一种铝合金开路电位的测试方法与流程

本发明属于金属开路电位测试技术领域，具体涉及铝合金开路电位的测试方法，适用于铝及铝合金铸锭、铸轧板、板、带、箔材的开路电位(自然电位)的检测，适用于厚度大于0.2mm的铝合金，尤其适用于厚度大于1.0mm的铝合金。

背景技术：

自然电位是腐蚀金属电极的一个重要热力学参数，在研究金属腐蚀行为及分析腐蚀过程时具有重要意义，在防腐蚀工程技术中广泛应用。电位测量是评价阴极保护效果、检测和监测被保护结构腐蚀状态的重要手段。

目前，铝合金开路电位的测试方法采用astm-g69-12测试标准中的电位计法，存在一定的缺陷，具体如下：

1、astm-g69-12提到的使用电位计在58.5±0.1gnacl每升水溶液中添加9±1ml30％h2o2作为测试溶液，检测铝合金开路电位(自然电位)的方法中当要检测的样品厚度小于0.2mm时，电位波动大于10mv，且重现性差。

2、astm-g69-12提到的使用电位计在58.5±0.1gnacl每升水溶液中添加9±1ml30％h2o2作为测试溶液，检测铝合金开路电位(自然电位)的方法中，在实践过程中发现当要检测的样品厚度大于0.20mm时，尤其是样品厚度大于1.0mm时，测试开始阶段电位曲线需要一段稳定时间，一般为10-15min，整体测试时间为30min或者60min，效率较低，不利于生产应用，很有必要改进方法，开发一种高效的测试方法，进一步缩短测试时间，提高效率。

因此，很有必要开发一种能够弥补上述缺陷的铝合金开路电位的测试方法。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，发明人开发了一种铝合金开路电位的测试方法(cn110455881a)，但是该测试方法主要针对厚度为0.2mm以下的铝合金样品，对于厚度大于0.2mm，特别是厚度大于1.0mm的铝合金样品，测试的效率仍不能令人满意，且该技术方案中使用了强酸。鉴于此，发明人对测试液的组成进行了潜心研究，使用醋酸代替盐酸，提供一种适用于厚度大于0.2mm、尤其是厚度大于1.0mm的铝合金开路电位的测试方法。

本发明提供一种高效的铝合金开路电位的测试方法，使用电化学工作站，通过开路电位法(ocp)进行测试，所述测试方法对厚度大于0.2mm、尤其是厚度大于1.0mm的铝合金样品也具有较好的稳定性和重复性。

具体地，所述铝合金开路电位的测试方法，包括如下步骤：

1)测试样品的制备；

2)测试体系的准备：配制nacl与醋酸的混合溶液作为测试液，其中，醋酸的浓度为0.00875mol/l-0.02625mol/l；

3)电位测试：使用电化学工作站采用电位-时间的开路电位法对待测样品进行开路电位测试。

更具体地，所述铝合金开路电位的测试方法，包括如下步骤：

1)测试样品的制备；

2)测试体系的准备：配制nacl与醋酸的混合溶液作为测试液，醋酸的浓度为0.00875mol/l-0.02625mol/l；

3)电位测试：使用电化学工作站采用电位-时间的开路电位法对待测样品进行开路电位测试。

4)数据处理：取所有测试数值的平均值为所述铝合金的开路电位值。

astm-g69-12标准所提及的测试方法为：电位计在58.5±0.1g/lnacl加9±1ml30％h2o2溶液中测试铝合金开路电位中，所使用的h2o2由于属于弱酸性，因此铝合金表面电位需要持续一段时间电位曲线才能稳定；而本发明所用的醋酸酸性较双氧水强，易电离出h⁺，在溶液中能使铝合金样品电位快速达到平衡，得出稳定的电位-时间曲线。而与cn110455881a相比，使用醋酸代替强酸性的盐酸，能快速得出稳定电位，是因为测试液的ph值在3.0左右，对于铝合金表面整体是呈现钝化现象，表面虽有发生点蚀，但也因铝合金厚度较厚，腐蚀处成分较均匀，电位曲线波动不会太大，因此，适用于厚度大于0.20mm的样品，快速得出稳定电位。

具体地，所述测试样品的制备包括：

在流动水槽中使用水砂纸对样品打磨；

将打磨后的测试样品依次使用丙酮、无水乙醇清洗，自然晾干；

保留检测区域：选取一定的检测区面积及夹持端长度，将其他非检测区域密封；

自然晾干或者冷风吹干。

更具体地，所述测试样品的制备包括：

切取适当尺寸铝合金样品；

在流动水槽中使用型号为320～2000#的水砂纸对样品打磨；

将打磨后的测试样品依次使用丙酮、无水乙醇清洗，自然晾干；

保留检测区域：选取一定的检测区面积及夹持端长度，其他非检测区域使用涂布密封；

自然晾干或者冷风吹干。

具体地，所述检测区面积与测试液保持如下关系：每100mm²的测试面积至少保证100ml测试液。以保证测试样品与测试液充分接触，增加测试的准确性。

根据本发明提供的一些实施方式，检测区面积为10×10mm²或者15×15mm²，夹持端长度为10-20mm。

根据本发明提供的一些实施方式，所述测试样品进行测试前再次用丙酮、无水乙醇、去离子水清洗。

根据本发明提供的一些实施方式，所述测试液中，nacl的质量分数为2-10％，例如：2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％，等等。

在一些实施方式中，所述测试液中，nacl的质量分数为4-8％。

根据本发明提供的一些实施方式，所述测试液中，醋酸的浓度为0.00875mol/l-0.02625mol/l，例如：0.00875mol/l、0.0088mol/l、0.0090mol/l、0.0095mol/l、0.0100mol/l、0.0105mol/l、0.0110mol/l、0.0115mol/l、0.012mol/l、0.0125mol/l、0.0130mol/l、0.0135mol/l、0.0140mol/l、0.0145mol/l、0.0150mol/l、0.0155mol/l、0.0160mol/l、0.0165mol/l、0.0170mol/l、0.0175mol/l、0.0180mol/l、0.0185mol/l、0.0190mol/l、0.0195mol/l、0.0200mol/l、0.0205mol/l、0.0210mol/l，等等。

在一些实施方式中，所述测试液中，醋酸的浓度为0.014-0.021mol/l。

根据本发明提供的一些实施方式，所述测试液的ph为2.0～4.0，例如：2.0、2.5、3.0、3.5、4.0，等等。

具体地，所述测试液的配制包括：称取适量的nacl固体于1l烧杯中加入500ml去离子水溶解，然后再移到1l的容量瓶中定容，之后向溶液中加入醋酸，制备成醋酸的nacl溶液，其中，醋酸的浓度为0.00875mol/l-0.02625mol/l，nacl的质量分数为2-10％。

具体地，所述涂布密封时可选用ab胶或者硅胶。

选择自然晾干或者冷风吹干的干燥方式，可避免烘干过快，密封层开裂。

具体地，所述电位测试时，采用三电极体系，选用饱和甘汞电极、银/氯化银电极、汞/氧化汞电极中的一种作为参比电极，以铂电极为辅助电极，以测试样品为工作电极。

优选地，测试温度为20～25℃，例如20℃、21℃、22℃、23℃、24℃、25℃。

优选地，测试在搅拌下进行，搅拌器的转速为60-120r/min(例如60r/min、70r/min、80r/min、90r/min、100r/min、110r/min、120r/min，等等)。通过搅拌，可以消除测试样品表面产生的附着气泡，并使测试液保持均匀。

测试时需将样品检测部位检测面、参比电极液络部完全浸于测试液中，以保证测试的准确性。

所使用的参比电极、辅助电极、测试槽、转子、工作电极等，需用去离子水清洗干净。

数据处理方法根据测试电位曲线波动性来定，一般3min内波动小于3mv，即为稳定。优选地，数据处理时，选取全部数据平均值作为测试样品开路电位值，例如：测试时间为15min，取15min所得的全部数据平均作为测试结果；测试时间为10min，取10min所得的全部数据平均作为测试结果。所述电化学工作站无特别限制，可选择普林斯顿、辰华电化学工作站或者其他厂家型号的电化学工作站。

优选地，至少重复测量两个样品，取测得的每个样品的全部数值的平均值作为样品的开路电位值，最后两样品的平均值作为该样品的开路电位值，如果两样品电位值相差大于5mv，则应多加测试样，取平均值。

本发明提供的测试方法适用于铝及铝合金铸锭、铸轧板、板、带、箔材的开路电位(自然电位)的检测，特别适用于厚度大于0.2mm的铝合金，尤其适用于厚度大于1.0mm的铝合金。

与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：

本发明提供的测试方法，与astm-g69-12标准相比，对于厚度大于0.20mm的铝合金样品，能在短时间内得到稳定的电位-时间曲线，即波动非常小的电位-时间曲线(小于3mv)，且从原有的测试时间为30min减少到10min以内，并且具有高的重现性。

附图说明

图1：实施例1和对比例1测试得到的电位-时间曲线图；以及

图2：实施例2测试得到的电位-时间曲线图。

具体实施方式

除非另外说明，本发明所使用的所有科技术语具有与本发明所属领域技术人员的通常理解相同的含义。本发明涉及的所有专利和公开出版物通过引用方式整体并入本发明。术语“包含”或“包括”为开放式表达，即包括本发明所指明的内容，但并不排除其他方面的内容。

下面将结合附图和实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照说明书记载的条件或常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

实施例1

测试样品：厚度为1.50mm，退火态，3xxx系与4xxx系双层复合铝板，其3xxx系合金电位测量。

样品制备：使用切刀切取12×2mm样品，对于样品没有标记的一端依次使用320#、600#、1000#砂纸打磨光滑表面，随后将试样依次使用丙酮、无水乙醇清洗，自然晾干，用硅胶密封非工作面，留出工作面为10×10mm²及夹持端长约20mm，自然晾干。然后，依次使用丙酮、无水乙醇、去离子水清洗一遍，待测。

测试液配备：称取50.00gnacl固体于1l烧杯中，加入500ml去离子水溶解，再用移液管或移液枪取1ml的醋酸于溶液中，然后再移到1l的容量瓶中定容，制备成待测液，其中，醋酸的浓度为0.0175mol/l，nacl的质量分数为5％；

测试仪器：上海辰华chi660e电化学工作站；三电极体系：饱和甘汞电极为参比电极，以样品为工作电极，以铂电极为辅助电极；

测定步骤：

(1)清洗干净各电极、转子以及一个250ml的专用测试烧杯；

(2)往烧杯中加人200ml测试液，以样品为工作电极，铂电极为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极，搭建好三电极测量体系；

(3)将待测体系温度维持在23℃，搅拌速度为100r/min；

(4)在以上所述的测定条件下，用上海辰华chi660e电化学工作站选取开路电位法对待测样品进行电化学开路电位测试，测试时间为30min；

(5)至少重复测量两个样品，取测得的每个数据的所有数值的平均值作为样品的开路电位值，最后两样品的平均值作为该样品的开路电位值，如果两样品电位值相差大于5mv，则应多加测试样，取平均值。测试结果见表1。

三个样品测试得到的电位-时间曲线见图1，a为第一个样品，b为第二个样品，c为第三个样品。

对比例1用astm-g69-12标准测试

测试样品：厚度为1.50mm，退火态，3xxx系与4xxx系双层复合铝板，其3xxx系合金电位测量。

样品制备：使用切刀切取12×2mm样品，对于样品没有标记的一端依次使用320#、600#、1000#砂纸打磨光滑表面，随后将试样依次使用丙酮、无水乙醇清洗，自然晾干，用硅胶密封非工作面，留出工作面为10×10mm²及夹持端长约20mm，自然晾干。然后，依次使用丙酮、无水乙醇、去离子水清洗一遍，待测。

测试液配备：称取58.5gnacl固体于1l烧杯中加入500ml去离子水溶解，然后在移到1l的容量瓶中定容，之后向溶液中加入10mlh2o2，制备成测试液；

测试仪器：电位仪；三电极体系：饱和甘汞电极为参比电极，以样品为工作电极，以铂电极为辅助电极；

测定步骤：

(1)清洗干净各电极、转子以及一个250ml的专用测试烧杯；

(2)往烧杯中加人200ml测试液，以样品为工作电极，铂电极为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极，搭建好三电极测量体系；

(3)将待测体系温度维持在23℃，搅拌速度为100r/min；

(4)在以上所述的测定条件下，用he-104a型电位仪对待测样品进行电化学测试，测试时间为30min；

(5)根据测试结果，同批次样品重复测试三个样品，电位平均值按照astm-g69-12标准所述处理，测试结果见表1。

三个样品测试得到的电位-时间曲线见图1，d为第一个样品，e为第二个样品，f为第三个样品。

表1

由图1和表1的测试对比可知，本发明技术测试方法得出的a、b、c电位曲线能快速达到稳定，astm-g69-12方法中得出的e、d、f电位曲线开始阶段波动较大，需持续一段时间才得出稳定的电位。本发明的测试方法，能快速得到电位-时间稳定曲线，测试时间可以缩减的更短，且电位值与astm-g69-12标准所得值相当。

实施例2

测试样品：厚度为0.27mm，退火态，1xxx系、3xxx系与4xxx系四层复合铝板，其中间层1050铝合金电位测量。

样品制备：使用切刀切取12×2mm样品，对于样品没有标记的一端依次使用320#、600#、1000#砂纸打磨光滑表面，随后将试样依次使用丙酮、无水乙醇清洗，自然晾干，用硅胶密封非工作面，留出工作面为10×10mm²及夹持端长约20mm，自然晾干。然后，依次使用丙酮、无水乙醇、去离子水清洗一遍，待测。

测试液配备：称取50.00gnacl固体于1l烧杯中，加入500ml去离子水溶解，再用移液管或移液枪取1ml的醋酸于溶液中，然后再移到1l的容量瓶中定容，制备成待测液，其中，醋酸的浓度为0.0175mol/l，nacl的质量分数为5％；

测试仪器：上海辰华chi660e电化学工作站；三电极体系：饱和甘汞电极为参比电极，以样品为工作电极，以铂电极为辅助电极；

测定步骤：

(1)清洗干净各电极、转子以及一个250ml的专用测试烧杯；

(2)往烧杯中加人200ml测试液，以样品为工作电极，铂电极为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极，搭建好三电极测量体系；

(3)将待测体系温度维持在23℃，搅拌速度为100r/min；

(4)在以上所述的测定条件下，用上海辰华chi660e电化学工作站选取开路电位法对待测样品进行电化学开路电位测试，测试时间为10min；

(5)至少重复测量两个样品，取测得的每个数据的所有数值的平均值作为样品的开路电位值，最后两样品的平均值作为该样品的开路电位值，如果两样品电位值相差大于5mv，则应多加测试样，取平均值。测试结果见表2。

两次样品测试得到的电位-时间曲线见图2，g为第一个样品，h为第二个样品。

表2

由图2和表2可知，不同测试时间得到的测试结果相差较小，10min与5min的测试结果相近，误差较小，重现性好，能在更短时间内得到波动非常小的(小于0.5mv)电位-时间曲线，可以将测试时间从30min缩短为5min。

在本说明书的描述中，参考术语“一些实施方式”、“另一些实施方式”、“实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施方案以及实施例，可以理解的是，上述实施方案、实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施方案、实施例进行变化、修改、替换和变型。