一種鈦電極加速壽命測試裝置的制造方法
【專利摘要】本發明提供一種鈦電極加速壽命測試裝置，包括電源、電解反應槽、陽極夾具和惰性陰極，電解反應槽上部連通排氣管，陽極夾具下部經螺栓連接有鈦制卡槽，鈦電極試樣卡固在鈦制卡槽內，陽極夾具和惰性陰極外接電源正負極。鈦制卡槽包括上、下板體，上、下板體間設有連接板體，下板體上開設試樣槽，鈦電極試樣卡固在試樣槽與上板體之間，連接板體上端部連接活塞板體并伸入上板體的內腔中，連接板體的外側套設有彈簧，彈簧一端與活塞板體底面抵接，一端與上板體內底壁抵接。本發明結構簡單，操作方便，測量數據準確可靠，適用于不同類型的鈦電極材料。鈦電極生產廠家和用戶、及從事陰極保護的企業和咨詢顧問可用于實現鈦電極的質量控制。
【專利說明】
-種鐵電極加速壽命測試裝置
技術領域
[0001] 本發明設及電化學技術領域，具體地說是一種鐵電極加速壽命測試裝置，其能自 動監測采集槽壓數據，控制輸出電流和輸出電壓，自動化程度高，可用于快速評價不同類型 鐵電極材料的耐久性。
【背景技術】
[0002] 外加電流陰極保護是防止在海水、淡水、±壤中的金屬結構物W及鋼筋混凝±結 構物腐蝕的有效方法。輔助陽極是外加電流陰極保護系統中的關鍵材料，其作用是將直流 電源設備所提供的保護電流經由介質傳遞到被保護的結構物表面。外加電流陰極保護用輔 助陽極應具有良好的電化學性能和長的使用壽命W及良好的經濟性。可作為輔助陽極的材 料有很多，如高娃鑄鐵、石墨、鉛銀合金、銷復合陽極W及鐵基混合金屬氧化物電極等。其 中，鐵基混合金屬氧化物電極(簡稱"鐵電極"）是由鐵基體上涂覆Ir化、Ru化、Tas化、Sn〇2等貴 金屬氧化物涂層而構成，不僅具有良好的電化學活性、低消耗速率和長壽命，而且重量輕、 易于加工成所需的形狀、具有高的性價比和廣譜適應性，已成為最有競爭力并得到廣泛應 用的高性能輔助陽極材料。
[0003] 耐久性是金屬氧化物陽極的最重要工作性能之一。在實際工程中，由于陰極保護 用鐵基混合金屬氧化物電極的使用壽命通常都在十幾年W上，因此不可能等陽極失效后才 獲得工作壽命數據。所W，在實驗室建立一種評價陰極保護用鐵基金屬氧化物電極使用壽 命的加速壽命測試方法是非常有必要的。專利CN205003179U介紹了一種鐵陽極壽命測試夾 具，鐵陽極需要通過固定孔與夾具連接，要求鐵陽極表面進行機械打孔處理，在加速壽命電 解過程中鐵陽極打孔邊緣部位貴金屬氧化物涂層易發生局部脫落，造成測試數據誤差較 大，顯著影響試驗結果的真實性。
【發明內容】
[0004] 本發明的技術任務是針對現有技術的不足，提供一種鐵電極加速壽命測試裝置， W評價鐵電極在不同工況條件下的穩定性。
[0005] 本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：
[0006] -種鐵電極加速壽命測試裝置，包括電源、電解反應槽、及位于電解反應槽內的陽 極夾具和惰性陰極，所述電解反應槽上部連通排氣管，陽極夾具下部設有鐵制卡槽，鐵制卡 槽通過螺栓與陽極夾具固定連接，鐵電極試樣(也即鐵基金屬氧化物電極)活動嵌設在鐵制 卡槽內，陽極夾具和惰性陰極外接電源的正極和負極。
[0007] 具體的，所述鐵制卡槽包括上板體和下板體，上板體與下板體間豎直設有連接板 體，鐵電極試樣嵌設在上板體、連接板體與下板體連接成的C形槽口內，連接板體上端部連 接活塞板體并伸入上板體的內腔中，連接板體的外側套設有彈黃，彈黃一端與活塞板體底 面抵接，一端與上板體內底壁抵接。
[0008] 具體的，所述電源為直流開關電源，其輸出電流和電壓的大小參數可實時調節，最 大輸出電壓不超過30V，最大輸出電流不超過15A，負責向鐵電極試樣施加工作電流，采用高 電流密度下恒電流電解方式加速鐵電極試樣的失效過程，從而在較短試驗周期獲得鐵電極 試樣的加速壽命測試結果。
[0009] 具體的，所述惰性陰極工作面積為鐵電極試樣的10-15倍。
[0010] 具體的，所述惰性陰極和鐵電極試樣間距控制在20-50mm范圍W內。
[0011] 具體的，所述陽極夾具和惰性陰極間連接有槽壓監測儀，槽壓監測儀采用MCGS工 程組態軟件進行編程設計，采集記錄測試過程中的槽壓數據，具備陽極失效報警功能。
[0012] 具體的，述槽蓋上開設溫度計孔，溫度計孔內插接有伸入電解反應槽內的溫度計。
[0013] 具體的，所述電解反應槽底部設有攬拌磁子。
[0014] 具體的，所述陽極夾具數量為多個，多個陽極夾具并聯接入電路。
[0015] 具體的，所述惰性陰極為板狀結構，可選擇鐵板，也可用其他惰性材料如銷、妮和 錯等。
[0016] 具體的，所述鐵電極試樣為板狀、網狀、管狀或其他形狀。
[0017] 本發明的一種鐵電極加速壽命測試裝置與現有技術相比所產生的有益效果是：
[0018] (1)鐵電極試樣卡固在試樣槽與上板體之間，其安裝操作方便，可實時更換，避免 了在加速壽命電解過程中打孔邊緣部位貴金屬氧化物涂層發生局部脫落，而造成測試數據 誤差較大，顯著影響試驗結果真實性的的問題；
[0019] (2)槽壓監測儀可實時采集、記錄和保存槽壓數據，解決了人工記錄數據費時、費 力的問題；
[0020] (3)測試裝置自動化程度高，具備槽壓過載的報警功能，避免了由于鐵電極試樣接 觸不良或線路老化等原因導致直流電源設備超負荷運行的問題；
[0021] (4)電解液采用磁力攬拌方式，方便電解過程中陽極和陰極表面產生的氣體快速 逸出，且保證電解液濃度分布均勻。
[0022] 本發明結構簡單，操作方便，自動化程度高，測量數據準確可靠，適用于不同類型 的鐵電極材料，加速壽命試驗結果還可用于鐵電極材料耐久性的評價比較和實際使用壽命 的預測。鐵電極生產廠家和用戶、及從事陰極保護的企業和咨詢顧問可用于實現鐵電極的 質量控制。
【附圖說明】
[0023] 附圖1是本發明一種鐵電極加速壽命測試裝置的結構示意圖；
[0024] 附圖2是本發明所設及的鐵制卡槽的立體結構示意圖；
[0025] 附圖3是本發明所設及的鐵制卡槽的主視結構示意圖；
[0026] 附圖4是本發明所設及的鐵制卡槽的右視結構示意圖；
[0027] 附圖5是圖3中A部分的放大結構示意圖；
[0028] 附圖6為典型陽極槽壓隨電解時間變化曲線；
[0029] 附圖7為測試例一鐵電極加速壽命測試過程中的槽壓變化曲線；
[0030] 附圖8為測試例一 7組鐵電極試樣的加速壽命測試結果；
[0031 ]附圖9為測試例二高性能金屬氧化物陽極壽命與電流密度的關系。
[0032]圖中，1、直流電源，2、槽壓監測儀，3、溫度計，4、排氣管，5、槽蓋，6、陽極夾具，7、惰 性陰極，8、電解反應槽，9、攬拌磁子，10、螺栓，11、鐵制卡槽，12、鐵電極試樣，13、活塞板體， 14、連接板體，15、上板體，16、彈黃，17、下板體。
【具體實施方式】
[0033] W下采用實施例結合附圖1-9來詳細說明本發明一種鐵電極加速壽命測試裝置的 實施方式，借此對本發明如何應用技術手段來解決技術問題，并達成技術效果的實現過程 能充分理解并據W實施。
[0034] (一)鐵電極加速壽命測試裝置
[0035] 如附圖1、2所示，本發明的一種鐵電極加速壽命測試裝置，其結構包括直流電源1、 電解反應槽8、位于電解反應槽8內的陽極夾具6和惰性陰極7。陽極夾具6采用鐵板，陽極夾 具6下部設有鐵制卡槽11，鐵電極試樣12(也即鐵基金屬氧化物電極)卡固在鐵制卡槽11內， 鐵制卡槽11通過螺栓10與陽極夾具6固定連接，陽極夾具6和惰性陰極7外接直流電源1的正 極和負極。在陽極夾具6和惰性陰極7間還連接有槽壓監測儀2。
[0036] 其中，直流電源1為直流開關電源，其輸出電流和電壓的大小參數可實時調節，紋 波系數不大于5%，最大輸出電壓不超過30V，最大輸出電流不超過15A，負責向鐵電極試樣 12施加工作電流，采用高電流密度下恒電流電解方式加速鐵電極試樣12的失效過程，從而 在較短試驗周期獲得鐵電極試樣12的加速壽命測試結果。直流電源1正極端子連接陽極夾 具6,負極端子連接惰性陰極7,可W采用并聯的方式同時電解多個鐵電極試樣12。試驗期間 要避免改變施加的電流值，同時保證直流電源1的穩定工作，盡量避免斷電現象。
[0037] 電解反應槽8的槽口處設有槽蓋5,槽蓋5上開設陽極孔、陰極孔、排氣孔和溫度計 孔，陽極夾具6和惰性陰極7分別插接在所述陽極孔和陰極孔內，排氣孔連通排氣管4,用于 排出測試過程中產生的氨氣、氧氣或氯氣。溫度計孔內插接有伸入電解反應槽8內的溫度計 3。
[0038] 惰性陰極7選用具有低析氨電位和優異耐腐蝕性能的鐵板，也可用其他惰性材料 如銷、妮和錯等。惰性陰極7形狀為板狀結構，其工作面積應為鐵電極試樣12的10~15倍。惰 性陰極7和鐵電極試樣12間距控制在20-50mm范圍W內。
[0039] 如附圖2、3、4、5所示，鐵電極試樣12為板狀，采用鐵制卡槽11進行固定。鐵制卡槽 11包括上板體15和下板體17，上板體15呈Z形，包括豎板段和倒L形段，下板體17呈L形，上板 體15與下板體17間豎直設有連接板體14,鐵電極試樣12嵌設在上板體15、連接板體14與下 板體17連接成的C形槽口內，下板體17上開設用于插裝鐵電極試樣12的試樣槽，連接板體14 上端部連接活塞板體13并伸入上板體15的內腔中，連接板體14的外側套設有矩形彈黃16， 矩形彈黃16-端與活塞板體13底面抵接，一端與上板體15內底壁抵接。由于連接板體14上 端部連接活塞板體13,連接板體14和活塞板體13伸入上板體15內腔中，并在連接板體14外 套設矩形彈黃16,在上板體15與下板體17間形成伸縮結構，因此，鐵電極試樣12可方便拆卸 更換，此外，該鐵制卡槽11還能適合不同尺寸的鐵電極試樣12。鐵制卡槽11通過螺栓10與陽 極夾具6連接固定，然后陽極夾具6通過電纜與直流電源1正極端子相連，保證其導電性滿足 測試要求。當然本發明中，鐵電極試樣12不僅限于板狀，還可為網狀、管狀或其他形狀。當 然，鐵制卡槽11的尺寸規格也可根據鐵電極試樣12尺寸進行改變。需要說明的是，為保證試 驗數據的準確性，鐵電極試樣12的數量不低于3個。
[0040] 槽壓監測儀2是一套基于MCGS工程組態軟件、研華模塊和計算機編程集成設計的 監控系統，通過對槽壓數據的采集處理，具備實時顯示、報警處理、歷史數據存儲和報表輸 出等功能。測試過程中，設定槽壓上限值為10V，當槽壓數據達到或超過10V，即認為鐵電極 試樣12失效，停止測試。通過計算機W報表形式輸出槽壓測試數據，分析計算得到鐵電極的 加速壽命試驗結果。槽壓監測系統具有4個通道，可同時監測4組鐵電極試樣12的加速壽命 試驗數據。
[0041] 測試過程中，溫度計3采用水銀溫度計3,量程范圍為0~100°C，用于測量電解液測 試過程的溫度變化。排氣管4采用玻璃管，用于排出測試過程中產生的氨氣、氧氣或氯氣。電 解反應槽8底部設有攬拌磁子9,攬拌磁子9為采用聚四氣乙締材質，規格形狀為圓柱形，用 于磁力攬拌電解液。
[0042] (二)鐵電極加速壽命測試方法
[0043] 在不同試驗溶液中的試驗條件見表1。
[0044] 表1.不同試驗溶液中陽極加速壽命測試條件
[0045]
[0046]
[0047] 注:① W鐵電極試樣12作為陽極，惰性陰極7作為陰極。
[004引②陽極試樣的形狀和尺寸可根據實際要求進行改變。
[0049] ③試驗過程中應定期添加一定量的蒸饋水或更換試驗溶液，W保證試驗溶液的液 位和濃度基本穩定。
[0050] 鐵電極加速壽命測試試驗步驟：
[0051] a.將試驗溶液倒入鐵電極加速壽命測試裝置，保證完全淹沒陽極有效工作部位；
[0052] b.接通直流電源1并調節電解電流為規定值，并在試驗過程中維持其恒定；
[0053] C.連續監測電解時間、電解電流及電解槽壓等參數；
[0054] d.電解槽電壓開始迅速大幅度上升時停止試驗，計算從開始試驗到電解槽電壓開 始大幅度上升時所累計的電解時間ta，即鐵電極加速壽命。
[0055] 附圖6示出了典型陽極槽壓隨電解時間變化曲線。
[0056] 測試例一
[0057] (1)直流電源1采用LW3J10型直流穩壓穩流電源，具備恒流和恒壓兩種工作模式， 輸出電壓范圍:〇~30V，輸出電流范圍:0~10A。
[005引（2)鐵電極試樣12:選擇銀粗系鐵基金屬氧化物電極，規格為板狀結構，尺寸加工 為20mm X 10mm，電極面積為200mm2。試樣數量:7個。
[0059 ] (3)惰性陰極:選擇鐵板作為惰性陰極，尺寸加工為:200mm X 20mm。
[0060] (4)采用本發明設計的測試裝置對鐵電極試樣12進行加速壽命試驗，選擇Imol/L 硫酸溶液作為電解液，施加工作電流密度為20000A/m2，惰性陰極7與鐵電極試樣12間距為 20mm，對鐵電極試樣12進行加速壽命測試。
[0061] (5)采用槽壓監測儀2連續采集記錄槽壓數據，當槽壓升至10V，即認為鐵電極試樣 12失效，停止測試，通過計算機導出槽壓測試數據，計算鐵電極試樣12的加速壽命測試結 果，并繪制槽壓隨電解時間的變化曲線。
[0062] 測試結果詳見附圖7和8。其中，圖7為鐵電極加速壽命測試過程中的槽壓變化曲 線，圖8為7組鐵電極試樣12的加速壽命測試結果。
[006；3] 測試例二
[0064] (1)直流電源1采用LW3J10型直流穩壓穩流電源，具備恒流和恒壓兩種工作模式， 輸出電壓范圍:〇~30V，輸出電流范圍:0~10A。
[0065] (2)鐵電極試樣12:選擇銀粗系鐵基金屬氧化物電極，規格為板狀結構，尺寸加工 為20mm X 10mm，電極面積為200mm2。試樣數量:3個。
[0066] (3)陰極:選擇鐵板作為陰極，尺寸加工為:200mm X 20mm。
[0067] (4)采用本發明設計的測試裝置對鐵電極試樣12進行加速壽命試驗，選擇Imol/L 硫酸鋼溶液作為電解液，分別施加工作電流密度為25000A/V，30000A/V，35000A/V，陰極 陽極間距為20mm，對鐵電極進行加速壽命測試。
[0068] (5)采用槽壓監測系統連續采集記錄槽壓數據，當槽4壓升至10V，即認為鐵電極失 效，停止測試，通過計算機導出槽壓測試數據，計算鐵電極的加速壽命測試結果，并通過經 驗公式推算方法預測陽極的使用壽命。
[0069] 巧巾電流密度下鐵電極的加速壽命分別為1228h，70化和40化，根據實驗數據計算 得到電流密度與電解壽命的關系，如圖9所示。擬合試驗數據得到經驗公式：log L = A-B log i，其中A為7.53，B為1.87,相關系數:0.9968,其中L為電解時間，i為電流密度，根據上 式可推斷出此陽極在任一電流密度下工作的使用壽命，進而可對陽極在實際中的使用壽命 進行預測。W鐵電極試樣12的額定工作電流密度為2000A/m2計算，采用經驗公式推算預測 陽極的使用壽命可達23年。
[0070] 本發明的一種鐵電極加速壽命測試裝置，其加工制作簡單方便，按說明書附圖所 示加工制作即可。
[0071] 除說明書所述的技術特征外，均為本專業技術人員的已知技術。
【主權項】
1. 一種鈦電極加速壽命測試裝置，包括電源、電解反應槽、及位于電解反應槽內的陽極 夾具和惰性陰極，其特征在于，所述電解反應槽上部連通排氣管，陽極夾具下部設有鈦制卡 槽，鈦制卡槽通過螺栓與陽極夾具固定連接，鈦電極試樣活動嵌設在鈦制卡槽內，陽極夾具 和惰性陰極外接電源的正極和負極。2. 根據權利要求1所述的一種鈦電極加速壽命測試裝置，其特征在于，所述鈦制卡槽包 括上板體和下板體，上板體與下板體間豎直設有連接板體，鈦電極試樣嵌設在上板體、連接 板體與下板體連接成的C形槽口內，連接板體上端部連接活塞板體并伸入上板體的內腔中， 連接板體的外側套設有彈簧，彈簧一端與活塞板體底面抵接，一端與上板體內底壁抵接。3. 根據權利要求1或2所述的一種鈦電極加速壽命測試裝置，其特征在于，所述惰性陰 極工作面積為鈦電極試樣的10-15倍。4. 根據權利要求1或2所述的一種鈦電極加速壽命測試裝置，其特征在于，所述惰性陰 極和鈦電極試樣間距控制在20-50mm范圍以內。5. 根據權利要求1或2所述的一種鈦電極加速壽命測試裝置，其特征在于，所述陽極夾 具和惰性陰極間連接有槽壓監測儀。6. 根據權利要求1或2所述的一種鈦電極加速壽命測試裝置，其特征在于，所述槽蓋上 開設溫度計孔，溫度計孔內插接有伸入電解反應槽內的溫度計。7. 根據權利要求1或2所述的一種鈦電極加速壽命測試裝置，其特征在于，所述電解反 應槽底部設有攪拌磁子。8. 根據權利要求1或2所述的一種鈦電極加速壽命測試裝置，其特征在于，所述陽極夾 具數量為多個，多個陽極夾具并聯接入電路。9. 根據權利要求1或2所述的一種鈦電極加速壽命測試裝置，其特征在于，所述惰性陰 極為鈦板、鉑板、鈮板或鋯板。10. 根據權利要求1或2所述的一種鈦電極加速壽命測試裝置，其特征在于，所述鈦電極 試樣為板狀、網狀或管狀。
【文檔編號】G01R31/00GK105954613SQ201610278593
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年4月29日
【發明人】辛永磊, 邢路闊
【申請人】中國船舶重工集團公司第七二五研究所