专利名称：用于金属材料表面缺陷的电化学检测传感器及其使用方法
技术领域：
本发明涉及一种用于检测金属材料表面缺陷的电化学方法，具体的说，是涉及表面缺陷的检测方法的技术领域。
背景技术：
对金属材料表面缺陷常见的无损检测方法主要有磁粉检测(MT)，利用工件缺陷处的漏磁场与磁粉的相互作用，即利用了钢铁制品表面和近表面缺陷(如裂纹，夹渣，发纹等)磁导率和钢铁磁导率的差异，磁化后这些材料不连续处的磁场将发生崎变，形成部分磁通泄漏处工件表面产生了漏磁场，从而吸引磁粉形成缺陷处的磁粉堆积一磁痕，在适 当的光照条件下，显现出缺陷位置和形状，对这些磁粉的堆积加以观察和解释，就实现了磁粉检测；渗透检测(PT):利用液体的毛细管作用，将渗透液渗入固体材料表面开口缺陷处。再通过显像剂将渗入的渗透液析出到表面显示缺陷的存在，就实现了渗透检测。除了上述两种检测方法外，还有涡流检测、超声波检测(UT)和射线检测(RT)等，上述几种方法均应用物理原理对材料的缺陷进行检测，而且超声波检测和射线检测都会在不同程度上对人类健康造成危害，对环境造成污染。现在还未有人通过电化学测试方法，对金属材料表面缺陷进行检测。电化学检测方法具有原位无损的优点，对试样不会造成破坏，且操作安全，不会造成环境污染，因此，发展表面缺陷的电化学检测方法及设备具有非常重要的实际意义。
发明内容
本发明的目的是，填补电化学测试方法对于金属材料表面缺陷进行检测的空白，提供一种利用电化学阻抗谱和噪声时域谱进行分析确定是否存在表面缺陷、新的金属材料表面缺陷检测的传感器及其制备方法。本发明通过如下技术方案予以实现。一种用于金属材料表面缺陷的电化学检测传感器，包括PVC网状塑料板(2)和海绵胶(4)，所述的PVC网状塑料板(2)为4 8_厚的柔软的圆形材料，其上设置有安装孔
(6)，PVC网状塑料板⑵的中心安装孔内设置有参比电极(3)，参比电极(3)的周边对称位置的安装孔(6)内设置有辅助电极(5)，所述的参比电极(3)、辅助电极(5)通过海绵胶(4)与PVC网状塑料板相固定；所述参比电极(3)为固体的Ag-AgCl电极，所述辅助电极(5)与被测试样材料相同；参比电极(3)与辅助电极(5)的一端为工作面，另一端焊接有导线；参比电极(3)与辅助电极(5)除了工作面之外的其它部位采用环氧树脂封装绝缘。所述PVC网状塑料板⑵的直径尺寸为50mm。所述参比电极(3)为直径2mm，长40mm的固体Ag-AgCl电极。所述辅助电极(5)的直径为2mm,长度为40mm,数量为24根。所述安装孔(6)为24个。用于金属材料表面缺陷的电化学检测传感器的使用方法，步骤如下
(I)用浓度为lmol/L的NaCl溶液浸湿化学分析试纸，放于传感器与被测试样中间，将传感器固定在被测试样上；(2)采集阻抗数据参比电极Ag-AgCl电极；工作电极被测试样；辅助电极材料同被测试样相同；采集噪声数据参比电极:Ag_AgCl电极；工作电极I :被测试样；工作电极2 :同辅助电极相同；(3)通过电化学阻抗谱和噪声时域谱来确定金属材料表面缺陷。本发明的有益效果是，传感器可以任意改变使用形状，通过探测到的试样不同位置的电化学信息从而确定试样表面缺陷的位置，操作简单，实用性强，探测全过程安全，无污染，可以在短时间内得到实验结果；本发明制作简单，成本低，应用前景广阔。
图I是金属材料表面缺陷的电化学检测传感器示意图；图2是图I的A-A向剖视图；图3是采用本发明检测到的拥有表面缺陷的45#碳钢活塞杆的电化学噪声时域谱；图4是采用本发明检测到的拥有表面缺陷的45#碳钢活塞杆的电化学阻抗谱。附图标记说明如下I——导线2——PVC网状塑料板3——参比电极4——海绵胶5——辅助电极6——安装孔
具体实施例方式下面通过具体的实施例对本发明作进一步描述。如图I所示，本发明的用于金属材料表面缺陷的电化学检测传感器，包括PVC网状塑料板2，为4 8mm厚的柔软的圆形材料，直径50mm，其上设置有多个安装孔6，安装孔的数量根据被检测试件面积的大小来确定。PVC网状塑料板2的中心安装孔内设置有参比电极3，参比电极3 (RE)为固体的Ag-AgCl电极，是采用直径为2mm，长为40mm的银丝，先用丙酮清洗，再用蒸馏水洗净表面，用无水乙醇擦拭后吹干，再将其任一端浸入熔融的氯化银中15分钟，这一端作为参比电极的工作面，得到固体Ag-AgCl参比电极，另一端焊接导线，再用环氧树脂对于除了工作面之外的部分封装绝缘。参比电极3的周边对称位置的安装孔6内设置有辅助电极5，参比电极3与辅助电极5通过海绵胶4与PVC网状塑料板相固定；辅助电极5所用材料与被测试样材料应尽量相同，因为有时很难做到完全相同的材料；辅助电极5也是一端为工作面，另一端焊接导线，其工作面用800#水砂纸打磨，且要求水平，除了工作面之外的其它部位也采用环氧树脂封装绝缘。参比电极3与辅助电极5的直径和长度均可根据实际需要予以确定。具体实施例采用研究电极(WE)为工业生产中使用的活塞杆，45#碳钢。活塞杆表面有小部分有裂纹，其它部分无裂纹。参比电极3 (RE)如前面描述。辅助电极5 (AF)是用直径为2mm，长为40mm的45#碳钢，24根，一端焊接导线引出，另一端截面作为工作面留出，工作面用800#水砂纸打磨，要求水平，工作面之外的部分采用环氧树脂封装绝缘。将Ag-AgCl参比电极和24根辅助电极用海绵胶包覆固定在PVC网状塑料的孔中(如图2)。为了保证传感器与活塞杆连通，将lmol/L NaCl溶液浸湿的化学分析试纸置于传感器与被测试样中间，将传感器固定在被测试样上。由于PVC网状塑料板2为柔软材料，所以可以适应被测试样表面的各种形状。用传感器探测活塞杆表面的缺陷，图3为拥有表面缺陷的45#碳钢活塞杆的电化学噪声时域谱，图3(a)为有裂纹的情况，图3(b)为无裂纹的情况；图4为拥有表面缺陷的45#碳钢活塞杆的电化学阻抗谱，也可以看出，有裂纹处和无裂纹处有明显的不同。·
权利要求
1.一种用于金属材料表面缺陷的电化学检测传感器，包括PVC网状塑料板(2)和海绵胶(4)，所述的PVC网状塑料板(2)为4 8_厚的柔软的圆形材料，其上设置有安装孔(6)，PVC网状塑料板⑵的中心安装孔内设置有参比电极(3)，参比电极(3)的周边对称位置的安装孔(6)内设置有辅助电极(5)，所述的参比电极(3)、辅助电极(5)通过海绵胶(4)与PVC网状塑料板相固定；所述参比电极(3)为固体的Ag-AgCl电极，所述辅助电极(5)与被测试样材料相同；参比电极(3)与辅助电极(5)的一端为工作面，另一端焊接有导线；参比电极(3)与辅助电极(5)除了工作面之外的其它部位采用环氧树脂封装绝缘。
2.根据权利要求I的用于金属材料表面缺陷的电化学检测传感器，其特征在于，所述PVC网状塑料板(2)的直径尺寸为50mm。
3.根据权利要求I的用于金属材料表面缺陷的电化学检测传感器，其特征在于，所述参比电极⑶为直径2mm,长40mm的固体Ag-AgCl电极。
4.根据权利要求I的用于金属材料表面缺陷的电化学检测传感器，其特征在于，所述辅助电极(5)的直径为2mm，长度为40mm，数量为24根。
5.根据权利要求I的用于金属材料表面缺陷的电化学检测传感器，其特征在于，所述安装孔(6)为24个。
6.权利要求I的用于金属材料表面缺陷的电化学检测传感器的使用方法，步骤如下 (1)用浓度为lmol/L的NaCl溶液浸湿化学分析试纸，放于传感器与被测试样中间，将传感器固定在被测试样上； (2)采集阻抗数据参比电极=Ag-AgCl电极；工作电极被测试样；辅助电极材料同被测试样相同； 采集噪声数据参比电极:Ag-AgCl电极；工作电极I :被测试样；工作电极2 :同辅助电极相同； (3)通过电化学阻抗谱和噪声时域谱来确定金属材料表面缺陷。
全文摘要
本发明公开了一种用于金属材料表面缺陷的电化学检测传感器及其使用方法，传感器包括PVC网状塑料板和海绵胶，所述的PVC网状塑料板为4～8mm厚的柔软的圆形材料，其上设置有安装孔，还设置有参比电极，参比电极的周边对称位置设置有辅助电极，参比电极、辅助电极均为圆形，并通过海绵胶与PVC网状塑料板相固定；参比电极为固体的Ag-AgCl电极，辅助电极与被测试样材料尽量相同。传感器可以任意改变使用形状，通过探测到的试样不同位置的电化学阻抗谱以及噪声时域谱，来确定试样表面缺陷的位置，本发明操作简单，实用性强。
文档编号G01N27/30GK102680543SQ20121017019
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月28日 优先权日2012年5月28日
发明者修妍, 党丽华, 刘永长, 张国胜, 王迎, 高志明 申请人:天津大学