一种海洋潮差区海工钢腐蚀氢渗透监测传感器及监测方法技术

本发明专利技术属于海洋腐蚀环境下的腐蚀氢渗透电流监测领域，具体地说是一种海洋潮差区海工钢腐蚀氢渗透监测传感器及监测方法，监测传感器包括监测单元、密封单元和固定单元，监测传感器通过卡箍固定在绝缘钢缆上，内部单面镀钯的圆筒状钢试样与绝缘螺纹帽、绝缘密封旋塞、绝缘外壳密封连接形成封闭空间，该封闭空间中的绝缘密封旋塞上固定有金属氧化物电极和钢制螺栓，且封闭空间内装有电解液；圆筒状钢试样、金属氧化物电极和钢制螺栓分别接信号引线，并通过防水接头引出监测传感器，信号引线的另一端接恒电位仪。本发明专利技术的监测传感器密闭性好、稳定性高，操作方便，适用于海洋潮差区中海工钢氢渗透行为的实时监测。海工钢氢渗透行为的实时监测。海工钢氢渗透行为的实时监测。

【技术实现步骤摘要】
一种海洋潮差区海工钢腐蚀氢渗透监测传感器及监测方法


[0001]本专利技术属于海洋腐蚀环境下的腐蚀氢渗透电流监测领域，具体地说是一种海洋潮差区海工钢腐蚀氢渗透监测传感器及监测方法。

技术介绍

[0002]海洋潮差区是海洋腐蚀环境中金属材料腐蚀行为最为复杂的区带之一，应用于海洋工程中的钢铁材料不可避免地受到不同程度的腐蚀。研究表明，氢会伴随腐蚀过程而渗入钢铁材料基体中。氢的渗入会导致钢铁材料特别是高强度钢等敏感材料机械性能的下降，缩短材料的服役寿命，造成重大安全隐患。目前，关于金属材料在海洋潮差区的腐蚀行为特征和规律的研究已经比较深入；然而，对于伴随潮差区材料腐蚀同时发生的氢向材料内部的氢渗透行为的研究却相当薄弱。由于潮差区复杂的试验环境和适用的氢渗透监测传感器的缺乏，使得潮差区钢铁材料的氢渗透行为研究远比相应地金属腐蚀行为的研究更加困难。
[0003]为了研究潮差区金属材料的氢渗透行为，需要一种操作简单、方便安装的氢渗透传感器。对于研究腐蚀引起的氢向金属材料渗透的行为，一般采用Devanathan—Stachurski双电解池原理，这同时要求传感器拥有良好的密封性。此外，由于潮差区海水的潮汐效容易引起传感器的剧烈摆动，从而引起较大的电流噪声；因此，对潮差区氢渗透传感器的稳定性有更高的要求。
[0004]综上所述，目前没有适用于海洋潮差区腐蚀氢渗透监测的氢渗透传感器和监测方法。

技术实现思路

[0005]为了突破海洋潮差区钢铁材料氢渗透行为监测的技术瓶颈，本专利技术的目的在于提供一种海洋潮差区海工钢腐蚀氢渗透监测传感器及监测方法，用于在海洋潮差区海水动态变化过程中由腐蚀引起的氢向钢铁材料渗透行为的氢渗透监测。
[0006]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：
[0007]本专利技术的监测传感器包括监测单元、密封单元及固定单元，所述监测传感器通过固定单元固定在绝缘钢缆上，所述监测单元包括钢试样、金属氧化物电极、钢制螺栓及信号引线，所述密封单元包括绝缘密封旋塞、上部绝缘螺纹帽、底部绝缘螺纹帽、绝缘外壳及防水接头，所述钢试样为内部中空结构，上下两端分别与所述上部绝缘螺纹帽及底部绝缘螺纹帽密封螺纹连接，所述绝缘密封旋塞与钢试样上端内部密封螺纹连接，且位于所述上部绝缘螺纹帽的下方，所述上部绝缘螺纹帽及底部绝缘螺纹帽的外部分别密封连接有绝缘外壳，所述上部绝缘螺纹帽上密封连接有防水接头；所述钢试样内侧表面镀钯，内部装有电解液，所述绝缘密封旋塞上分别安装有金属氧化物电极及钢制螺栓，所述金属氧化物电极及钢制螺栓浸泡在电解液中，所述钢试样、金属氧化物电极及钢制螺栓分别连接有信号引线，各所述信号引线通过所述防水接头引出并分别接接恒电位仪。
[0008]其中：所述钢试样为两端开口的圆筒状结构，上下两端的内表面均制有内螺纹，所述钢试样上下两端的外表面分别沿径向向外延伸形成凸出部，与所述上部绝缘螺纹帽及底部绝缘螺纹帽密封连接的绝缘外壳分别通过上下两端的凸出部轴向限位。
[0009]所述上部绝缘螺纹帽呈阶梯轴状结构，直径最大处位于钢试样上端的外部，并与所述绝缘外壳密封螺纹连接，除直径最大处部分以外的其余部分插设于钢试样的上端内部，且与所述钢试样密封连接；所述上部绝缘螺纹帽的中心沿轴向开设有用于与防水接头密封螺纹连接的螺纹孔。
[0010]所述底部绝缘螺纹帽呈阶梯轴状结构，直径最大处位于钢试样下端的外部，并与所述绝缘外壳密封螺纹连接，除直径最大处部分以外的其余部分插设于钢试样的下端内部，且与所述钢试样密封连接。
[0011]所述绝缘外壳呈两端开口的中空圆筒状结构，内壁制有用于与所述上部绝缘螺纹帽或底部绝缘螺纹帽密封螺纹连接的内螺纹，所述绝缘外壳的外表面开设有用于安装固定单元的环形槽。
[0012]所述绝缘密封旋塞呈圆盘状，外表面制有用于与所述钢试样密封螺纹连接的外螺纹，所述绝缘密封旋塞上沿轴向开设有数量与信号引线相同的引线孔。
[0013]所述绝缘密封旋塞从钢试样的上端内螺纹旋入至上端内螺纹的螺纹底部，所述绝缘外壳与上部绝缘螺纹帽之间以及绝缘外壳底部绝缘螺纹帽之间均用密封环氧树脂填充、密封成封闭空间。
[0014]所述电解液为含30vol％DMSO(二甲基亚砜)以及70vol％的0.2mol/L NaOH的混合溶液，进一步的所述电解液经过N2曝气除氧处理，曝气时间为2小时。
[0015]所述钢试样通过电镀的方式镀钯层；其中，镀钯液由35g/L[Pd(NH3)2Cl2]，23g/L[NH4Cl
·
6H2O]，50g/L[NH4OH]组成，镀钯电流为3～3.5mA/cm2，电镀时间小于等于8min。
[0016]本专利技术的监测方法为：
[0017]采用权利要求1至9任一权利要求所述的监测传感器，将电解液注入监测传感器内，调节恒电位仪使内侧单面镀钯的圆筒状钢试样的电位在0mV(相对于Hg/HgO电极)，通过恒电位仪监测和记录此电位下的电流为背景电流，待背景电流稳定后将监测传感器置于潮差区，通过恒电位仪持续检测和记录电流信号，扣除背景电流后的电流即为氢渗透电流。
[0018]本专利技术的优点与积极效果为：
[0019]1.本专利技术的监测传感器体积小，固定方便，操作简单，适用于海洋潮差区钢铁材料腐蚀过程中氢渗透行为的监测。
[0020]2.本专利技术的监测传感器采用恒电位仪控制和监测氢渗透电流，能够反映潮差区钢铁材料腐蚀过程中氢渗透行为的实时变化。
[0021]3.本专利技术的监测传感器密封性好、稳定性高，解决了潮差区氢渗透监测过程中由海水波动引起的背景电流噪声的问题。
[0022]4.本专利技术的监测传感器电解液中DMSO溶剂的加入降低了电解液整体的冰点，解决了传感器在极端气象条件下应用的难题。
附图说明
[0023]图1为本专利技术监测传感器的结构示意图；
[0024]图2A为本专利技术监测传感器中钢试样的结构主视图；
[0025]图2B为图2A的俯视图；
[0026]图3A为本专利技术监测传感器中上部绝缘螺纹帽的结构主视图；
[0027]图3B为图3A的俯视图；
[0028]图4A为本专利技术监测传感器中底部绝缘螺纹帽的结构主视图；
[0029]图4B为图4A的俯视图；
[0030]图5A为本专利技术绝缘外壳的结构主视图；
[0031]图5B为图5A的俯视图；
[0032]图6A为本专利技术绝缘密封旋塞的结构主视图；
[0033]图6B为图6A的俯视图；
[0034]图7为本专利技术实施例提供的氢渗透传感器的背景电流测试结果；
[0035]图8为本专利技术实施例提供的氢渗透传感器在实海潮差区腐蚀环境下的氢渗透电流测试结果；
[0036]其中：1为钢试样，2为金属氧化物电极，3为绝缘密封旋塞，4为绝缘外壳，5为防水接头，6为第一信号引线，7为第二信号引线，8为第三信号引线，9为上部绝缘螺纹帽，10为钢制螺栓，11为电解液，12为卡箍，13为底部绝本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种海洋潮差区海工钢腐蚀氢渗透监测传感器，其特征在于：包括监测单元、密封单元及固定单元，所述监测传感器通过固定单元固定在绝缘钢缆上，所述监测单元包括钢试样(1)、金属氧化物电极(2)、钢制螺栓(10)及信号引线，所述密封单元包括绝缘密封旋塞(3)、上部绝缘螺纹帽(9)、底部绝缘螺纹帽(13)、绝缘外壳(4)及防水接头(5)，所述钢试样(1)为内部中空结构，上下两端分别与所述上部绝缘螺纹帽(9)及底部绝缘螺纹帽(13)密封螺纹连接，所述绝缘密封旋塞(3)与钢试样(1)上端内部密封螺纹连接，且位于所述上部绝缘螺纹帽(9)的下方，所述上部绝缘螺纹帽(9)及底部绝缘螺纹帽(13)的外部分别密封连接有绝缘外壳(4)，所述上部绝缘螺纹帽(9)上密封连接有防水接头(5)；所述钢试样(1)内侧表面镀钯，内部装有电解液(11)，所述绝缘密封旋塞(3)上分别安装有金属氧化物电极(2)及钢制螺栓(10)，所述金属氧化物电极(2)及钢制螺栓(10)浸泡在电解液(11)中，所述钢试样(1)、金属氧化物电极(2)及钢制螺栓(10)分别连接有信号引线，各所述信号引线通过所述防水接头(5)引出并分别接接恒电位仪。2.根据权利要求1所述的海洋潮差区海工钢腐蚀氢渗透监测传感器，其特征在于：所述钢试样(1)为两端开口的圆筒状结构，上下两端的内表面均制有内螺纹，所述钢试样(1)上下两端的外表面分别沿径向向外延伸形成凸出部(14)，与所述上部绝缘螺纹帽(9)及底部绝缘螺纹帽(13)密封连接的绝缘外壳(4)分别通过上下两端的凸出部(14)轴向限位。3.根据权利要求1所述的海洋潮差区海工钢腐蚀氢渗透监测传感器，其特征在于：所述上部绝缘螺纹帽(9)呈阶梯轴状结构，直径最大处位于钢试样(1)上端的外部，并与所述绝缘外壳(4)密封螺纹连接，除直径最大处部分以外的其余部分插设于钢试样(1)的上端内部，且与所述钢试样(1)密封连接；所述上部绝缘螺纹帽(9)的中心沿轴向开设有用于与防水接头(5)密封螺纹连接的螺纹孔(15)。4.根据权利要求1所述的海洋潮差区海工钢腐蚀氢渗透监测传感器，其特征在于：所述底部绝缘螺纹帽(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：许勇，黄彦良，蔡凡帆，王正泉，路东柱，
申请(专利权)人：中国科学院海洋研究所，
类型：发明
国别省市：