1所述的批量制作局部锈蚀金属试件的试验方法，其特征...
【专利技术属性】
技术研发人员：隋莉莉，邢锋，邱桐，周英武，韩宁旭，李伟文，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东;44
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