评估飞机结构局部腐蚀性能的电化学腐蚀系统及工作方法技术方案

本发明专利技术属于电化学腐蚀系统技术领域，特别是涉及一种评估飞机结构局部腐蚀性能的电化学腐蚀系统及工作方法。该腐蚀系统包括玻璃池体、池盖、试样安装装置、加热保温装置和腐蚀池元件，本发明专利技术所设计的试样安装装置的外绝缘棒内部封装有铜导柱，铜导柱一端与电化学工作站的工作电极夹头连接，一端通过弹性导针与样品连接，实现腐蚀电路的导通；腐蚀池盖与玻璃池体采用螺纹连接并用密封垫密封，释放腐蚀池盖的占用空间；将腐蚀试样设计为圆柱形，并在两侧各采用一层弹性绝缘圆环垫片，施以螺纹压紧力进行机械密封。试样腐蚀面积通过绝缘垫片的内径来控制，因此解决了微尺寸试样封装和有效避免缝隙腐蚀的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
评估飞机结构局部腐蚀性能的电化学腐蚀系统及工作方法
本专利技术属于电化学腐蚀系统
，特别是涉及一种评估飞机结构局部腐蚀性能的电化学腐蚀系统及工作方法。
技术介绍
腐蚀是飞机结构在苛刻服役环境中发生的一种缓慢损伤过程，严重影响飞机的安全可靠性、使用寿命和维修成本，具有极强的隐蔽性、偶然性、突发性以及严重的破坏性等特点。因此，在努力提高飞机结构材料耐蚀性、喷涂防腐层的基础上，准确地、可靠地检测飞机结构材料腐蚀状态、分析腐蚀机制至关重要。电化学腐蚀是一种快速评价材料耐腐蚀性能的测试方法，如动电位极化、恒电位极化、循环动电位极化、电化学阻抗测试等。电化学腐蚀实验主要以腐蚀池为平台，借助电化学工作站对飞机结构材料进行耐腐蚀性能测试与评价。其中，电化学腐蚀系统主要由池体、三电极系统、加热保温装置等部件构成。传统电化学腐蚀系统的主要缺点包括：(1)工作电极制备过程极为繁琐。首先需将导线与腐蚀试样的非工作面通过锡焊连接，然后采用环氧树脂和固化剂冷镶试样的非工作面、暴露导线以及焊点，待长时间固化后(12-24小时)，为防止缝隙腐蚀干扰实验结果，必须使用绝缘漆封堵试样与环氧树脂之间的缝隙，并通过手工方法控制腐蚀暴露面积，最后待绝缘漆完全固化后，才可进行腐蚀实验。该工作电极的制备过程极为复杂、耗时长，且实验成功率和制备效率非常低。(2)按照传统工作电极的制备过程，受限于锡焊工艺、冷镶模具尺寸、手工绝缘漆封装等限制，腐蚀试样尺寸要求较大，无法进行微小试样的电化学腐蚀测试。飞机结构连接处(比如铆接、焊接等)通常是飞机结构最为薄弱的腐蚀环节，若需对接头的不同区域进行电化学检测，基于取样的限制，现有的制样方法难以实现。因此，微尺寸试样封装和有效避免缝隙腐蚀是本专利技术能解决的两个关键技术问题。(3)在沿海、沿湖、多雨、潮湿等地区服役的飞机，其腐蚀环境和腐蚀性气氛组成各异，飞机结构的耐腐蚀性能、腐蚀机理存在显著差异。传统的电化学腐蚀系统难以实施模拟多种混合气氛环境下飞机结构材料腐蚀性能测试。通常，腐蚀池的池体尺寸较小，池盖上必需开孔布置的元件包括：温度计、工作电极、参比电极(鲁金毛细管作为盐桥)、辅助电极、进气管、排气管等，且要求工作电极暴露表面、参比电极端口以及辅助电极片尽可能接近且要求相对布置，因此实际预留给进气和排气系统的布局空间有限。因此，在保证绝缘、密封、强度足够的前提下，优化设计腐蚀池盖布局是本领域研究重点内容之一。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种多功能、便携式、操作性良好的新型电化学腐蚀系统及工作方法，用于测试飞机结构材料的耐腐蚀性能、评价其腐蚀寿命、研究其腐蚀机制。为了实现上述目的，本专利技术所采用的具体技术方案为：一种评估飞机结构局部腐蚀性能的电化学腐蚀系统，该腐蚀系统包括玻璃池体、池盖、试样安装装置、加热保温装置和腐蚀池元件，所述腐蚀池元件包括进气管、排气管、辅助电极、工作电极、鲁金毛细管、参比电极、玻璃温度计以及数显温度计；所述玻璃池体是电化学腐蚀系统的主体结构，用于盛放腐蚀介质；玻璃池体为一端开口的圆柱形管体结构，所述玻璃池体开口端设有外螺纹；所述腐蚀池盖是与玻璃池体匹配的圆柱形内螺纹盖体结构；腐蚀池盖的内螺纹底部设有防止漏液的环状密封垫圈；池盖底端以轴心为中心环向均布有多个连接腐蚀池元件的螺纹孔；其中包括两个进气孔，对应的两个进气管均可通入高纯氮气对腐蚀介质除氧或通入腐蚀性气体模拟实际的腐蚀环境，还包括一个排气孔、一个辅助电极孔、一个工作电极孔、一个鲁金毛细管孔、一个数显温度计孔、一个玻璃温度计孔以及一个预留孔，所述预留孔在不使用时紧固密封；所述试样安装装置用于固定腐蚀样品，主要包括样品携带部分和连接部分；样品携带部分包括过渡头、弹性导针、紧固螺盖和弹性绝缘圆环垫片，连接部分包括外绝缘棒以及贯通外绝缘棒的铜导柱；其中样品携带部分完全置于玻璃池体内以便腐蚀样品充分接触腐蚀介质，所述外绝缘棒设有外螺纹并与腐蚀池盖上的工作电极孔配合；所述紧固螺盖顶部设有圆形开口，螺盖内壁设有内螺纹，所述过渡头是与紧固螺盖连接用的T形螺柱体；过渡头的螺纹体端部与紧固螺盖的螺纹孔之间存在一个密封空间，该密封空间内设有两层弹性绝缘圆环垫片，垫片外侧与紧固螺盖内侧紧贴从而保证缝隙密封性；一个扁圆柱形的腐蚀试样居中的夹设在两垫片之间，所述开口的直径大小介于弹性绝缘圆环垫片的内外径之间，从而可以通过控制垫片内孔的直径改变腐蚀试样的暴露面积；所述弹性导针的一端沿轴向与腐蚀试样接触，另一端位于过渡头内部；过渡头的头部外侧连接有所述外绝缘棒，所述铜导柱的一端穿过所述外绝缘棒并与弹性导针连接，另一端与电化学工作站的工作电极夹头连接，从而实现由工作电极至腐蚀试样之间腐蚀电路的导通；所述玻璃池体置于加热保温装置的水浴池或油浴池中，加热装置底部安装有温度传感器。在上述技术方案中，所述进气管一端通过橡胶管与输气瓶相连，气体流量通过流量计来控制，另一端保证能够插入到玻璃池体的腐蚀介质液面以下；所述排气管一端稍微插入玻璃池内即可，确保位于腐蚀介质液面以上，所述排气管的另一端通过橡胶管与装有碱液的密封容量瓶相连，容量瓶中装有足量氢氧化钠碱液以吸收排气管排出的酸性气体；排气管、进气管与橡胶管的接口处均采用硅胶密封。在上述技术方案中，所述鲁金毛细管的一端为内外双螺纹结构的注液口，另一端为多孔陶瓷；所述鲁金毛细管外螺纹与腐蚀池盖上的鲁金毛细管电极孔进行螺纹连接，鲁金毛细管内螺纹与参比电极外螺纹螺纹连接，并采用橡胶密封圈密封，同时鲁金毛细管尖咀与腐蚀试样保持0.5-1mm的距离；所述参比电极为甘汞电极，参比液为饱和氯化钾溶液。在上述技术方案中，所述外绝缘棒与所述工作电极孔螺纹配合，且外绝缘棒与过渡头的轴向垂直；腐蚀池盖上用于连接工作电极、参比电极和辅助电极的螺纹孔连线为等边三角形，相邻电极间的夹角为60°。在上述技术方案中，所述腐蚀池元件与腐蚀池盖之间采用材质为聚四氟乙烯的空心内螺纹螺钉和密封圈密封；内螺纹螺钉和密封圈内、外径相同。在上述技术方案中，所述进气管位于玻璃池体的管体内装有多孔泡沫，以分散输入气体并加速气体在腐蚀介质中的溶解。在上述技术方案中，所述弹性导针由导向性能良好的金属制成，且该导针是能够沿轴向伸缩的弹簧状，以便适应不同厚度的腐蚀试样。在上述技术方案中，所述腐蚀池盖的尺寸为厚度为6mm，高度为35mm；与其配套的玻璃池体外径为70mm，内径为58mm，高为84mm，池体壁厚为6mm，熔池体积为211mL。本专利技术还公开了上述评估飞机结构局部腐蚀性能的电化学腐蚀系统的工作方法，包括如下步骤：S1、使用棉刷和蒸馏水认真清洗所述玻璃池体2遍以上，然后使用无水乙醇脱水并吹干，放入干燥箱中待用；S2、选用200mL的烧杯，按照比例配置150mL腐蚀介质，并采用搅拌棒进行充分搅拌，然后缓慢倒入玻璃池体中，防止剧烈湍流、飞溅等；S3、将具有外螺纹的进气管和排气管分别与腐蚀池盖上的进气孔和排气孔进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种评估飞机结构局部腐蚀性能的电化学腐蚀系统，其特征在于：该腐蚀系统包括玻璃池体、池盖、试样安装装置、加热保温装置和腐蚀池元件，所述腐蚀池元件包括进气管、排气管、辅助电极、工作电极、鲁金毛细管、参比电极、玻璃温度计以及数显温度计；/n所述玻璃池体是电化学腐蚀系统的主体结构，用于盛放腐蚀介质；玻璃池体为一端开口的圆柱形管体结构，所述玻璃池体开口端设有外螺纹；/n所述腐蚀池盖是与玻璃池体匹配的圆柱形内螺纹盖体结构；腐蚀池盖的内螺纹底部设有防止漏液的环状密封垫圈；池盖底端以轴心为中心环向均布有多个连接腐蚀池元件的螺纹孔；其中包括两个进气孔，对应的两个进气管均可通入高纯氮气对腐蚀介质除氧或通入腐蚀性气体模拟实际的腐蚀环境，还包括一个排气孔、一个辅助电极孔、一个工作电极孔、一个鲁金毛细管孔、一个数显温度计孔、一个玻璃温度计孔以及一个预留孔，所述预留孔在不使用时紧固密封；/n所述试样安装装置用于固定腐蚀样品，主要包括样品携带部分和连接部分；样品携带部分包括过渡头、弹性导针、紧固螺盖和弹性绝缘圆环垫片，连接部分包括外绝缘棒以及贯通外绝缘棒的铜导柱；其中样品携带部分完全置于玻璃池体内以便腐蚀样品充分接触腐蚀介质，所述外绝缘棒设有外螺纹并与腐蚀池盖上的工作电极孔配合；所述紧固螺盖顶部设有圆形开口，螺盖内壁设有内螺纹，所述过渡头是与紧固螺盖连接用的T形螺柱体；过渡头的螺纹体端部与紧固螺盖的螺纹孔之间存在一个密封空间，该密封空间内设有两层弹性绝缘圆环垫片，垫片外侧与紧固螺盖内侧紧贴从而保证缝隙密封性；一个扁圆柱形的腐蚀试样居中的夹设在两垫片之间，所述开口的直径大小介于弹性绝缘圆环垫片的内外径之间，从而可以通过控制垫片内孔的直径改变腐蚀试样的暴露面积；所述弹性导针的一端沿轴向与腐蚀试样接触，另一端位于过渡头内部；过渡头的头部外侧连接有所述外绝缘棒，所述铜导柱的一端穿过所述外绝缘棒并与弹性导针连接，另一端与电化学工作站的工作电极夹头连接，从而实现由工作电极至腐蚀试样之间腐蚀电路的导通；/n所述玻璃池体置于加热保温装置的水浴池或油浴池中，加热装置底部安装有温度传感器。/n...

【技术特征摘要】
1.一种评估飞机结构局部腐蚀性能的电化学腐蚀系统，其特征在于：该腐蚀系统包括玻璃池体、池盖、试样安装装置、加热保温装置和腐蚀池元件，所述腐蚀池元件包括进气管、排气管、辅助电极、工作电极、鲁金毛细管、参比电极、玻璃温度计以及数显温度计；
所述玻璃池体是电化学腐蚀系统的主体结构，用于盛放腐蚀介质；玻璃池体为一端开口的圆柱形管体结构，所述玻璃池体开口端设有外螺纹；
所述腐蚀池盖是与玻璃池体匹配的圆柱形内螺纹盖体结构；腐蚀池盖的内螺纹底部设有防止漏液的环状密封垫圈；池盖底端以轴心为中心环向均布有多个连接腐蚀池元件的螺纹孔；其中包括两个进气孔，对应的两个进气管均可通入高纯氮气对腐蚀介质除氧或通入腐蚀性气体模拟实际的腐蚀环境，还包括一个排气孔、一个辅助电极孔、一个工作电极孔、一个鲁金毛细管孔、一个数显温度计孔、一个玻璃温度计孔以及一个预留孔，所述预留孔在不使用时紧固密封；
所述试样安装装置用于固定腐蚀样品，主要包括样品携带部分和连接部分；样品携带部分包括过渡头、弹性导针、紧固螺盖和弹性绝缘圆环垫片，连接部分包括外绝缘棒以及贯通外绝缘棒的铜导柱；其中样品携带部分完全置于玻璃池体内以便腐蚀样品充分接触腐蚀介质，所述外绝缘棒设有外螺纹并与腐蚀池盖上的工作电极孔配合；所述紧固螺盖顶部设有圆形开口，螺盖内壁设有内螺纹，所述过渡头是与紧固螺盖连接用的T形螺柱体；过渡头的螺纹体端部与紧固螺盖的螺纹孔之间存在一个密封空间，该密封空间内设有两层弹性绝缘圆环垫片，垫片外侧与紧固螺盖内侧紧贴从而保证缝隙密封性；一个扁圆柱形的腐蚀试样居中的夹设在两垫片之间，所述开口的直径大小介于弹性绝缘圆环垫片的内外径之间，从而可以通过控制垫片内孔的直径改变腐蚀试样的暴露面积；所述弹性导针的一端沿轴向与腐蚀试样接触，另一端位于过渡头内部；过渡头的头部外侧连接有所述外绝缘棒，所述铜导柱的一端穿过所述外绝缘棒并与弹性导针连接，另一端与电化学工作站的工作电极夹头连接，从而实现由工作电极至腐蚀试样之间腐蚀电路的导通；
所述玻璃池体置于加热保温装置的水浴池或油浴池中，加热装置底部安装有温度传感器。


2.如权利要求1所述的评估飞机结构局部腐蚀性能的电化学腐蚀系统，其特征在于：所述进气管一端通过橡胶管与输气瓶相连，气体流量通过流量计来控制，另一端保证能够插入到玻璃池体的腐蚀介质液面以下；所述排气管一端稍微插入玻璃池内即可，确保位于腐蚀介质液面以上，所述排气管的另一端通过橡胶管与装有碱液的密封容量瓶相连，容量瓶中装有足量氢氧化钠碱液以吸收排气管排出的酸性气体；排气管、进气管与橡胶管的接口处均采用硅胶密封。


3.如权利要求1所述的评估飞机结构局部腐蚀性能的电化学腐蚀系统，其特征在于：所述鲁金毛细管的一端为内外双螺纹结构的注液口，另一端为多孔陶瓷；所述鲁金毛细管外螺纹与腐蚀池盖上的鲁金毛细管电极孔进行螺纹连接，鲁金毛细管内螺纹与参比电极外螺纹螺纹连接，并采用橡胶密封圈密封，同时鲁金毛细管尖咀与腐蚀试样保持0.5-1mm的距离；所述参比电极为甘汞电极，参比液为饱和氯化钾溶液。


4.如权利要求1所述的评估飞机结构局部腐蚀性能的电化学腐蚀系统，其特征在于：所述外绝缘棒与所述工作电极孔螺纹配合，且外绝缘棒与过渡头的轴向垂直；腐蚀池盖上用于连接工作电极、参比电极和辅助电极的螺纹孔连线为等边三角形，相邻电极间的夹角为60°。


5.如权利要求1所述的评估飞机结构局部腐蚀性能的电...

【专利技术属性】
技术研发人员：张志强，徐誉桐，张天刚，张宏伟，杨凡，
申请(专利权)人：中国民航大学，
类型：发明
国别省市：天津;12