一种适用于防腐涂层电化学噪声检测的植入型传感器装置的制作方法

本发明涉及有机防护涂层技术领域，特别涉及一种适用于防腐涂层电化学噪声检测的植入型传感器装置。

背景技术：

水下各类建筑桩体、管道、海洋平台等金属结构都会采用有机涂层作为腐蚀防护手段之一。然而，有机涂层的早期失效不易察觉，当发现明显的涂层失效或基体金属腐蚀问题时可能为时已晚，给人们带来巨大的经济损失甚至危险。因此，对涂层防护性能的原位、快速检测具有非常重要的意义。

电化学噪声测试作为一种无损原位检测技术，在其测量过程中对被测体系的腐蚀过程不施加任何外界扰动，非常适用于涂层性能的原位监测。但目前传统的电化学噪声检测装置需要外置的电极及电解池等部件，对于水下等现场的原位监测较为困难。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种适用于防腐涂层电化学噪声检测的植入型传感器装置，具体技术方案如下：

一种适用于防腐涂层电化学噪声检测的植入型传感器装置，包括植入型传感器、封装用陶瓷、金属基体、底漆和面漆；

所述植入型传感器包括参比电极传感器和第二工作电极传感器；

所述参比电极传感器包括叉型金属膜电极和参比电极引线；

所述第二工作电极传感器包括矩形薄片电极和第二工作电极引线；

通过分层涂覆涂料的方式将参比电极传感器和第二工作电极传感器植入底漆和面漆之间，且两个传感器处于同一平面；

所述矩形薄片电极位于叉型金属膜电极内中心位置；

所述叉型金属膜电极与参比电极引线、矩形薄片电极与第二工作电极引线的连接处通过封装用陶瓷实现机械支撑及密封性保护，并与外界环境电绝缘；

所述金属基体作为第一工作电极；

所述底漆涂刷在金属基体上。

所述的一种适用于防腐涂层电化学噪声检测的植入型传感器装置，其优选方案为所述叉型金属膜电极选取金作为材料，采用物理气相沉积技术在底漆表面形成5μm厚的金薄膜，薄膜加工成内径3cm，外径4cm的叉状矩形(即矩形缺少一边)，另一端连接参比电极引线，参比电极引线为普通铜导线。

所述的一种适用于防腐涂层电化学噪声检测的植入型传感器装置，其优选方案为所述矩形薄片电极的材料采用同基体相同的低合金钢，薄片厚度为50μm，矩形面积为2×2cm，薄片上开有0.5×0.5cm的孔洞，第二工作电极引线为基体同种金属制成的导线。

所述的一种适用于防腐涂层电化学噪声检测的植入型传感器装置，其优选方案为所述参比电极传感器和第二工作电极传感器的电极及引线部分均留有距离，避免直接接触。

所述的一种适用于防腐涂层电化学噪声检测的植入型传感器装置，其优选方案为所述封装用陶瓷采用al2o3陶瓷。

所述的一种适用于防腐涂层电化学噪声检测的植入型传感器装置，其优选方案为所述孔洞为4个，其相对位置在矩形薄片电极上均匀分布。

本发明的有益效果：本发明所述的适用于防腐涂层电化学噪声检测的植入型传感器装置，可实现有水介质环境下涂层的原位电化学噪声监测，在现场除测试仪器外无需其它外置的传感装置；传感器尺寸微小，其植入不会对涂层的防护性能产生明显影响；采用此装置进行电化学噪声测试属于无损检测，对涂层体系无破坏，测试结果准确，尤其是对局部腐蚀有较好地响应。

采用两个同心嵌套但互不接触的传感器可获得一致的电化学信号采集范围，同时避免信号的相互干扰；两个传感器叉型及矩形设计方案使系统电场分布均匀，保证了电化学测试结果的准确性。

第二工作电极传感器采用与金属基体同种材质的材料，避免了电化学噪声测量时极化现象的发生；矩形薄片电极上开孔的设计方案可防止因水介质被阻隔而导致电化学信号失真的情况。

附图说明

图1为一种适用于防腐涂层电化学噪声检测的植入型传感器装置结构示意图；

图2为采用本发明装置测量与实验室传统测量方式的结果对比。

图中，1为叉型金属膜电极，2为矩形薄片电极，3为参比电极引线，4为第二工作电极引线，5为封装用陶瓷，6为金属基体，7为底漆，8为面漆。

具体实施方式

如图1所示一种适用于防腐涂层电化学噪声检测的植入型传感器装置，包括植入型传感器、封装用陶瓷5、金属基体6、底漆7和面漆8；

所述植入型传感器包括参比电极传感器和第二工作电极传感器；

所述参比电极传感器包括叉型金属膜电极1和参比电极引线3；

所述第二工作电极传感器包括矩形薄片电极2和第二工作电极引线4；

通过分层涂覆涂料的方式将参比电极传感器和第二工作电极传感器植入底漆7和面漆8之间，且两个传感器处于同一平面；

所述矩形薄片电极2位于叉型金属膜电极1内中心位置；

所述叉型金属膜电极1与参比电极引线3、矩形薄片电极2与第二工作电极引线4的连接处通过封装用陶瓷5实现机械支撑及密封性保护，并与外界环境电绝缘；

所述金属基体6作为第一工作电极；

所述底漆7涂刷在金属基体6上。

所述叉型金属膜电极选取金作为材料，采用物理气相沉积技术在底漆表面形成5μm厚的金薄膜，薄膜加工成内径3cm，外径4cm的叉状矩形(即矩形缺少一边)，另一端连接参比电极引线，参比电极引线为普通铜导线。

所述矩形薄片电极的材料采用同基体相同的低合金钢，薄片厚度为50μm，矩形面积为2×2cm，薄片上开有0.5×0.5cm的孔洞，第二工作电极引线为基体同种金属制成的导线。

所述参比电极传感器和第二工作电极传感器的电极及引线部分均留有距离，避免直接接触。

所述封装用陶瓷5采用al2o3陶瓷。

所述孔洞为4个，其相对位置在矩形薄片电极上均匀分布。

实施例1

在现场对装有传感器的涂层体系进行电化学噪声测试，通过各自引线分别与电化学工作站对应电极接口相连接。其中，参比电极引线3连接电化学工作站参比电极接口；第二工作电极引线4连接电化学工作站噪声模式下第二工作电极接口，金属基体连接电化学工作站第一工作电极接口。获得电化学噪声电位和电流数据后，通过计算噪声电阻rn快速定量地检测涂层的防护性能及服役情况。

图2为底漆和面漆共100微米厚的环氧清漆涂层浸泡0-240小时并分别采用本发明传感器装置及实验室传统三电极测量方式获得的噪声电阻结果对比。随服役时间的延长，两种测试方法获得的涂层噪声电阻值均逐渐降低，说明涂层的防护性能在逐渐下降，测量结果定量表征了涂层防护性能的变化。另外，两种测试的噪声电阻趋势非常相近，印证了传感器装置测量结果的准确性。

技术特征：

技术总结
本发明公开一种适用于防腐涂层电化学噪声检测的植入型传感器装置，主要包括叉型金属膜电极、矩形薄片电极、相应的电极引线、封装用陶瓷及有机涂层/金属基体体系；两个传感器处于同一平面，且矩形薄片电极位于叉型金属膜电极中心，但各自的电极及引线部分应留有适当距离并避免直接接触。本发明的优点：可实现有水介质环境下涂层的原位电化学噪声监测；采用两个同心嵌套但互不接触的传感器可获得一致的电化学信号采集范围，同时避免各自信号的相互干扰；矩形薄片电极开孔的设计方案可防止电化学信号失真的情况，保证了测试结果的准确性。

技术研发人员：孟凡帝;刘莉;王福会
受保护的技术使用者：东北大学
技术研发日：2018.01.08
技术公布日：2018.05.04