一種批量制作局部銹蝕金屬試件的試驗方法及試驗系統技術方案

本發明專利技術涉及一種批量制作局部銹蝕金屬試件的試驗方法及試驗系統。本發明專利技術提供了一種批量制作局部銹蝕金屬試件的試驗方法，包括以下步驟：S1、清理金屬試件的表面，確定指定目標銹坑的位置、形狀與尺寸；S2、金屬試件的指定目標銹坑的區域為預銹區域，其余為非預銹區域，將陽極導線的銅絲與金屬試件的非預銹區域相接觸電連接，用絕緣膠帶緊密纏繞非預銹區域及陽極導線的銅絲，使金屬試件的預銹區域暴露在外。本發明專利技術還提供了一種批量制作局部銹蝕金屬試件的試驗系統。本發明專利技術的有益效果是：可以快速制作出銹坑尺寸精確、銹蝕位置可控、銹蝕形狀可控、理論銹蝕時間與實際銹蝕時間差異小、銹蝕后試件的銹蝕率較為精確的局部銹蝕金屬試件。

【技術實現步驟摘要】
一種批量制作局部銹蝕金屬試件的試驗方法及試驗系統
本專利技術涉及制作銹蝕金屬試件的試驗方法，尤其涉及一種批量制作局部銹蝕金屬試件的試驗方法及試驗系統。
技術介紹
土木工程中包含大量金屬試件，如鋼筋、栓釘、鋼梁等，實際工程都處于自然環境中，面臨各種惡劣天氣以及有害介質，金屬試件都會發生銹蝕。銹蝕后的金屬材料力學性能會有不同程度的下降，對結構物的使用性能甚至安全性能造成危害。于是土木工程試驗研究中的一個方向，就是對金屬試件的銹蝕展開研究，一般在實驗室條件下對金屬試件進行模擬的人工環境銹蝕，之后對銹蝕金屬試件進行力學試驗，已獲得其力學性能。在土木工程金屬銹蝕試驗研究中，很關鍵的一個環節，就是模擬自然條件下的金屬試件銹蝕。由于實際環境中的金屬試件需要幾年或者幾十年達到較大的銹蝕程度，實驗室中難以實現。一般需要采取其他的措施，對金屬試件進行加速銹蝕。為了研究金屬銹蝕后材料微觀結構的差異和力學性能的下降，實驗室經常采用人工加速方法制作銹蝕金屬試件，一般為通電加速銹蝕的試驗方法。采用通電加速銹蝕方法，可以用比自然界高若干倍的速率得到銹蝕試件，試驗中銹蝕速率可以控制，加速銹蝕的過程可以被觀察并且相關數據可以被記錄，使得對金屬銹蝕后的研究更加方便快捷。目前通電加速銹蝕技術已經廣泛用于各大高校及研究機構關于材料技術工程、土木工程耐久性等針對金屬銹蝕的研究，主要有鋼筋銹蝕后力學性能的研究、鋼筋銹蝕后的微觀研究、鋼筋銹蝕后與混凝土的粘接滑移研究、鋼筋銹蝕后構件與結構總體力學性能的研究的方向。金屬在自然界的銹蝕比較緩慢，在實驗室中一般采用通電加速銹蝕的方法實現銹蝕，以期在較短時間內獲得所需金屬銹蝕率的試件。通電加速銹蝕試驗遵循著Faraday (法拉第)定理，通常用其推算出金屬試件的通電時間與其理論銹蝕率的關系。Faraday定律可以指導通電銹蝕試驗，由于通電時間與理論銹蝕率成正比，改變試件表面的電流密度以控制金屬的銹蝕速率，則可得到目標銹蝕率。目前在試驗室進行局部銹蝕試驗研究多為鋼筋混凝土試件中鋼筋發生坑蝕，主要的試驗方法有以下兩種: (I)半濕法加速銹蝕。這種方法主要用在于澆筑好的鋼筋混凝土試件，研究鋼筋坑蝕后對構件承載能力的影響。試驗方法一般先設定鋼筋坑蝕的區域，如鋼筋端部或者中部區域。試驗前用能蓄水的布材包裹于銹蝕區域的混凝土表面，再用銅板或者不銹鋼板粘附于布材上，潤濕充分時間后接通電源，此時鋼筋混凝土構件內指定區域的鋼筋部分為陽極，布材上的金屬板材為陰極。定期在銹蝕區域澆水，保證反應所需的水分鹽分和氧氣。根據Faraday定律確定電流值大小和通電時間，以達到鋼筋目標銹蝕量。(2)PVC套管法。這種方法主要用于單根鋼筋的坑蝕試驗，研究具體形狀和尺寸的銹坑對鋼筋力學性能的影響。試驗首先要根據實際情況確定銹坑的形狀，鋼筋表面宏觀可見的銹坑形狀大致可分為四種，分別是:凹槽形，長橢球形，深橢球形和圓形。然后確定坑蝕產生的區域，一般為鋼筋端部或者中部區域。選取PVC套管，其直徑與試驗對應的鋼筋直徑相當，在具體指定區域切割出預定銹坑形狀。將鋼筋插入PVC套管中，用硅膠封閉好，僅露出銹坑位置。將加工好的試件與陰極一同放入氯化鈉溶液中，通過Faraday定律確定電流值大小和通電時間，達到鋼筋目標銹蝕量。當試驗預定銹蝕試件有其特殊要求時，以上試驗方法就無法采用。當銹蝕試驗樣本在單一局部銹坑的位置及尺寸要求較為精確時，例如在栓釘上實現可控制的局部銹蝕，也就是銹坑形狀、尺寸、生成的位置是可以具體確定的，半濕法加速銹蝕是使一個區域內的鋼筋發生銹蝕，銹坑數量、形狀、尺寸都是無法預測的，不符合較為精確的試驗要求。PVC套管法可以很好地控制銹坑參數，當銹蝕樣本幾何尺寸上不均勻，例如普通栓釘都是帶釘帽的，用PVC套管套住幾何不規則的栓釘有諸多不方便的地方，并且PVC套管法需要用硅膠封住其他區域，試驗后需要稱重衡量栓釘質量折減，硅膠很難去除干凈，這就為試驗增加不便。且制作PVC管工序及后期開槽工序較為麻煩，采用此方法對批量制作局部坑蝕試件而言時間把握及成本控制均不理想。另外用傳統Faraday定律計算銹蝕量，在研究局部坑蝕的試驗指導中有其弊端。Faraday定律多用于金屬材料的均勻銹蝕試驗，在局部銹蝕應用上有欠缺之處，主要是因為隨著通電試驗的進行，坑蝕預銹區的面積一直處于變化的狀態，以栓釘局部坑蝕的研究為例，首先其表面為一外凸的圓弧面，隨著電化學反應此圓弧被溶解，預銹區表面逐漸平滑，最后隨著銹蝕深度加大，預銹區表面呈一內凹的圓弧面。這就意味著即使通電電流強度保持恒定，局部銹蝕區表面的電流密度也一直處于變化中，難以應用Faraday定律控制銹蝕速率。并且，傳統試驗方法為了隔離銹蝕區外的區域與溶液接觸，一般用環氧樹脂或石蠟等環涂于鋼筋表面，這些材質在硬化后非常難去除，需要通過高溫烘烤或者特殊化學藥劑溶解。
技術實現思路
為了解決現有技術中的問題，本專利技術提供了一種批量制作局部銹蝕金屬試件的試驗方法及試驗系統。本專利技術提供了一種批量制作局部銹蝕金屬試件的試驗方法，包括以下步驟: 51、清理金屬試件的表面，確定指定目標銹坑的位置、形狀與尺寸； 52、金屬試件的指定目標銹坑的區域為預銹區域，其余為非預銹區域，將陽極導線的銅絲與金屬試件的非預銹區域相接觸電連接，用絕緣膠帶緊密纏繞金屬試件的非預銹區域及陽極導線的銅絲，使金屬試件的預銹區域暴露在外； 53、將金屬試件水平放置于容器內，使金屬試件的預銹區域架空，往容器內注入氯化鈉溶液，使金屬試件水平浸泡在氯化鈉溶液內； 54、通過陽極導線接通恒壓直流電源的陽極，將恒壓直流電源的陰極接通銅棒，并將銅棒豎直浸泡在氯化鈉溶液內，保持銅棒與金屬試件的預銹區域不相接觸； 55、打開恒壓直流電源的開關，將電壓調至最大值，然后再自零開始將電流調到預定電流值； 56、保持氯化鈉溶液的液面高度不變； 57、通電銹蝕預定時間后，關閉恒壓直流電源的開關，取出金屬試件，沖洗金屬試件，將絕緣膠帶撕去，擦除金屬試件表面的水分。作為本專利技術的進一步改進，步驟S3中注入的氯化鈉溶液的濃度為3%。作為本專利技術的進一步改進，步驟S3中，在容器內放置絕緣墊塊，將金屬試件的非預銹區域架設在絕緣墊塊上，使金屬試件的預銹區域架空并且朝上。作為本專利技術的進一步改進，步驟S4中，恒壓直流電源的陰極通過陰極導線接通銅棒的頂端，將銅棒豎直浸泡在氯化鈉溶液內，并保持陰極導線與銅棒頂端的連接處位于氯化鈉溶液的液面之上，使陰極導線不浸泡在氯化鈉溶液內。作為本專利技術的進一步改進，步驟S6中，往容器內注入相同濃度的氯化鈉溶液，以保持氯化鈉溶液的液面高度不變。作為本專利技術的進一步改進，步驟S7中，擦除金屬試件表面的水分后，用風干機吹干或者烘干，保存于密封袋中。作為本專利技術的進一步改進，步驟S2中，將陽極導線的銅絲纏繞在金屬試件的非預銹區域上，使陽極導線與金屬試件的非預銹區域相接觸電連接。作為本專利技術的進一步改進，將多組金屬試件依次進行步驟SI至S7，但每組金屬試件通電銹蝕預定時間線性遞增，用稱重法測量進行了步驟S7之后的金屬試件的銹蝕率，得到不同時間間隔下金屬試件的銹蝕率，得出在相同試驗處理下以及相同試驗環境中的“時間-銹蝕率”曲線。本專利技術還提供了一種批量制作局部銹本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種批量制作局部銹蝕金屬試件的試驗方法，其特征在于，包括以下步驟：S1、清理金屬試件的表面，確定指定目標銹坑的位置、形狀與尺寸；S2、金屬試件的指定目標銹坑的區域為預銹區域，其余為非預銹區域，將陽極導線的銅絲與金屬試件的非預銹區域相接觸電連接，用絕緣膠帶緊密纏繞金屬試件的非預銹區域及陽極導線的銅絲，使金屬試件的預銹區域暴露在外；S3、將金屬試件水平放置于容器內，使金屬試件的預銹區域架空，往容器內注入氯化鈉溶液，使金屬試件水平浸泡在氯化鈉溶液內；S4、通過陽極導線接通恒壓直流電源的陽極，將恒壓直流電源的陰極接通銅棒，并將銅棒豎直浸泡在氯化鈉溶液內，保持銅棒與金屬試件的預銹區域不相接觸；S5、打開恒壓直流電源的開關，將電壓調至最大值，然后再自零開始將電流調到預定電流值；S6、保持氯化鈉溶液的液面高度不變；S7、通電銹蝕預定時間后，關閉恒壓直流電源的開關，取出金屬試件，沖洗金屬試件，將絕緣膠帶撕去，擦除金屬試件表面的水分。

【技術特征摘要】
1.一種批量制作局部銹蝕金屬試件的試驗方法，其特征在于，包括以下步驟: 51、清理金屬試件的表面，確定指定目標銹坑的位置、形狀與尺寸； 52、金屬試件的指定目標銹坑的區域為預銹區域，其余為非預銹區域，將陽極導線的銅絲與金屬試件的非預銹區域相接觸電連接，用絕緣膠帶緊密纏繞金屬試件的非預銹區域及陽極導線的銅絲，使金屬試件的預銹區域暴露在外； 53、將金屬試件水平放置于容器內，使金屬試件的預銹區域架空，往容器內注入氯化鈉溶液，使金屬試件水平浸泡在氯化鈉溶液內； 54、通過陽極導線接通恒壓直流電源的陽極，將恒壓直流電源的陰極接通銅棒，并將銅棒豎直浸泡在氯化鈉溶液內，保持銅棒與金屬試件的預銹區域不相接觸； 55、打開恒壓直流電源的開關，將電壓調至最大值，然后再自零開始將電流調到預定電流值； 56、保持氯化鈉溶液的液面高度不變； 57、通電銹蝕預定時間后，關閉恒壓直流電源的開關，取出金屬試件，沖洗金屬試件，將絕緣膠帶撕去，擦除金屬試件表面的水分。2.根據權利要求1所述的批量制作局部銹蝕金屬試件的試驗方法，其特征在于:步驟S3中注入的氯化鈉溶液的濃度為3%。3.根據權利要求1 所述的批量制作局部銹蝕金屬試件的試驗方法，其特征在于:步驟S3中，在容器內放置絕緣墊塊，將金屬試件的非預銹區域架設在絕緣墊塊上，使金屬試件的預銹區域架空并且朝上。4.根據權利要求1所述的批量制作局部銹蝕金屬試件的試驗方法，其特征在于:步驟S4中，恒壓直流電源的陰極通過陰極導線接通銅棒的頂端，將銅棒豎直浸泡在氯化鈉溶液內，并保持陰極導線與銅棒頂端的連接處位于氯化鈉溶液的液面之上，使陰極導線不浸泡在氯化鈉溶液內。5.根據權利要求1所述的批量制作局部銹蝕金屬試件的試驗方法，其特征...

【專利技術屬性】
技術研發人員：隋莉莉，邢鋒，邱桐，周英武，韓寧旭，李偉文，
申請(專利權)人：深圳大學，
類型：發明
國別省市：廣東;44