一种用于测定镁或镁合金腐蚀速率的专用实验装置

1.一种用于测定镁或镁合金腐蚀速率的专用实验装置，其特征在于，由滴定管、漏斗和腐蚀液体容器组成，所述腐蚀液体容器内倒置有漏斗，所述漏斗尾端倒扣有滴定管，试样放置在倒置的漏斗内，滴定管口低于腐蚀液体容器中腐蚀溶液的液面。

一种用于测定镁或镁合金腐蚀速率的专用实验装置\n技术领域\n[0001] 本实用新型涉及一种用于测定镁或镁合金腐蚀速率的专用实验装置。\n背景技术\n[0002] 镁是最轻的金属之一，其密度只有1.7g/cm3。镁合金具有高的比刚度和比强度，因此在当前节能降耗的国际背景下，被越来越多的应用于汽车运输、电子、航空航天工业。此外，镁在地球上的储量十分丰富，在地壳中的含量约能占到2.7％，海水中含量约0.13％。\n中国是世界上镁资源最丰富的国家之一，因此我国镁工业的发展具有巨大潜力与前景。然而，镁的化学活泼性决定了镁的耐蚀性很差，在各种应用环境中有可能因为腐蚀问题而影响镁合金的应用效果或寿命，还会因此大大提高镁合金的应用成本，可以说腐蚀问题是制约镁在各领域应用的关键问题之一。因此研究镁合金的耐蚀问题是当今材料科学工作者的一个热门课题。\n[0003] 腐蚀速度是衡量材料耐蚀性的重要指标，镁合金的腐蚀速率是评价镁合金耐腐蚀性能的主要依据，也是镁合金应用设计中不可缺少的数据。因此，测定镁合金腐蚀速率具有重要意义。\n[0004] 失重法是目前应用最普遍的测定镁合金腐蚀速率的方法，即将镁合金试样浸泡于腐蚀介质中一定时间后取出，然后清除表面腐蚀产物后测量试样失重。通过试样失重速率\n2\nΔW(mg/cm/day)再转换成年平均腐蚀速率PW(mm/year)：\n[0005] PW＝2.10ΔW (1)\n[0006] 失重法一般被认为是最基本最可靠的腐蚀速率评价手段。通常被用作标准衡量其他测量方法的可靠性。然而，失重法存在下述不足之处：\n[0007] (1)失重法只能测得整个浸泡时间内的平均腐蚀速率，而无法监测到浸泡过程中的瞬时实时的腐蚀速度，不便于了解镁合金的腐蚀过程。例如，如果想了解某镁合金腐蚀速率随浸泡时间的变化情况，只能采用多个试样分别浸泡不同的时间，这样一方面会大大增加实验工作量，另一方面实验结果还会受到试样个体差异的影响，实验结果可靠性会受到影响。\n[0008] (2)由于受到腐蚀引起重量的变化的限制，测量微小的腐蚀量时，灵敏度低。\n[0009] (3)由于用失重法需要清除掉腐蚀产物，在清除腐蚀产物过程中不可避免会去掉一部分未被腐蚀的镁金属，从而影响计算腐蚀速率的可靠性。\n[0010] 为了提高灵敏度，既能获得平均腐蚀速率，同时又能监测到瞬时腐蚀速率，采用收集并测定镁金属或镁合金腐蚀过程中氢气释放速率来获得腐蚀速率的方法，但目前还没有适宜的实验装置。\n实用新型内容\n[0011] 本实用新型是为了克服现有技术中的不足之处，提供一种用于测定镁或镁合金腐蚀速率的专用实验装置，以通过收集并测定镁金属或镁合金腐蚀过程中氢气释放速率来获得腐蚀速率。\n[0012] 本实用新型通过下述技术方案实现：\n[0013] 一种用于测定镁或镁合金腐蚀速率的专用实验装置，其特征在于，由滴定管、漏斗和腐蚀液体容器组成，所述腐蚀液体容器内倒置有漏斗，所述漏斗尾端倒扣有滴定管，试样放置在倒置的漏斗内，滴定管口低于腐蚀液体容器中腐蚀溶液的液面。\n[0014] 本实用新型具有下述技术效果：\n[0015] 1、本实用新型的实验装置能够收集并测定镁金属或镁合金腐蚀过程中氢气释放速率，为计算腐蚀速率提供依据，以提高腐蚀速率计算的灵敏度。\n[0016] 2、本实用新型的实验装置结构简单，能够毫无遗漏地收集所有的由镁腐蚀反应所生成的氢气，使用方便。\n附图说明\n[0017] 图1为本实用新型用于测定镁或镁合金腐蚀速率的专用实验装置的示意图；\n[0018] 图2为使用本实用新型的实验装置测得的镁金属腐蚀速率随腐蚀时间的变化关系图。\n具体实施方式\n[0019] 以下结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。\n[0020] 图1为本实用新型用于测定镁或镁合金腐蚀速率的专用实验装置的示意图，由滴定管1、漏斗2和腐蚀液体容器4组成，所述腐蚀液体容器4内倒置有漏斗2，所述漏斗2尾端倒扣有滴定管1，试样3放置在倒置的漏斗内，滴定管口低于腐蚀液体容器中腐蚀溶液的液面，以实现液体密封。腐蚀液体容器可以采用烧杯。\n[0021] 本实用新型的实验装置测定镁或镁合金腐蚀速率时包括下述步骤：将漏斗2倒扣于盛有腐蚀介质的烧杯中，镁金属或镁合金试样3用鱼线悬挂于漏斗2内部，漏斗2尾端再倒扣一滴定管1，滴定管口低于烧杯中腐蚀溶液的液面，根据试样腐蚀性能的不同，滴定管可以选择不同的容积，如50ml或100ml。用一抽气筒对滴定管内部抽真空，并将溶液吸至滴定管的最高刻度处，之后，对滴定管进行密封。镁金属或镁合金试样腐蚀产生的氢气以气泡形式由漏斗进入到滴定管液面之上的空间，这些氢气将置换出滴定管中的部分溶液而造成滴定管中液面下降。收集到的氢气的量就可通过滴定管中液面的下降程度由刻度变化直接反映出来。实验过程中，通过记录腐蚀浸泡时间与所收集氢气的体积，可以拟合出氢气释放速率，从而反映镁试样腐蚀的速率随腐蚀浸泡时间的变化情况，即得到镁腐蚀过程中瞬时速率。实验结束后，通过试样单位表面积总的释放氢气的量还可以换算得到整个浸泡时间段内的平均腐蚀速率PAH＝2.279VTH，式中：VTH为氢气平均析出速率。\n[0022] 本实用新型的实验装置用于测定镁合金腐蚀速率的原理如下：\n[0023] 已知镁腐蚀的总反应式为：\n[0024] Mg+2H2O＝Mg2++2(OH)-+H2 (2)\n[0025] 即每溶解一个镁原子，就会有一个氢气分子产生，所以通过测量腐蚀过程中析出氢气的体积就应该能知道被腐蚀的镁金属的量，由氢气析出的速度就能知道镁金属腐蚀的瞬时速度。也就是，析出1mol的氢气(标准条件下相当于22.4升)，差不多对应于22.3g的镁合金，也就是说每毫升氢气的析出相当于1毫克的镁被腐蚀溶解掉了，因此失重速率\n2 2\nΔW(mg/cm/day)与氢气析出速率VH(ml/cm/day)之间存在下述关系：\n[0026] ΔW＝1.085VH (3)\n[0027] 由此可见，通过收集并测定镁合金腐蚀过程中氢气释放速率即可转化得到镁金属失重速率，进而得到镁腐蚀瞬时速率PH。将式(3)代入式(1)，得：\n[0028] PH＝2.279VH (4)\n[0029] 当所收集氢气超过滴定管容积后，可以利用抽气筒重新将溶液吸至滴定管最高刻度，继续测量。针对不同耐腐蚀性的镁试样，也可以选择不同粗细的滴定管，以增加所读数据的敏感性，即腐蚀速度快的可以选用粗的滴定管，而腐蚀速率慢的可以选用细的滴定管。\n[0030] 实施例1\n[0031] 将漏斗倒扣于盛有3.5％NaCl溶液的容器中，将铸态高纯镁用一根鱼线悬挂于漏斗内部，漏斗尾端再倒扣一滴定管，滴定管口低于烧杯中腐蚀溶液的液面。用一抽气筒对滴定管内部抽真空，并将溶液吸至滴定管的最高刻度处，试样腐蚀产生的氢气以气泡形式由漏斗进入到滴定管液面之上的空间，这些氢气将置换出滴定管中的部分溶液而造成滴定管中液面下降。\n[0032] 实验过程中记录的腐蚀浸泡时间和释放氢气体积如表1所示。试样表面积\n2\n为3.73cm，总的腐蚀浸泡时间为14天，通过表1中试样单位表面积氢气释放总量\n2\n(21.7965ml/cm)换算可得到该段时间(336.8/24＝14天)平均腐蚀速率PAH＝2.279VTH＝3.54mm/year。此外，还可监测到腐蚀速率随浸泡时间的变化关系，如图2所示。由图可以看出，该高纯镁样品腐蚀速率随腐蚀浸泡时间长短发生了明显变化，在浸泡初期(如图2中I阶段)，腐蚀速率十分缓慢，当浸泡时间超过24小时后，腐蚀速率急剧加快(如图2中II阶段)，浸泡时间进一步延长到170小时后，腐蚀速率又有所减慢(如图2中III阶段)。\n由此可见，利用此实验装置可以监测到镁金属腐蚀过程中的一些信息，有助于对镁金属腐蚀机理的研究。实验结束后，通过失重法仍可得到该试样在此段时间内平均腐蚀速率。经称重得知试样失重速率\n[0033] ΔW＝1.723(mg/cm2/day)，由式(1)计算可知PW为3.62mm/year，可见与本实用新型的实验装置测定氢气析出的结果非常吻合，从而也证实了使用本实用新型的实验装置测定镁金属腐蚀速率的可靠性。\n[0034] 表1\n[0035] \n[0036]