一種局部腐蝕鋼試件的制作裝置及制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種局部腐蝕鋼試件的制作裝置及制作方法，屬于鋼材腐蝕試驗技術 領域。
【背景技術】
[0002] 鋼材是國民經濟的基本支柱之一，也是一種最重要的結構材料，幾乎遍及所有工 業。隨著能源工業的開發與發展，以及海洋資源利用和艦船工業的發展，對鋼鐵材料的需求 越來越迫切。然而，鋼的使用離不開環境，在使用過程中產生的腐蝕問題給人類帶來了巨大 的經濟損失和社會危害。腐蝕造成的損失是巨大的。據世界各國統計，每年因為腐蝕所造 成的經濟損失占國內生產總值的3%-5%。根據2002年美國發布的腐蝕調查報告數據，美 國每年的直接腐蝕損失為2760億美元，約占國內生產總值的3. 1 %，按照最低的比例來算， 我國每年因為腐蝕所造成的損失過萬億人民幣。根據國內外的經驗，如果采用有效的控制 和防護措施，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理及其與 防護技術，對于減少經濟損失、社會危害、資源和能源的浪費，及提高使用的經濟效益有著 非常重要的意義。
[0003] 試驗研宄是研宄鋼材腐蝕機理的最直接、最有效的方法，也是腐蝕研宄領域中最 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)試件自然暴露試驗法，將試件長期放置在現場環境，在自然氣 候條件下使試件中鋼筋發生腐蝕來獲取試件，該方法缺點是鋼筋在自然環境中銹蝕試件較 長，通常要持續數年；（2)在舊有建筑物中尋找發生腐蝕的構件截取試驗試件，該方法的缺 點是難以尋找到合適的構件實現試驗目標，構件損傷的影響因素和原始材料數據不確定， 難以開展大量的試驗；（3)鋼筋電化學加速銹蝕法，實驗室內外加直流電源，達到鋼筋快速 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。本發明也是基于該原理，但是 目前的鋼筋電化學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。
【發明內容】
[0004] 本發明所要解決的技術問題是，提供一種鋼試件安放方便，結構簡單，成本低的局 部腐蝕鋼試件的制作裝置；進一步地，本發明提供一種試件制作程序簡單，對試件沒有任何 二次損傷，試件制作質量高，制作成本低，可精確控制試件的腐蝕率，且通用性強，可滿足不 同材質、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] 為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：
[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，調節螺母設置于所述支架柱上，所述蓋板穿過所述支架柱的頂端后 由所述調節螺母調節所述蓋板的高度，所述蓋板的上表面固定設置有插銷，所述插銷穿進 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置有用于固 定鋼試件上端的第一通孔，所述蓋板正對所述第一通孔處設置有用于穿入所述鋼試件的第 二通孔，所述蓋板上還設置有便于將所述鋼試件從側面裝入蓋板的開槽，所述開槽與所述 第一通孔相連通；所述容器內還設置有銅管，所述鋼試件和銅管分別通過導線與電源的正 負極相連。
[0007] 所述電源為直流電源。
[0008] 所述支架柱的個數為4個。
[0009] 所述鋼試件包括中間細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 線串聯，使若干個所述局部腐蝕鋼試件的制作裝置串聯后同時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，鋼試件的獲取：在同一張板材上縱向截取若干鋼試件；
[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700~900 °C保溫50~80分鐘后，進行水冷固溶 處理；S02,鋼試件表面，尤其是狹縫區域附近用電化學拋光液進行電解拋光處理，以消除機 械加工劃痕對試驗結果的影響，狹縫內部嵌藏的磨肩均清洗干凈；
[0015] S03,設定鋼試件的腐蝕段長度為L，在鋼試件中間用刻度線標記腐蝕段，再用寬度 為L的紙條沿刻度線將腐蝕段層層裹緊，然后再用寬度為L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，計算鋼試件的電化學銹蝕持續時間：根據試驗需要的鋼試件腐蝕率，用式 (1)計算電化學銹蝕持續時間t :
[0019]
[0020] 式（1)中，Am為根據試驗需要的鋼試件腐蝕率計算得到的鋼試件的質量損失；M 為鐵的摩爾質量；I為銹蝕電流強度，t為電化學銹蝕持續時間，Z為陽極反應電極化學價， F為法拉第常數；
[0021] 式（1)中的I由式⑵計算得出：
[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為鋼試件腐蝕段長度；
[0024] 步驟四，鋼試件的局部腐蝕：
[0025] S06,將調節螺母旋至支架柱的上部，使蓋板遠離所述容器，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線與電源的正極相連；設置于腐蝕溶液中的銅管通過 導線與電源的負極相連，或與下一個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；然后向下旋轉調節螺母，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,當通電時間達到步驟三計算的電化學銹蝕持續時間時，關閉電源，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為環氧樹脂，所述環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，再進行下一道涂抹，最終附著在鋼試件表面的環氧樹脂厚度 多 2mm〇
[0028] 所述電化學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] 本發明具有如下優點：（1)試件制作程序簡單，對試件沒有任何二次損傷，試件制 作質量高；（2)制作成本低，不需要特別復雜的裝置及其它昂貴試驗材料，可通過串聯通電 方式一次制作多個試件；（3)可以根據試驗需求，精確制作不同腐蝕率的鋼試件。（4)適用 性強，可滿足不同材質、不同形式及不同尺寸的帶局部腐蝕試件的制作要求。
[0031] 本發明提供的一種局部腐蝕鋼試件的制作裝置及制作方法，調節螺母的設置，方 便鋼試件的安裝；固定塊的設置，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；若干個本發明串聯后，可實現多個鋼試件的同時腐蝕；根據試驗需要的鋼試件腐 蝕率，可計算出局部腐蝕通電的時間，從而通過嚴格控制鋼試件局部腐蝕通電時間，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置，實現了對試件沒有任何二次損傷， 試件制作質量高；根據公式（1)中Z和M的不同選擇，可進行不同