一种金属材料电化学再钝化性能的测试装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于腐蚀模拟实验和暂态电化学测试技术领域，具体涉及了一种金属再钝化性能测试装置。适用于对不同金属新鲜无膜的表面钝化膜生长过程的电化学参数测试，并可以实现不同腐蚀环境的模拟。
【背景技术】
[0002]钝性金属(Fe、Cr、T1、Al等金属及其合金)表现出来的钝性是由于在其表面存在一层薄(nm级或μπι级)的致密的金属氧化物薄膜，称之为钝化膜。这层致密钝化膜能够有效地阻碍金属与腐蚀环境的直接接触，从而将金属基体与腐蚀环境隔绝。尽管如此，在实际的工程应用中，受到力学或化学的作用，钝化膜层容易发生变形、溶解减薄甚至破裂，从而使金属基体腐蚀溶解。与此同时，新鲜暴露的金属基体表面可能再次形成一层具有保护性质的钝化膜，即金属的再钝化(过程)。所以金属再钝化性能将决定钝性金属发生局部腐蚀、应力腐蚀、腐蚀疲劳、磨损腐蚀的热力学倾向和动力学过程。
[0003]金属材料的再钝化性能是通过对新鲜暴露的金属表面进行暂态电化学实验来测定。由于新鲜暴露的金属表面具有非常高的电化学活性，因此金属表面可以在极短时间(10?102ms)内就能再次形成非常薄(nm级别)的钝化膜并覆盖金属表面，从而阻止金属与腐蚀溶液的接触，表现出较高的耐蚀性，而所对应的电化学电流从极大值快速衰减到相对稳定的值，这就是金属的再钝化过程。针对再钝化的这一特点，对再钝化进行研究首先需要快速去除金属电极表面原有的氧化膜，然后在水溶液环境中进行快速的电化学测量表征，即电化学暂态测量。目前国内外对金属再钝化的研究方法有:快速拉伸应变法(EngsethP, Scully J C.Corros1n Science, 1975，15 (6): 505-519.)通过施加应变在电极上，由于氧化膜韧性比基体金属差，因此氧化膜先发生破裂，从而基体暴露于腐蚀介质中发生再钝化过程，但是该方法对测试电极进行了严重的塑性变形，提高了金属电极的电化学活性，改变了测试电极的电化学性质，同时对于膜破裂位置和暴露面积不可预测和操控；针尖快速划伤法(Burstein G T, Newman R C.Electrochimica Acta, 1980, 25 (8): 1009-1013.)由金刚石刀尖在平整金属上快速划出一道划痕，从而达到破坏基体表面氧化膜目的，但是在划痕位置的局部区域上存在较大弹塑性变形；压痕法(Fushimi K, Takase K, Azumi K, etal..Electrochimica acta, 2006，51 (7): 1255-1263.)是金属表面在绝缘针尖的压力下，氧化膜发生破坏或破裂，露出膜下的金属基体，该方法同样存在对金属基体较大的弹塑性变形影响。上述实验方法存在的共享性问题是:在对表面进行去除钝化膜的过程中，先行暴露的表面实际上已经与腐蚀环境发生再钝化反应，而后续暴露的表面的再钝化过程尚未开始。例如快速拉伸应变法或压痕法，只要膜破裂，再钝化就开始发生，那么此时拉伸并未结束或者压头还未离开表面；又如针尖快速划伤法，随着针尖的划过，金属基体是逐渐暴露于腐蚀溶液的。因此金属无膜表面的先后暴露导致了暴露表面的再钝化程度先后不一，从而导致无法测量得到真实的再钝化电化学信号，难以实现定量化评定金属再钝化性能。为了避免机械方法造成的弹塑性变形和暴露时间序列问题，激光烧蚀法(Sakairi M, KinjyoM, Kikuchi Τ.Electrochimica Acta, 2011，56 (4): 1786-1791.)提出米用高能激光对金属氧化膜进行烧蚀去除。但是却引入了另一个无法避免的问题，即在去除氧化膜的同时，基体在激光辐照下，高温的局部区域容易产生重铸层，这将从根本上改变金属材料原有的围观组织结构和再钝化性能。
[0004]综上所述，现有技术对于去除原金属表面钝化膜从而获得新鲜暴露的无膜表面过程存在的问题主要有:大的弹塑性变形改变电化学活性、暴露表面面积不可控、再钝化过程时间起点不确定、重铸层改变金属围观组织结构和再钝化性能。这些问题对于认识金属材料真实的再钝化暂态过程和准确评价金属再钝化性能带来了限制。因此，需要一种摒除上述不足，自动可控，使用简单的测量准确真实的金属再钝化性能测试装置。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的在于提供一种金属再钝化性能测试装置。该装置将改进过去方法中的诸多不足，极大地减小测试金属表面的弹塑性变形，暴露的金属表面面积能够准确可控，整个暴露面同时接触腐蚀介质使再钝化起始状态同一，可实现对不同腐蚀环境下金属表面钝化膜或氧化膜生长过程中的电化学信号测试，并能在钝化膜完全去除条件下对金属表面重新生成的钝化膜的再钝化过程进行准确测量。
[0006]本实用新型解决技术问题所用的技术方案是:
[0007]本实用新型金属材料电化学再钝化性能的测试装置，包括固定在底座上的密闭箱和驱动电机，皮带传动系统连接驱动电机和旋转吸盘的轴，轴由轴承和外轴座固定在密闭箱的左壁，磨料固定在旋转吸盘上；真空栗固定在密闭箱外，接入密闭箱和旋转吸盘，进气阀也接入密闭箱；试样夹具一端开设试样安装口，另一端固定于旋转气缸，旋转气缸固定在水平平动气缸自由端，水平平动气缸固定于垂直平动气缸自由端，垂直平动气缸固定于密闭箱的后壁；电解池在密闭箱内部，并放置于恒温水浴系统内；金属试样作为工作电极，铂片连接铂丝作为辅助电极，饱和甘汞电极通过盐桥接入实验溶液从而构成三电极体系，三电极通过导线电连接至外部电化学测试仪器。
[0008]进一步，密闭箱顶部由螺栓固定密封盖，并在密封盖和密闭箱的接触位置安装橡胶密封条，真空栗和进气阀都接入密闭箱的左、右两侧壁，安装氧探头于真空栗与密闭箱之间，安装气压表于进气阀与密闭箱之间，保证密封箱内达到一定的真空条件，以形成符合实验需求、可控的低氧真空环境。
[0009]进一步，再钝化测试装置，旋转吸盘上装有中心定位螺钉、压盘、0型橡胶平垫圈，轴承与密闭箱的连接面上安装0型密封圈，外轴座与轴的连接面上安装旋转密封圈。
[0010]进一步，再钝化测试装置，还包括在密闭箱右侧壁上固定的绝缘板和导电金属柱，饱和甘汞电极、电化学金属试样、铂片导线在箱体内外由螺栓固定在导电金属柱上实现电连接，以保证形成腐蚀电化学测试回路。
[0011]进一步，试样由夹具和螺钉固定，金属试样的表面伸入电解池中溶液后，距离液面不少于3cm，在电解池侧壁标出刻度线，以控制试样表面去除钝化膜后快速浸入试验溶液的时间。
[0012]采用本实用新型的测试装置进行金属氧化膜去除并进行电化学实验，包括以下步骤:
[0013]步骤1、试样预磨:垂直平动气缸控制试样移动至最高位置，开启驱动电机，待旋转真空吸盘转速稳定后，旋转气缸将夹具旋转至水平，试样表面正对旋转吸盘上的磨料，在水平平动气缸的推动下，试样接触磨料开始预磨，待持续预磨确定时间后，水平平动气缸控制试样离开磨料，驱动电机停止工作；更换磨料并重复预磨步骤，直至达到所需表面粗糙度；从夹具安装口中取出试样，将试样清洗吹干备用。
[0014]步骤2、实验准备:按照预磨时的安装方式安装试样，将试样、铂片、饱和甘汞电极的导线分别连接到绝缘板上的导电金属柱，实现电连接，密闭箱外也采用导线分别从不同导电金属柱连接到外加的电化学测试仪器；向电解池内注入溶液达到刻度线以上，即金属试样浸入溶液后表面距离液面不小于3cm，并调节三电极的位置；水浴槽中注入水，由热电偶和温度传感器共同实现恒温水浴；按下工作按钮，密闭箱内自动开始抽真空，打开进气阀充入保护气氛，可控制氧含量稳定至不高于0.001% vol.，气压保持在常压0.1MPa。
[0015]步骤3、再钝化实验:启动驱动电机，待驱动电机转速稳定后，按预磨试样时控制气缸运动，使试样接触磨料，同时记下开始研磨的时间，当研磨进行到预定时间后，关闭驱动电机电源，控制水平平动气缸水平移动至行程另一端，旋转气缸相对水平线向下旋转90°，即试样表面平行溶液液面，开启电化学测试命令开始记录电信号，垂直平动气缸垂直下降至最低点，以确保试样浸入溶液并可进行电化学信号测量；待电化学测量结束后，停止电化学测试命令，垂直平动气缸上升至最高点，试样离开测试溶液，完成测试实验，取出试样；根据测量得到的电化学信号，分析再钝化暂态过程，获得金属再钝化性能。
[0016]进一步，所述金属试样与导线电连接，用绝缘材料和密封材料封装试样，绝缘材料选自聚四氟乙烯热缩管，密封材料选自环氧树脂。
[0017]进一步，所述导线均为铜导线或导电性好的其它材质的导线。
[0018]进一步，所述的保护气氛采用