用于金屬土壤腐蝕電化學系統的半固態參比電極的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明是關于金屬土壤腐蝕電化學測試裝置的，尤其涉及一種用于土壤介質中的金屬腐蝕電化學測試系統的參比電極.
【背景技術】
[0002]燃氣管道、石油管道、市政供水管道等金屬管道常年埋設在地下，遭受嚴重的土壤腐蝕，金屬土壤腐蝕使得管道有效壁厚減少，當管道所受壓力超過管道抗壓強度時，可能產生爆管及管網泄漏等事件，造成一定的經濟損失，因此研宄金屬的土壤腐蝕特性具有重要的意義。
[0003]電化學手段測量金屬的腐蝕特性，由于其快速準確的特點已得到廣泛運用。金屬土壤腐蝕電化學測量系統中的參比電極主要為飽和甘汞電極和Ag/AgCl電極，電極頭上配套鹽橋以減小測量誤差。由于參比電極與鹽橋中電解液為液體狀態，長期置于土壤介質中會流失，影響實驗測量，因此研宄一種運用于土壤介質金屬腐蝕電化學實驗的參比電極具有重要的意義。
【發明內容】
[0004]本發明的目的，是克服現有電化學金屬腐蝕特性測量中參比電極的鹽橋的電解液在土壤介質中易流失、影響實驗測量效果的缺陷，提供一種能夠長期進行實驗以及在加溫等多種實驗條件下，實現電化學系統中參比電極及鹽橋的電解液不流失、能夠保證測量準確性的參比電極。
[0005]本發明通過如下技術方案予以實現:
[0006]一種用于金屬土壤腐蝕電化學系統的半固態參比電極，包括鹽橋、電極腔體和電極內芯；其特征在于，所述鹽橋包括聚四氟乙烯外殼1，該外殼為圓形筒狀結構，其縱向中央位置設置有飽和電解質室3，該飽和電解質室3內的飽和電解質為半固體狀態的飽和電解質；飽和電解質室3的端部設置有多孔砂芯A2 ;筒狀結構的外殼的多孔砂芯A2—端為敞開的一端，直接與土壤接觸，使多孔砂芯A2置于土壤中；在聚四氟乙烯外殼I的飽和電解質室3的另一端處設置有內螺紋；所述電極腔體的一端設置有外螺紋，通過外螺紋與聚四氟乙烯外殼I的內螺紋相連接；電極腔體的縱向中央位置設置有電解液中腔5，電解液中腔5的電極腔體外螺紋的一端設置有多孔砂芯B9 ;電極腔體的另一端設置有內螺紋；所述電極內芯包括聚三氟乙烯外殼7，聚三氟乙烯外殼7的一端設置有外螺紋，通過外螺紋與電極腔體的內螺紋相連接，聚三氟乙烯外殼7與電極腔體的連接處設置有密封圈6 ;聚三氟乙烯外殼7的縱向中央位置設置有Ag/AgCl絲4，在電極內芯的另一端設置有金屬導體8，金屬導體8與Ag/AgCl絲4相連接。
[0007]所述飽和電解質室3內的飽和電解質為半固體狀態的飽和硝酸鉀或者飽和氯化鉀。
[0008]所述的電解液中腔5內的電解液為KCl。
[0009]所述的密封圈6為橡膠密封圈。
[0010]所述的Ag/AgCl絲4為表面覆蓋著AgCl的Ag絲。
[0011]本發明的金屬腐蝕電化學系統的參比電極，實現了在土壤介質中長周期運行并在不斷改變溫度條件下保證參比電極及鹽橋中電解液的良好密封，電解液不流失，保證了土壤介質中金屬腐蝕電化學實驗的準確順利進行。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發明的參比電極示意圖；
[0013]圖2為本發明的參比電極鹽橋示意圖；
[0014]圖3為本發明的參比電極的電極腔體示意圖；
[0015]圖4為本發明的參比電極的電極內芯示意圖。
[0016]本發明附圖標記如下:
[0017]I聚四氣乙稀外殼2 多孔砂芯A
[0018]3---飽和電解質室4---Ag/AgCl絲
[0019]5---電解液中腔6---密封圈
[0020]7 聚二氣乙稀外殼8 金屬導體[0021 ]9---多孔砂芯B
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖對本發明作進一步描述。
[0023]如圖1所示，本發明的用于土壤介質中的金屬腐蝕電化學系統的參比電極實驗裝置主要包括:鹽橋、電極腔體和電極內芯；
[0024]所述鹽橋包括聚四氟乙烯外殼1，該外殼為圓形筒狀結構，其縱向中央位置設置有飽和電解質室3，飽和電解質室3的端部設置有多孔砂芯A2 ;筒狀結構外殼的多孔砂芯A2一端為敞開的一端，該端直接與土壤接觸；在聚四氟乙烯外殼I的飽和電解質室3的另一端處設置有內螺紋(參見圖2)。飽和電解質室3內根據腐蝕環境是否需要對氯離子進行規避而選擇半固體狀態的飽和硝酸鉀或者飽和氯化鉀，半固體狀態的飽和硝酸鉀或者飽和氯化鉀是將硝酸鉀溶液或者氯化鉀溶液通過添加固化劑制成。多孔砂芯A2設置在飽和電解質室3的頂端，以防止飽和硝酸鉀或者飽和氯化鉀的流失，多孔砂芯A2由于其多孔結構可滲透電解質所以能夠導電。
[0025]所述電極腔體的一端設置有外螺紋，電極腔體通過外螺紋與聚四氟乙烯外殼I的內螺紋相連接，兩者構成一體；電極腔體的縱向中央位置設置有電解液中腔5，電解液中腔5的電極腔體外螺紋的一端設置有多孔砂芯B9 ;電極腔體的另一端設置有內螺紋(參見圖3)。電解液中腔5內充滿KCl電解液。
[0026]所述電極內芯包括聚三氟乙烯外殼7，聚三氟乙烯外殼7的一端設置有外螺紋，電極內芯通過外螺紋與電極腔體的內螺紋相連接，將電極內芯置于電極腔體中；聚三氟乙烯外殼7與電極腔體的連接處設置有橡膠密封圈6，以保證電極腔體與電極內芯之間連接無孔隙，實現電極腔體與電極內芯之間的密封，防止電解液的流失；聚三氟乙烯外殼7的縱向中央位置設置有Ag/AgCl絲4，即表面覆蓋著AgCl的Ag絲。在電極內芯的另一端設置有金屬導體8，金屬導體8與Ag/AgCl絲4相連通，并且金屬導體8與外部的電化學測試系統相連接(參見圖4)。
[0027]上述的制備過程，是先將電極內芯和電極腔體裝配好，再將其置于鹽橋中，旋轉電極腔體外螺紋與鹽橋內螺紋，實現電極腔體與鹽橋連接，旋轉的同時擠壓了飽和電解質室3中的飽和電解質，使其填充滿整個飽和電解質室3，以保證不斷路。
[0028]本發明用于土壤介質中金屬腐蝕電化學測試時作為測量工作電極電勢參照比較的電極，要測量的金屬為工作電極，將工作電極與本發明通過導線連接至電化學工作站組成一個原電池，通過測量原電池電動勢，以本發明參比電極作為基準，即可計算出工作電極的電位。實驗中金屬導體8與電化學工作站連接。原電池回路形成后，Ag/AgCl絲4上發生AgCl還原反應，AgCl還原為Ag，為原電池的正極；工作電極發生金屬氧化反應，為原電池負極，根據原電池電勢，即可計算出工作電極腐蝕電位。本發明使用時聚四氟乙烯外殼I的頂端與土壤接觸，多孔砂芯A2也與土壤接觸，飽和電解質室3半固態電解質滲透至多孔砂芯A2中保證電路不斷路，飽和電解質室3中飽和硝酸鉀或者飽和氯化鉀由于其高濃度，使得參比電極與土壤兩個新界面的擴散作用主要來自于鹽橋，由于鹽橋中正負離子擴散速度差不多，使得液接電位基本消除，另外鹽橋防止土壤中有害離子滲透到電解液中腔5中污染電解質。飽和電解質室3中半固態電解質由于其半固態狀態，不流動，防止了電解液中腔5中電解質流失至土壤，保證實驗的順利進行。
[0029]本發明的一種用于金屬土壤腐蝕電化學系統的半固態參比電極，其特點在于，運用了一種半固體狀態的鹽橋電解液，以防止電解液流失至土壤中、影響實驗的運行。整個系統簡單方便，可用于土壤中金屬腐蝕電化學的長期監測。
【主權項】
1.用于金屬土壤腐蝕電化學系統的半固態參比電極，包括鹽橋、電極腔體和電極內芯；其特征在于，所述鹽橋包括聚四氟乙烯外殼(I)，該外殼為圓形筒狀結構，其縱向中央位置設置有飽和電解質室(3)，該飽和電解質室(3)內的飽和電解質為半固體狀態的飽和電解質；飽和電解質室(3)的端部設置有多孔砂芯A(2);筒狀結構外殼的多孔砂芯A2—端為敞開的一端，直接與土壤接觸，使多孔砂芯A(2)置于土壤中；在聚四氟乙烯外殼(I)的飽和電解質室(3)的另一端處設置有內螺紋；所述電極腔體的一端設置有外螺紋，通過外螺紋與聚四氟乙烯外殼(I)的內螺紋相連接；電極腔體的縱向中央位置設置有電解液中腔(5)，電解液中腔(5)的電極腔體外螺紋的一端設置有多孔砂芯B (9);電極腔體的另一端設置有內螺紋；所述電極內芯包括聚三氟乙烯外殼(7)，聚三氟乙烯外殼(7)的一端設置有外螺紋，通過外螺紋與電極腔體的內螺紋相連接，聚三氟乙烯外殼(7)與電極腔體的連接處設置有密封圈(6);聚三氟乙烯外殼(7)的縱向中央位置設置有Ag/AgCl絲(4)，在電極內芯的另一端設置有金屬導體(8)，金屬導體(8)與Ag/AgCl絲(4)相連接。2.根據權利要求1所述的用于金屬土壤腐蝕電化學系統的半固態參比電極，其特征在于，所述飽和電解質室(3)內的飽和電解質為半固體狀態的飽和硝酸鉀或者飽和氯化鉀。3.根據權利要求1所述的用于金屬土壤腐蝕電化學系統的半固態參比電極，其特征在于，所述的電解液中腔(5)內的電解液為KC1。4.根據權利要求1所述的用于金屬土壤腐蝕電化學系統的半固態參比電極，其特征在于，所述的密封圈(6)為橡膠密封圈。5.根據權利要求1所述的用于金屬土壤腐蝕電化學系統的半固態參比電極，其特征在于，所述的Ag/AgCl絲(4)為表面覆蓋著AgCl的Ag絲。
【專利摘要】本發明公開了一種用于金屬土壤腐蝕電化學系統的半固態參比電極，包括鹽橋、電極腔體和電極內芯；所述鹽橋包括圓形筒狀結構的聚四氟乙烯外殼，其縱向中央位置設置有飽和電解質室，其中的飽和電解質為半固體狀態的飽和硝酸鉀或者飽和氯化鉀；該飽和電解質室的端部設置有多孔砂芯A；多孔砂芯A的頂端直接與土壤相接觸。所述電極腔體通過螺紋與聚四氟乙烯外殼相連接，所述電極內芯通過螺紋與電極腔體相連接。本發明實現了在土壤介質中長周期運行并在不斷改變溫度條件下保證參比電極及鹽橋中電解液的密封良好，從而保證了土壤介質中金屬腐蝕電化學實驗的準確順利進行。
【IPC分類】G01N17/02
【公開號】CN104931412
【申請號】CN201510374200
【發明人】田一梅, 郭浩, 陳瑛, 劉星飛, 王學彬
【申請人】天津大學
【公開日】2015年9月23日
【申請日】2015年6月30日