一种大气腐蚀性监测用电化学传感器及其使用方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电化学传感器技术领域，特别是涉及到一种大气腐蚀性监测用电化学传感器及其使用方法。
【背景技术】
[0002]金属材料在大气环境中的腐蚀，金属材料表面涂覆有机涂层在大气中的老化以及涂层下金属腐蚀都是材料失效过程的重要表现形式。为预测和评估材料在某一环境的腐蚀发展，对环境腐蚀等级进行分级分类是对材料服役寿命进行预测的有效途径之一。传统开展大气腐蚀性评估的主要方法有标准金属材料(碳钢、铜、铝、锌)的腐蚀失重法、影响腐蚀的主要环境因素评估方法(GB/T 19292.1-2003)，不仅数据获取时间长，而且数据获得比较困难，因此，开展实时大气腐蚀性监测与评估，对了解大气腐蚀性及材料的腐蚀程度具有重要意义。
[0003]金属材料的腐蚀破坏本质上是一种自发的电化学过程，通过监测材料腐蚀产生的微电流，可以有效了解腐蚀过程信息。本发明采用金属材料作为电极形成电偶对来制作双电极传感器，通过监测电偶对双电极间流过的电偶电流来评估大气腐蚀性。
[0004]目前常用的大气腐蚀电化学监测方法是开尔文探针(Kelvin)、电阻探针技术、磁阻探针技术等，开尔文探针(Kelvin)是通过监测惰性金属(金、铂等)探针振动，而产生的交变感应电流变化来测量金属表面电位的变化，目前还只是用在实验室条件下的大气腐蚀性评估；在采用电阻探针和磁阻探针检测大气腐蚀性方面国内外均开展了大量的研究工作，但它们应用于变化缓慢的大气腐蚀监测其灵敏度受到限制。
【发明内容】
[0005]针对上述问题，本发明提出一种新的监测大气腐蚀性的电化学传感器及其使用方法，可以实时灵敏快速反应出户外大气环境及腐蚀测试箱体气氛环境的电化学腐蚀行为；尤其对于长期持续的现场监测，能够有效的产生电化学信号，且制备材料易于获取、制备简单、成本低廉。
[0006]为实现上述目的，本发明采取以下技术方案:
[0007]—种监测大气环境腐蚀性的电化学传感器，采用双电极体系，当大气环境中污染物因素、气象因素、金属表面沉积盐类等共同作用，在传感器表面形成薄层液膜、凝露、雨水及雪等，使得在电偶序中电位较低的金属电极因电偶腐蚀而产生腐蚀电流，该腐蚀电流可以被电偶电流测量仪、零阻电流表或高灵敏度电流测量仪等仪监测到。
[0008]—种大气腐蚀性监测用电化学传感器，其特征在于:它包括多个第一金属电极、第二金属电极，有机绝缘层、导线和环氧树脂绝缘基体；所述有机绝缘层设置在第一金属电极外层；第一金属电极和第二金属电极按照一排第一金属电极与一排第二金属电极隔层交错紧密排列，采用环氧树脂封装，同种金属电极在电化学传感器的背面用导线焊接连接并引出连接端。其中第一金属电极为铜丝，有机绝缘层即为铜漆包线外层的有机绝缘层。其中第二金属电极为锌丝、铁丝、铝丝中的任意一种。其中两种金属电极的直径相等或者相近。其中两种金属电极之间的距离为铜漆包线表面有机绝缘层的厚度。其中两种金属电极之间在干燥状态下保持开路。所述传感器的两个连接端连接屏蔽线缆并引至电流测量仪。
[0009]所述的一种大气腐蚀性监测用电化学传感器的制造方法，步骤如下:将包裹有有机绝缘层的第一金属电极和第二金属电极按照一层第一金属电极一层第二金属电极的方式隔层交错排列，为保证两种金属电极之间紧密排列，可以采用模具将排列后的传感器压紧，并采用环氧树脂封装，待环氧树脂实干后，将电化学传感器背面的同种金属电极用导线焊接连接起来，并引出连接端，传感器另一面即为研究面，将研究面采用水磨砂纸依次打磨，并用金相抛光布抛光，去离子水清洗，酒精擦洗，冷风吹干。
[0010]所述的一种大气腐蚀性监测用电化学传感器的使用方法，步骤如下:
[0011]A.功能确认:在室温条件，湿度小于等于50% RH时，测量两个电极间的开路电阻，该电阻值应大于100M Ω ;将所述传感器浸泡于含有10mg/L的NaCl和1%乙醇的溶液中lh，传感器能产生明显的电位差和电偶腐蚀行为；功能确认后，用蒸馏水将传感器冲洗，并干燥；
[0012]B.预处理:在新制备的传感器表面滴上数滴含有I %酒精湿润剂或者0.1%异辛基苯酚聚氧乙烯醚润湿剂的溶度为10mg/L的NaCl溶液，并使其在传感器表面扩散开；然后将传感器曝露于多95% RH环境中一个星期；然后将传感器储存于干燥器中，直到使用。
[0013]C.使用方法:将传感器安装于户外大气环境中，其研究面向上朝正南方向放置，与水平方向呈30?60°角，离地面距离0.5?2m ;传感器安放处周围1m内无明显遮挡物，保证安装位置可以直接降落雨水并且无其他结构造成表面积水；将传感器两个输入端连接屏蔽线缆并引至电流测量仪，接通电流测量设备的电源，并按照电流测量设备说明书开始电流监测。
[0014]本发明具有以下优点:
[0015](I)本发明的传感器制备材料易于获取，成本低，应用前景广阔；
[0016](2)本发明的传感器，其电极间绝缘层的厚度控制依赖于铜漆包线的制备工艺，与其他电化学传感器所采用的薄膜夹层相比，具有更高的精度；
[0017](3)本发明的传感器可以根据所使用的大气环境条件不同，选择不同的绝缘层厚度，使得传感器具有合适使用寿命，扩展电化学传感器的应用范围，使其在自然大气环境、工况大气环境和加速大气腐蚀试验箱中都可以应用。
[0018]附图
[0019]图1是采用本发明组装结构示意图；
[0020]图2是采用铜漆包线-锌丝金属电极制备的电化学传感器结构示意图；
[0021 ] 图3是采用铜漆包线-锌丝金属电极制备的电化学传感器得到的24小时电流-时间曲线。
【具体实施方式】
[0022]为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合实施例详细描述本发明提供的技术方案。
[0023]—种大气腐蚀性监测用电化学传感器，其特征在于:它包括多个第一金属电极、第二金属电极，有机绝缘层、导线和环氧树脂绝缘基体；所述有机绝缘层设置在第一金属电极外层；第一金属电极和第二金属电极按照一排第一金属电极与一排第二金属电极隔层交错紧密排列，采用环氧树脂封装，同种金属电极在电化学传感器的背面用导线焊接连接并引出连接端。其中第一金属电极为铜丝，有机绝缘层即为铜漆包线外层的有机绝缘层。其中第二金属电极为锌丝、铁丝、铝丝中的任意一种。其中两种金属电极的直径相等或者相近。其中两种金属电极之间的距离为铜漆包线表面有机绝缘层的厚度。其中两种金属电极之间在干燥状态下保持开路。所述传感器的两个连接端连接屏蔽线缆并引至电流测量仪。
[0024]所述的一种大气腐蚀性监测用电化学传感器的制造方法，步骤如下:将包裹有有机绝缘层的第一金属电极和第二金属电极按照一层第一金属电极一层第二金属电极的方式隔层交错排列，为保证两种金属电极之间紧密排列，可以采用模具将排列后的传感器压紧，并采用环氧树脂封装，待环氧树脂实干后，将电化学传感器背面的同种金属电极用导线焊接连接起来，并引出连接端，传感器另一面即为研究面，将研究面采用水磨砂纸依次打磨，并用金相抛光布抛光，去离子水清洗，酒精擦洗，冷风吹干。
[0025]所述的一种大气腐蚀性监测用电化学传感器的使用方法，步骤如下:
[0026]A.功能确认:在室温条件，湿度小于等于50% RH时，测量两个电极间的开路电阻，该电阻值应大于100M Ω ;将所述传感器浸泡于含有10mg/L的NaCl和1%乙醇的溶液中lh，传感器能产生明显的电位差和电偶腐蚀行为；功能确认后，用蒸馏水将传感器冲洗，并干燥；
[0027]B.预处理:在新制备的传感器表面滴上数滴含有I %酒精湿润剂或者0.1%异辛基苯酚聚氧乙烯醚润湿剂的溶度为10mg/L的NaCl溶液，并使其在传感器表面扩散开；然后将传感器曝露于多95% RH环境中一个星期；然后将传感器储存于干燥器中，直到使用。
[0028]C.使用方法:将传感器安装于户外大气环境中，其研究面向上朝正南方向放置，与水平方向呈30?60°角，离地面距离0.5?2m ;传感器安放处周围1m内无明显遮挡物，保证安装位置可以直接降落雨水并且无其他结构造成表面积水；将传感器两个输入端连接屏蔽线缆并引至电流测量仪，接通电流测量设备的电源，并按照电流测量设备说明书开始电流监测。
[0029]其中第一金属电极为铜漆包线，有机绝缘层即为铜漆包线外层的有机绝缘层。其直径选择按照所需绝缘层厚度来定；如在污染物含量较低、年均温湿度较低的环境下，可选择绝缘层厚度20?50微米的漆包线，当测试模拟加速试验箱中的气氛环境时，可选择绝缘层厚度为150?200微米的漆包线。其中第二金属电极为锌丝、铁丝或者铝丝中的一种，有机绝缘层即为铜漆包线外层的有机绝缘层，其直径与所选铜漆包线相同。所述电化学传感器工作电极为将第一金属电极和第二金属电极拉直，并截取成若干2cm长小段；所述电化学传感器工作电极为一定数量2cm长铜漆包线与一定数量2cm长其他金属丝构成，铜漆包线和异种金属段的数量按照所选直径而定。金属丝的截面金属表面为电极产生电流的工作面，每一个电极由若干个截面相并联构成，使每种工作电极的截面积超过3cm2。
[0030]在本发明的技术方案中，两种金属材料即为被研究的工作电极，用来产生对大气环境腐蚀性的响应。两种金属材料按照一层第一金属电极一层第二金属电极的方式隔层交