一種局部腐蝕鋼試件的制作裝置及制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種局部腐蝕鋼試件的制作裝置及制作方法，屬于鋼材腐蝕試驗(yàn)技術(shù) 領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋼材是國民經(jīng)濟(jì)的基本支柱之一，也是一種最重要的結(jié)構(gòu)材料，幾乎遍及所有工 業(yè)。隨著能源工業(yè)的開發(fā)與發(fā)展，以及海洋資源利用和艦船工業(yè)的發(fā)展，對(duì)鋼鐵材料的需求 越來越迫切。然而，鋼的使用離不開環(huán)境，在使用過程中產(chǎn)生的腐蝕問題給人類帶來了巨大 的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)危害。腐蝕造成的損失是巨大的。據(jù)世界各國統(tǒng)計(jì)，每年因?yàn)楦g所造 成的經(jīng)濟(jì)損失占國內(nèi)生產(chǎn)總值的3%-5%。根據(jù)2002年美國發(fā)布的腐蝕調(diào)查報(bào)告數(shù)據(jù)，美 國每年的直接腐蝕損失為2760億美元，約占國內(nèi)生產(chǎn)總值的3. 1 %，按照最低的比例來算， 我國每年因?yàn)楦g所造成的損失過萬億人民幣。根據(jù)國內(nèi)外的經(jīng)驗(yàn)，如果采用有效的控制 和防護(hù)措施，25%~40%的腐蝕損失就可以被避免。因此，研宄鋼鐵材料的腐蝕機(jī)理及其與 防護(hù)技術(shù)，對(duì)于減少經(jīng)濟(jì)損失、社會(huì)危害、資源和能源的浪費(fèi)，及提高使用的經(jīng)濟(jì)效益有著 非常重要的意義。
[0003] 試驗(yàn)研宄是研宄鋼材腐蝕機(jī)理的最直接、最有效的方法，也是腐蝕研宄領(lǐng)域中最 重要的一種研宄手段，而腐蝕試件的選取及制作是研宄面臨的最大難題之一。目前，已知的 腐蝕鋼試件獲取方法有：（1)試件自然暴露試驗(yàn)法，將試件長(zhǎng)期放置在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，在自然氣 候條件下使試件中鋼筋發(fā)生腐蝕來獲取試件，該方法缺點(diǎn)是鋼筋在自然環(huán)境中銹蝕試件較 長(zhǎng)，通常要持續(xù)數(shù)年；（2)在舊有建筑物中尋找發(fā)生腐蝕的構(gòu)件截取試驗(yàn)試件，該方法的缺 點(diǎn)是難以尋找到合適的構(gòu)件實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，構(gòu)件損傷的影響因素和原始材料數(shù)據(jù)不確定， 難以開展大量的試驗(yàn)；（3)鋼筋電化學(xué)加速銹蝕法，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)外加直流電源，達(dá)到鋼筋快速 腐蝕的目的以獲取試件，該方法在已有研宄中最普遍被采用。本發(fā)明也是基于該原理，但是 目前的鋼筋電化學(xué)加速銹蝕法存在通用性差，大多只適合金屬銅的加速腐蝕，并且無法精 確控制試件的腐蝕率等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種鋼試件安放方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低的局 部腐蝕鋼試件的制作裝置；進(jìn)一步地，本發(fā)明提供一種試件制作程序簡(jiǎn)單，對(duì)試件沒有任何 二次損傷，試件制作質(zhì)量高，制作成本低，可精確控制試件的腐蝕率，且通用性強(qiáng)，可滿足不 同材質(zhì)、不同形式及不同尺寸的帶局部腐蝕試件的制作的局部腐蝕鋼試件的制作方法。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0006] 一種局部腐蝕鋼試件的制作裝置，其特征在于：包括：用于盛裝腐蝕溶液的容器， 所述容器的頂端敞口由蓋板覆蓋，所述蓋板由若干分散于所述容器四周的支架柱支撐，所 述支架柱上帶有螺紋，調(diào)節(jié)螺母設(shè)置于所述支架柱上，所述蓋板穿過所述支架柱的頂端后 由所述調(diào)節(jié)螺母調(diào)節(jié)所述蓋板的高度，所述蓋板的上表面固定設(shè)置有插銷，所述插銷穿進(jìn) 固定塊下端的插孔從而將所述固定塊固定在所述蓋板上，所述固定塊的中心設(shè)置有用于固 定鋼試件上端的第一通孔，所述蓋板正對(duì)所述第一通孔處設(shè)置有用于穿入所述鋼試件的第 二通孔，所述蓋板上還設(shè)置有便于將所述鋼試件從側(cè)面裝入蓋板的開槽，所述開槽與所述 第一通孔相連通；所述容器內(nèi)還設(shè)置有銅管，所述鋼試件和銅管分別通過導(dǎo)線與電源的正 負(fù)極相連。
[0007] 所述電源為直流電源。
[0008] 所述支架柱的個(gè)數(shù)為4個(gè)。
[0009] 所述鋼試件包括中間細(xì)兩端粗的啞鈴型鋼試件；所述第二通孔為V型開口，所述V 型開口的下表面直徑接近所述啞鈴型鋼試件的中間部分直徑；所述開槽的寬度與所述V型 開口的下表面直徑相同。
[0010] 所述銅管與另一個(gè)所述局部腐蝕鋼試件的制作裝置中的所述鋼試件通過所述導(dǎo) 線串聯(lián)，使若干個(gè)所述局部腐蝕鋼試件的制作裝置串聯(lián)后同時(shí)腐蝕若干所述鋼試件。
[0011] 一種局部腐蝕鋼試件的制作方法，其特征在于：包括以下步驟：
[0012] 步驟一，鋼試件的獲?。涸谕粡埌宀纳峡v向截取若干鋼試件；
[0013] 步驟二，鋼試件的前處理：
[0014] SO1，將步驟一中截取的鋼試件經(jīng)700~900 °C保溫50~80分鐘后，進(jìn)行水冷固溶 處理；S02,鋼試件表面，尤其是狹縫區(qū)域附近用電化學(xué)拋光液進(jìn)行電解拋光處理，以消除機(jī) 械加工劃痕對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，狹縫內(nèi)部嵌藏的磨肩均清洗干凈；
[0015] S03,設(shè)定鋼試件的腐蝕段長(zhǎng)度為L(zhǎng)，在鋼試件中間用刻度線標(biāo)記腐蝕段，再用寬度 為L(zhǎng)的紙條沿刻度線將腐蝕段層層裹緊，然后再用寬度為L(zhǎng)的膠帶綁扎固定紙條；
[0016] S04,在鋼試件擬浸入腐蝕溶液的一端涂抹防腐蝕層，所述防腐蝕層延伸至所述紙 條處；
[0017] S05,用刀片沿步驟S04涂抹的防腐蝕層與步驟S03包裹的紙條交匯處平齊切開， 然后再用刀片切除紙條和膠帶，露出鋼試件中間的腐蝕段；
[0018] 步驟三，計(jì)算鋼試件的電化學(xué)銹蝕持續(xù)時(shí)間：根據(jù)試驗(yàn)需要的鋼試件腐蝕率，用式 (1)計(jì)算電化學(xué)銹蝕持續(xù)時(shí)間t :
[0019]
[0020] 式（1)中，Am為根據(jù)試驗(yàn)需要的鋼試件腐蝕率計(jì)算得到的鋼試件的質(zhì)量損失；M 為鐵的摩爾質(zhì)量；I為銹蝕電流強(qiáng)度，t為電化學(xué)銹蝕持續(xù)時(shí)間，Z為陽極反應(yīng)電極化學(xué)價(jià)， F為法拉第常數(shù)；
[0021] 式（1)中的I由式⑵計(jì)算得出：
[0022] I = iXs = iX23irL (2)
[0023] 式（2)中，i為鋼試件銹蝕電流密度；s為鋼試件腐蝕段表面積；r為腐蝕段半徑； L為鋼試件腐蝕段長(zhǎng)度；
[0024] 步驟四，鋼試件的局部腐蝕：
[0025] S06,將調(diào)節(jié)螺母旋至支架柱的上部，使蓋板遠(yuǎn)離所述容器，將鋼試件未涂抹防腐 蝕層的一端固定于固定塊中并通過導(dǎo)線與電源的正極相連；設(shè)置于腐蝕溶液中的銅管通過 導(dǎo)線與電源的負(fù)極相連，或與下一個(gè)局部腐蝕鋼試件的制作裝置中的鋼試件未涂抹防腐蝕 層的一端相串聯(lián)；然后向下旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺母，使鋼試件涂抹防腐蝕層的一端浸泡在腐蝕溶液 中，并且使鋼試件上位于上端的刻度線與腐蝕溶液液面平齊；
[0026] S07,當(dāng)通電時(shí)間達(dá)到步驟三計(jì)算的電化學(xué)銹蝕持續(xù)時(shí)間時(shí)，關(guān)閉電源，將鋼試件 取出并晾干，即完成局部腐蝕鋼試件的制作。
[0027] 所述防腐蝕層的材質(zhì)為環(huán)氧樹脂，所述環(huán)氧樹脂的涂抹方法為分多次涂抹，每一 次涂抹完畢，待完全晾干后，再進(jìn)行下一道涂抹，最終附著在鋼試件表面的環(huán)氧樹脂厚度 多 2mm〇
[0028] 所述電化學(xué)拋光液由高氯酸和冰醋酸配制而成。
[0029] 所述紙條為普通紙條。
[0030] 本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1)試件制作程序簡(jiǎn)單，對(duì)試件沒有任何二次損傷，試件制 作質(zhì)量高；（2)制作成本低，不需要特別復(fù)雜的裝置及其它昂貴試驗(yàn)材料，可通過串聯(lián)通電 方式一次制作多個(gè)試件；（3)可以根據(jù)試驗(yàn)需求，精確制作不同腐蝕率的鋼試件。（4)適用 性強(qiáng)，可滿足不同材質(zhì)、不同形式及不同尺寸的帶局部腐蝕試件的制作要求。
[0031] 本發(fā)明提供的一種局部腐蝕鋼試件的制作裝置及制作方法，調(diào)節(jié)螺母的設(shè)置，方 便鋼試件的安裝；固定塊的設(shè)置，方便鋼試件的取放，并將鋼試件豎直固定在配置好的腐蝕 溶液中；若干個(gè)本發(fā)明串聯(lián)后，可實(shí)現(xiàn)多個(gè)鋼試件的同時(shí)腐蝕；根據(jù)試驗(yàn)需要的鋼試件腐 蝕率，可計(jì)算出局部腐蝕通電的時(shí)間，從而通過嚴(yán)格控制鋼試件局部腐蝕通電時(shí)間，就可以 精確制作不同腐蝕率的鋼試件；鋼試件的前處理的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)了對(duì)試件沒有任何二次損傷， 試件制作質(zhì)量高；根據(jù)公式（1)中Z和M的不同選擇，可進(jìn)行不同