一种基于SECM的埋地金属管道腐蚀与防腐层剥离测试系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于SECM的埋地金属管道腐蚀与防腐层剥离测试系统，包括交流杂散电流加载系统、电解池系统和扫描电化学显微镜测试系统；交流杂散电流加载系统用于提供埋地金属管道遭受交流杂散电流的干扰源，电解池系统用于模拟埋地金属管道在不同土壤环境下腐蚀的实际工程状况，扫描电化学显微镜测试系统用于获取杂散电流作用下在防腐层破损点处金属腐蚀过程中的局部化微区图像和电荷转移特征，并进行数据的分析。本发明专利技术的测试系统可模拟不同土壤环境、杂散电流强度、防腐层种类、防腐层破损面积比下，因杂散电流流入/流出埋地金属管道防腐层破损点造成的管道局部腐蚀和防腐层剥离。

【技术实现步骤摘要】
一种基于SECM的埋地金属管道腐蚀与防腐层剥离测试系统
本专利技术涉及埋地金属管道腐蚀与防腐层剥离测试
，尤其涉及一种基于SECM的埋地金属管道腐蚀与防腐层剥离测试系统。
技术介绍
外防腐涂层技术是降低埋地金属管道腐蚀、增加埋地金属管道使用寿命的非常有效的方法。理想的防腐层是没有缺陷的，对腐蚀介质具有阻挡和屏蔽的作用。然而，由于涂覆工艺的复杂性及施工过程中的机械碰撞等因素，使得管线上的防腐层不可避免地会产生一些针孔、破损等缺陷，或是由于在长期的服役过程中土壤中各种腐蚀因子的长期作用，导致产生粘结失效进而发生防腐层表面的破损及剥离等缺陷。杂散电流是指在设计或规定回路以外流动的电流，以成为埋地金属管道腐蚀泄露的重要影响因素之一。由于电气化铁路和高压输电线等产生的杂散电流对管道的安全运行产生严重的影响，特别是长距离具有防腐涂层破损、剥落的缺陷的输油管道，在防腐层缺陷处形成严重的局部腐蚀和防腐层剥离现象，从而严重威胁管道的安全运行。传统的金属腐蚀机理研究一般采用宏观的电化学测试方法，如极化曲线法、交流阻抗谱技术、腐蚀电位和噪声技术等，这些传统的电化学测试方法获得的是整个样品的宏观变化结果，不能反映出样品的局部腐蚀信息。特别是对于含有防腐层的埋地金属管道，当腐蚀现象发生在防腐层破损点处时，传统宏观的电化学测试方法，无法探测到金属基体/溶液界面的电化学信息，进而无法反映出金属的局部腐蚀与防腐层剥离的过程以及局部特征。近些年来，人们一直在探索于局部腐蚀的电化学过程研究，而微区扫描探针技术能够区分材料不同区域的电化学特征，为局部表面技术的研究提供了一个新的途径，在金属腐蚀领域取得了广泛的应用。扫描电化学显微镜系统(SECM)技术已广泛应用于腐蚀研究领域，SECM是研究微区电化学过程的有力工具，SECM的最大特点是可以在溶液体系中对研究系统进行实时、现场、三维空间观测，有独特的化学灵敏性。当SECM微探针在非常靠近基底电极表面扫描时，扫描微探针的氧化还原电流具有反馈的特性，形成在基底电极不同位置上的法拉第电流图像，即可直接表征基底电极表面形貌和电化学活性分布，还可以通过反馈电信号描绘基底的表面形貌，研究局部腐蚀的复杂过程，该方法弥补了宏观电化学法测量金属局部腐蚀性质的不足。
技术实现思路
针对上述问题中存在的不足之处，本专利技术提供一种基于SECM的埋地金属管道腐蚀与防腐层剥离测试系统。为实现上述目的，本专利技术提供一种基于SECM的埋地金属管道腐蚀与防腐层剥离测试系统，包括：交流杂散电流加载系统，用于提供埋地金属管道遭受交流杂散电流的干扰源；电解池系统，用于模拟埋地金属管道在不同土壤环境下腐蚀的实际工程状况；扫描电化学显微镜测试系统，用于获取杂散电流作用下在防腐层破损点处金属腐蚀过程中的局部化微区图像和电荷转移特征，并进行数据的分析。作为本专利技术的进一步改进，所述交流杂散电流加载系统包括：辅助铂片电极、防腐层破损试样、土壤模拟溶液和交流信号源，所述辅助铂片电极和防腐层破损试样均处于所述土壤模拟溶液中；所述交流信号源一端与所述辅助铂片电极相连，另一端与所述防腐层破损试样相连，构成杂散电流回路。作为本专利技术的进一步改进，所述交流信号源与防腐层破损试样之间的导线上串联有电流表和开关。作为本专利技术的进一步改进，所述交流杂散电流加载系统还包括：定时中断器；所述定时中断器并联在所述交流信号源上，用于控制交流电加载的时间。作为本专利技术的进一步改进，所述电解池系统包括：用于盛放所述土壤模拟溶液的容器和用于夹持所述防腐层破损试样的夹持装置，所述夹持装置安装在所述容器上。作为本专利技术的进一步改进，所述容器包括：壳体、底板、螺栓和底座；所述壳体通过密封胶与所述底板固定连接，所述底板的外圈加工有四个对称的螺纹孔，所述螺纹孔内放入四组螺栓，每组螺栓的底部通过螺纹与所述底座相连，通过调节所述螺栓实现所述防腐层破损试样处于水平状态。作为本专利技术的进一步改进，所述夹持装置包括：环氧封装树脂套、密封O圈、上螺纹端盖、外螺纹异径接头、橡胶垫片和下六角螺母；所述防腐层破损试样封装在所述环氧封装树脂套内，所述环氧封装树脂套套入到所述密封O圈中；所述密封O圈上表面与所述上螺纹端盖的内表面相接触，下表面与所述外螺纹异径接头的大径凹槽相接触；当旋紧所述螺纹端盖和外螺纹异径接头时，所述环氧封装树脂套与密封O圈紧密结合；所述外螺纹异径接头下端凸设有外六角端面，所述外螺纹异径接头的小径端插入所述底板中，所述底板下端面与所述橡胶垫片相接触，通过拧动所述下六角螺母实现所述外螺纹异径接头与底板的紧密接触。作为本专利技术的进一步改进，所述扫描电化学显微镜测试系统包括：扫描探针、参比电极、辅助铂片电极、防腐层破损试样、SECM电化学工作站、PC机、探针固定架、电机控制器和三维移动平台；所述SECM电化学工作站与所述PC机相连，所述SECM电化学工作站采用四电极体系，所述SECM电化学工作站的WE1电极与所述扫描探针相连、WE电极与所述防腐层破损试样相连、RE电极与所述参比电极相连、CE电极与所述辅助铂片电极相连；所述扫描探针通过所述探针固定架与所述三维移动平台相连，所述三维移动平台用于实现所述扫描探针的三维运动；所述三维移动平台的三个步进电机均与所述电机控制器相连，所述电机控制器与PC机相连。作为本专利技术的进一步改进，所述三维移动平台的三个导轨滑台沿着X、Y、Z空间坐标系分布，Y方向导轨滑台通过螺栓固定在X方向导轨滑台的上底板上，Z方向导轨滑台通过三角形支撑架固定在Y方向导轨滑台的上底板上，所述扫描探针通过探头固定架固定在Z方向导轨滑台的上底板上；三个导轨滑台的结构相同，Y方向导轨滑台包括电机、电机支座、联轴器、丝杠支撑座、丝杠、上底板、滚珠丝杠螺母、滚珠丝杠螺母座、挡板、垫板、导轨滑块和下底板；所述电机通过螺钉固定在所述电机支座上，所述电机支座固定在所述下底板的右端，所述挡板固定在所述下底板的左端，所述导轨滑块前后对称的固定在所述下底板上；所述电机通过联轴器与所述丝杠相连；所述丝杠支撑座位于联轴器的左侧且通过螺钉固定在所述下底板上；所述滚珠丝杠螺母座套在所述滚珠丝杠螺母上，所述滚珠丝杠螺母座与所述上底板通过螺钉固定；所述垫板的上表面与所述上底板的下表面相连，下表面与所述导轨滑块的四个滑块的上表面相连。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术的测试系统可模拟埋地管道不同土壤环境、杂散电流强度、防腐层种类、不同防腐层破损面积比下的，因杂散电流流入/流出防腐层破损点造成的金属局部腐蚀和防腐层剥离实验；该测试系统结构简单，测试方法简便，测试结果重复性好，能够有效地提供管道金属腐蚀与防腐层剥离过程中的局部微区图像和电荷转移特征，对金属的腐蚀过程进行实时、现场和空间观测，适用于开展埋地金属管道腐蚀与防腐层剥离测试的实验室研究。附图说明图1为本专利技术一种实施例公开的基于SECM的埋地金属管道腐蚀与防腐层剥离测试系统的结构图；图2为本专利技术一种实施例公开的三维移动平台的正三轴测图；图3为本专利技术一种实施例公开的环氧封装树脂套封装防腐层破损试样的剖面图；图4为本专利技术一种实施例公开的夹持装置的剖面图；图5为应用本专利技术进行的涂覆环氧涂层的X80钢试样在50A/m2交流干扰下SECM线扫描测试结果图；图6a为应用本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于SECM的埋地金属管道腐蚀与防腐层剥离测试系统，其特征在于，包括：交流杂散电流加载系统，用于提供埋地金属管道遭受交流杂散电流的干扰源；电解池系统，用于模拟埋地金属管道在不同土壤环境下腐蚀的实际工程状况；扫描电化学显微镜测试系统，用于获取杂散电流作用下在防腐层破损点处金属腐蚀过程中的局部化微区图像和电荷转移特征，并进行数据的分析。

【技术特征摘要】
1.一种基于SECM的埋地金属管道腐蚀与防腐层剥离测试系统，其特征在于，包括：交流杂散电流加载系统，用于提供埋地金属管道遭受交流杂散电流的干扰源；电解池系统，用于模拟埋地金属管道在不同土壤环境下腐蚀的实际工程状况；扫描电化学显微镜测试系统，用于获取杂散电流作用下在防腐层破损点处金属腐蚀过程中的局部化微区图像和电荷转移特征，并进行数据的分析。2.如权利要求1所述的基于SECM的埋地金属管道腐蚀与防腐层剥离测试系统，其特征在于，所述交流杂散电流加载系统包括：辅助铂片电极(3)、防腐层破损试样(4)、土壤模拟溶液(5)和交流信号源(6)，所述辅助铂片电极(3)和防腐层破损试样(4)均处于所述土壤模拟溶液(5)中；所述交流信号源(6)一端与所述辅助铂片电极(3)相连，另一端与所述防腐层破损试样(4)相连，构成杂散电流回路。3.如权利要求2所述的基于SECM的埋地金属管道腐蚀与防腐层剥离测试系统，其特征在于，所述交流信号源(6)与防腐层破损试样(4)之间的导线(10)上串联有电流表和开关。4.如权利要求2所述的基于SECM的埋地金属管道腐蚀与防腐层剥离测试系统，其特征在于，所述交流杂散电流加载系统还包括：定时中断器(7)；所述定时中断器(7)并联在所述交流信号源(6)上，用于控制交流电加载的时间。5.如权利要求1所述的基于SECM的埋地金属管道腐蚀与防腐层剥离测试系统，其特征在于，所述电解池系统包括：用于盛放所述土壤模拟溶液(5)的容器和用于夹持所述防腐层破损试样(4)的夹持装置，所述夹持装置安装在所述容器上。6.如权利要求5所述的基于SECM的埋地金属管道腐蚀与防腐层剥离测试系统，其特征在于，所述容器包括：壳体(11)、底板(12)、螺栓(13)和底座(14)；所述壳体(11)通过密封胶与所述底板(12)固定连接，所述底板(12)的外圈加工有四个对称的螺纹孔，所述螺纹孔内放入四组螺栓(13)，每组螺栓(13)的底部通过螺纹与所述底座(14)相连，通过调节所述螺栓(13)实现所述防腐层破损试样(4)处于水平状态。7.如权利要求6所述的基于SECM的埋地金属管道腐蚀与防腐层剥离测试系统，其特征在于，所述夹持装置包括：环氧封装树脂套(15)、密封O圈(16)、上螺纹端盖(17)、外螺纹异径接头(18)、橡胶垫片(19)和下六角螺母(20)；所述防腐层破损试样(4)封装在所述环氧封装树脂套(15)内，所述环氧封装树脂套(15)套入到所述密封O圈(16)中；所述密封O圈(16)上表面与所述上螺纹端盖(17)的内表面相接触，下表面与所述外螺纹异径接头(18)的大径凹槽相接触；当旋紧所述螺纹端盖(17)和外螺纹异径接头(18)时，所述环氧封装树脂套(15)与密封O圈(16)...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈迎春，王祖全，王新华，宋旭婷，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11