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1、第20卷第3期航空材料学报Vol.20,No.32000年9月JOURNALOFAERONAUTICALMATERLALSSeptember2000大气腐蚀电化学测定研究111孙志华刘明辉李家柱112张晓云陆峰王佳(1.北京航空材料研究院,北京100095;2.中国科学院青岛海洋研究所,青岛266071)摘要:介绍了自行研制的环境试验中大气腐蚀电化学测定装置,包括Kelvin大气腐蚀测定仪的工作原理,功能用途,软硬件结构及初步测试结果。自行研制的Kelvin大气腐蚀测
2、定仪采用振动电容法技术,不需与被测量试样及电解液相接触,用Kelvin探针作参比电极,即可测得液膜下金属电极电位及极化曲线,为研究大气环境下的材料腐蚀行为提供了先进的技术和方法。关键词:大气腐蚀;Kelvin探头;测定仪+中图分类号:TG174.36文献标识码:A文章编号:1005-5053(2000)03-0120-04[1~3]80年代后期,Stratmann及其合作者首先将Kelvin探头振动电容法技术应用到金属腐蚀的研究中,对环境试验中大气腐蚀的电化学研究、测试带来了突破性进展。这种技术可以
3、在不需与被测试样表面及电解液相接触的条件下,用Kelvin探针作参比电极,进行电化学研究。一些国家相继建立了适用于金属腐蚀研究的Kelvin振动探针装置,并进行了多[1~8]方面的研究,取得了许多令人鼓舞的结果。本文将介绍自行研制的Kelvin大气腐蚀测定仪的工作原理、功能用途、软硬件结构及初步测试结果。1Kelvin大气腐蚀测定仪的研制1.1Kelvin大气腐蚀测定仪的工作原理Kelvin探头腐蚀测试装置利用Kelvin探头测定金属表面功函数的原理,可不接触腐蚀体系测定极薄乃至吸附液层下的金属的电极电位。
4、Kelvin探头腐蚀测试装置的测定原理可以简述为:在待测金属电极上方设置一可上下振动的金属探头,使两者间形成一振动电容而诱导产生一同频交变电流,通过改变外加电位可使该交变电流为零,由此测知待测金属的电极电位。收稿日期:2000-06-04;修订日期:2000-07-17基金项目:国家重点基础研究发展规划项目(973)(项目编号:G1999065004);国防技术基础项目(项目编号:AH1.4)作者简介:孙志华(1969-),女,硕士,工程师。第3期大气腐蚀电化学测定研究1211.2K
5、elvin大气腐蚀测定仪的功能和用途为满足通常的大气腐蚀测定需求,本装置采用以中心计算机为主,用软件控制锁定放大器、探头和电极的工作状态,采集并处理信号,反馈调整电极状态以测定电极电位等一系列自动操作,同时,建立了数据处理的计算、分析、存储、打印等常规功能。此外,装置还具有自动温度、湿度测量和控制的恒温恒湿功能,液层厚度测量功能,电位标定功能,以及检测探头工作状态的功能。特别是检测探头工作状态这一功能是其他设备所不具备的,用户可依据探头工作曲线判断探头工作性能,进而调节有关的参数。运用这一功能,可很容易地将探头
6、调节至最佳工作状态。上述功能可用于如下大气腐蚀现象的研究:温度、湿度、气相组成等环境因素的变化对大气腐蚀发生和发展的影响。评价金属耐大气腐蚀性能。评价气相缓蚀剂性能。评价异种金属在大气中的电偶腐蚀情况,如结合部、焊接区等。检测涂层下金属腐蚀的进展和位置,评价涂料的气相防腐蚀性能。检测金属表面的应力分布和应力腐蚀情况。2Kelvin大气腐蚀测定仪的软硬件结构2.1硬件结构Kelvin大气腐蚀测定仪的总体结构图如图1所示。设备硬件主要由测试箱,控制箱,加热器,干、湿气发生器,锁定放大器,数模/模数转
7、换器,串/并行接口以及计算机所组成,以计算机为中心,对各部分的运行以软件进行控制协调管理。2.2软件结构设备的软件KPACMS-B(KelvinProbeAtmospher-icCorrosionMeasurementSystem)由QBasic编程语言制作,主要优点是执行速度快,组织灵活。这对于提高测定速度非常重要。根据探头的工作原理,有若干种电位测定方法可供采用。但较为稳定的测定方法是搜索信号幅值随电位变化的极小值时的电位数值并进行拟合优化处理。本装置利用程序控制施加在电极上的电位信号,测定探头的响应信号
8、,比较这些信号后改变施加在电极上图1Kelvin大气腐蚀测定仪的的电位信号的大小和方向,直到取得最小响应信号,输总体结构图Fig.1ThestructureoftheKelvin出并记录此时的电位数值,然后继续测量。多次测量atmosphericcorrosion并筛选平均后判断是否达到测定要求,以确定该测量measurementDevice值的有效性。
