Электрохимическая ячейка для определения стойкости сталей против межкристаллитной коррозии Российский патент 2019 года по МПК G01N17/02 G01N27/28 

Изобретение относится к портативному электрохимическому оборудованию, позволяющему проводить количественную оценку склонности сталей аустенитного класса к межкристаллитной коррозии в лабораторных и производственных условиях, а также степень сенсибилизации структуры стали. Оценка проводится электрохимическим методом потенциодинамической реактивации.

Ячейка является датчиком измерительного комплекса и позволяет проводить неразрушающую оценку непосредственно на изделиях, в том числе, крупногабаритных.

В настоящее время испытание на стойкость против межкристаллитной коррозии коррозионно - стойких сталей проводят в соответствии с ГОСТ 9.914-91 «Единая система защиты от коррозии и старения (ЕСЗКС). Стали коррозионно-стойкие аустенитные. Электрохимические методы определения стойкости против межкристаллитной коррозии». В указанном ГОСТ используется электрохимическая ячейка, конструкция которой позволяет проводить исследование образца металла только при его расположении внутри электрохимической ячейки (то есть требуется вырезка образца). ГОСТ также содержит указание на возможность применения портативной ячейки, однако ее конструкция и принцип работы не описаны.

В практике производства и эксплуатации оборудования возникает необходимость оценить степень сенсибилизации или склонность к межкристаллитной коррозии различных конструкционных элементов готовых изделий (гибы, трубы, сварные соединения, фланцы и т.п.), в том числе со сложными профилями поверхностей. В таких случаях важными свойствами ячейки являются ее портативность и компактность.

Из уровня техники известна электрохимическая ячейка для определения стойкости сталей против межкристаллитной коррозии, содержащая цилиндрический корпус, внутри которого расположены поршень, электрод сравнения и вспомогательный электрод, при этом электроды расположены между поршнем и свободным торцом корпуса («Межкристаллитная коррозия и современные методы ее оценки», А.Назаров, ЦНИИ «Румб», С-Пб., 1991, с. 70-73).

В известной ячейке электроды выполнены в виде прямолинейных деталей, расположенных под углом к оси ячейки.

Ячейка работает следующим образом. С помощью поршня (принцип шприца) ячейку наполняют токопроводящим испытательным гелеобразным электролитом. После чего ее (ячейку) устанавливают открытым торцом на подготовленную исследуемую поверхность (рабочий электрод). Перемещая вниз поршень, продавливают электролит и смачивают поверхность рабочего электрода. Таким образом, по исследуемой поверхности распределяется электролит и с помощью электрода поляризуется. Затем электродом сравнения контролируют установившийся потенциал коррозии, который должен находиться в заданном диапазоне значений.

Вспомогательный электрод, выполненный в известной ячейке в виде прямолинейной детали и расположенный под углом к оси ячейки, при оценке стойкости стали располагается относительно исследуемой поверхности несимметрично, поэтому ток по ней распределяется неравномерно. Вследствие чего проходит неравномерная поляризация исследуемой поверхности.

Кроме того, выполнение вспомогательного электрода в виде прямолинейной детали ограничивает его рабочую поверхность из-за требования к компактности ячейки, в связи с чем, при большой плотности тока поляризации образующиеся на его поверхности в процессе измерения пузырьки газообразного водорода могут экранировать электрод и разрывать электрическую цепь электролит - вспомогательный электрод ячейки.

Образование водорода на поверхности вспомогательного электрода происходит на стадии анодной поляризации рабочего электрода, когда потенциал вспомогательного электрода смещается в отрицательную сторону. Как следствие, в приэлектродном пространстве образуется избыток положительных ионов водорода с последующей их молязацией и газообразным выделением.

Электрод сравнения, расположенный несимметрично относительно внутренней поверхности ячейки, не позволяет достаточно точно измерить потенциал рабочего электрода, по причине его неэквидистантности.

Таким образом, недостатком известной ячейки является неудовлетворительная стабильность измерений из-за неравномерности поляризации исследуемой поверхности, возможности разрыва электрической цепи и высокой погрешности измерения потенциала рабочего электрода.

Настоящее изобретение направлено на решение технической проблемы, связанной с повышением точности оценки склонности к межкристаллитной коррозии и степени сенсибилизации коррозионно-стойких сталей аустенитного класса в лабораторных и производственных условиях, в том числе при неразрушающем контроле готовых изделий.

Техническим результатом изобретения является равномерность поляризации исследуемой поверхности, исключение разрывов электрической цепи электролит - вспомогательный электрод, снижение погрешности измерения потенциала при соблюдении компактности электрохимической ячейки.

Технический результат изобретения достигается тем, что в электрохимической ячейке для определения стойкости сталей против межкристаллитной коррозии, содержащей цилиндрический корпус для фиксации электролита, внутри которого расположены поршень, электрод сравнения и вспомогательный электрод, при этом электроды расположены между поршнем и открытым торцом корпуса, вспомогательный электрод выполнен в виде спирали и установлен соосно с корпусом ячейки, а электрод сравнения расположен вдоль оси ячейки.

Кроме того, открытый торец корпуса закрыт впитывающей электролит мембраной.

Выполнение вспомогательного электрода в виде спирали позволит выполнить его большей поверхности, сохраняя при этом компактность ячейки и увеличивая, в то же время, максимальный ток поляризации. Большая поверхность вспомогательного электрода исключает при использовании ячейки разрыв цепи электролит - электрод благодаря тому, что электрод постоянно контактирует с токопроводящим электролитом и удельная плотность тока снижется, что влечет снижение количества водорода, выделяющегося на единице поверхности электрода. При этом газовая «рубашка» не образуется, а соосное с ячейкой расположение электрода обеспечит равномерную поляризацию исследуемой поверхности.

Отличительный признак, касающийся расположения электрода сравнения по оси ячейки, обусловлен выполнением вспомогательного электрода в виде спирали, так как указанное расположение означает его размещение внутри вспомогательного электрода, что не требует дополнительного пространства, а значит, соблюдается компактность ячейки. Кроме того, при осевом расположении электрода сравнения повышается качество измерений потенциала коррозии благодаря эквидистантности.

Наличие на открытом торце корпуса впитывающей электролит мембраны позволяет использовать жидкий электролит.

Сущность изобретения поясняется чертежом (фиг. 1), где показана электрохимическая ячейка для оценки степени сенсибилизации и склонности к межкристаллитной коррозии сталей аустенитного класса методом потенциодинамической реактивации.

Основной элемент ячейки - это корпус 1, который выполнен в виде полого цилиндра (рабочая камера), в котором расположены поршень 2, электрод сравнения 3 и вспомогательный электрод 4. Электроды расположены между поршнем и открытым торцом корпуса 1. Вспомогательный электрод 4 выполнен в виде спирали и установлен соосно с корпусом 1 ячейки, а электрод сравнения 3 расположен на оси ячейки внутри вспомогательного электрода 4. В случае использования жидкого электролита вместо гелеобразного открытый торец цилиндра закрывают легкосъемной мемебраной 5, удерживающей жидкий электролит в объеме корпуса 1 и выполненный из пористого или капиллярного материала, впитывающего этот электролит. В качестве такого материала может использоваться целлюлоза, керамика и др.

Работа электрохимической ячейки показана с использованием жидкого электролита.

С помощью поршня 2 корпус 1 заполняют токопроводящим жидким электролитом и фиксируют электролит в ячейке, закрывая открытый торец мембраной 5. После этого ячейку устанавливают торцом с мембраной 5 на подготовленную исследуемую поверхность. Перемещая вниз поршень 2, пропитывают мембрану 5 электролитом, вследствие чего происходит равномерное распределение электролита по исследуемой поверхности, а через неразрывную цепь электролит - вспомогательный электрод 4 -равномерная поляризация.

Затем контролируют электродом сравнения 3 установившийся потенциал коррозии.

Неразрывность электрической цепи и равномерность поляризации обеспечивается выполнением вспомогательного электрода 4 в виде спирали, которую в данном случае конструктивно удобно расположить соосно с цилиндрическим корпусом 1 ячейки, и позволяющей увеличить поверхность электрода. Расположение электрода сравнения 3 по оси ячейки обеспечивает его эквидистантность, а благодаря размещениюэлектрода сравнения 3 «внутри» вспомогательного электрода 4 выполненного в виде спирали, не требует дополнительного пространства, а значит и увеличения размеров ячейки.

Таким образом, заявленное взаиморасположение электродов 3 и 4 в ячейке позволяет обеспечить равномерность и непрерывность поляризации поверхности рабочего электрода, а также точность измерения потенциала исследуемой поверхности при соблюдении требования к ячейке «компактность».

Изобретение относится к портативному электрохимическому оборудованию, позволяющему проводить количественную оценку склонности сталей аустенитного класса к межкристаллитной коррозии в лабораторных и производственных условиях, а также степень сенсибилизации структуры стали. Корпус ячейки выполнен в виде полого цилиндра (рабочая камера). В корпусе расположены поршень, электрод сравнения и вспомогательный электрод. Вспомогательный электрод выполнен в виде спирали и установлен соосно с корпусом ячейки. Электрод сравнения расположен по оси ячейки внутри вспомогательного электрода. Открытый торец цилиндра может быть закрыт легкосъемной мембраной. Мембрана выполнена из пористого или капиллярного материала, впитывающего электролит. Техническим результатом изобретения является равномерность поляризации исследуемой поверхности, исключение разрывов электрической цепи электролит - вспомогательный электрод, снижение погрешности измерения потенциала при соблюдении компактности электрохимической ячейки. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Электрохимическая ячейка для определения стойкости сталей против межкристаллитной коррозии, содержащая цилиндрический корпус для фиксации электролита, внутри которого расположены поршень, электрод сравнения и вспомогательный электрод, при этом электроды расположены между поршнем и открытым торцом корпуса, отличающаяся тем, что вспомогательный электрод выполнен в виде спирали и установлен соосно с корпусом ячейки, а электрод сравнения расположен вдоль оси ячейки внутри вспомогательного электрода.

2. Электрохимическая ячейка по п. 1, отличающаяся тем, что открытый торец корпуса снабжен впитывающей электролит мембраной.