本發(fā)明屬于金屬大氣氣溶膠腐蝕領(lǐng)域，具體涉及一種產(chǎn)生多分散小粒徑氣溶膠及其粒徑測量的方法。

背景技術(shù)：

大氣腐蝕是金屬材料與大氣環(huán)境中的多種因素相互作用而引起材料破壞失效的現(xiàn)象。大氣腐蝕是金屬腐蝕中普遍存在的一種，其所造成的損失占總的腐蝕損失一半以上。大氣氣溶膠作為大氣中的主要污染物，其引起的腐蝕也相當(dāng)?shù)貒?yán)重，近年來氣溶膠腐蝕也引起了研究者的重視。大氣氣溶膠腐蝕的研究首要問題就是在樣品表面上沉積所需粒徑的氣溶膠。

現(xiàn)有沉積氣溶膠的方法主要有打印法、鹽顆粒吸濕法和注射法。打印法是利用商用打印機(jī)的CD打印模式，將氣溶膠直接噴射到樣品表面，可以在樣品表面沉積不同粒徑的氣溶膠，通過調(diào)節(jié)打印機(jī)的灰度值調(diào)整樣品上沉積氣溶膠的密度。但是打印法最大的缺點(diǎn)就是對樣品的尺寸有很大的限制。鹽顆粒吸濕法是用直徑為微米級的Ni-Cr金屬線利用靜電吸引力把鹽顆粒直接放到樣品表面上，然后把樣品放到一定相對濕度的環(huán)境中使鹽顆粒吸濕形成氣溶膠液滴。這種方法的主要缺點(diǎn)是氣溶膠的成分和濃度變化范圍很窄。注射法是通過微升注射器將不同體積的液滴放置在樣品上，但是通過這種方法無法在樣品上獲得小粒徑的氣溶膠。

大氣氣溶膠腐蝕領(lǐng)域中樣品表面沉積的氣溶膠粒徑主要是通過測量樣品表面氣溶膠脫水后的鹽顆粒粒徑獲得的。在大氣氣溶膠腐蝕實(shí)驗中這種方法相對有點(diǎn)復(fù)雜。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有的氣溶膠沉積方法對樣品尺寸、氣溶膠的組成以及氣溶膠大小的限制，方便測量樣品表面沉積氣溶膠的粒徑，本發(fā)明提供了一種在樣品表面沉積多分散小粒徑氣溶膠以及粒徑測量的方法。利用本發(fā)明可以在任意形狀的樣品表面沉積任何成分組成的多分散小粒徑氣溶膠，并且在實(shí)驗中方便得到沉積氣溶膠的粒徑分布。同時本發(fā)明中的方法通過測量樣品腐蝕實(shí)驗之后表面腐蝕產(chǎn)物的大小可以快速得到表面沉積氣溶膠粒徑的分布，極大地方便了大氣腐蝕實(shí)驗研究。

本發(fā)明一種產(chǎn)生多分散小粒徑氣溶膠及其粒徑測量的方法，將溶液霧化并生成直徑為1-5μm的小粒徑氣溶膠，將氣溶膠沉積在樣品上，通過樣品在環(huán)境室一定時間后表面腐蝕產(chǎn)物的大小測量表面沉積的氣溶膠的粒徑；具體步驟如下：

(1)氣溶膠的產(chǎn)生：利用機(jī)械超頻震蕩的方法產(chǎn)生氣溶膠，首先把所需溶液加入到氣溶膠發(fā)生器的霧化池中，通過霧化片的高頻振動，將溶液拋離液面而產(chǎn)生水霧；然后通過風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的氣流把氣溶膠送出來；

(2)將樣品放入一個封閉有機(jī)玻璃箱的樣品臺上，向封閉的有機(jī)玻璃箱中通入步驟(1)產(chǎn)生的氣溶膠；通過調(diào)節(jié)霧量開關(guān)和時間改變樣品表面沉積氣溶膠的量；

(3)將步驟(2)中沉積有氣溶膠的樣品取出后放入干燥器中，樣品表面的氣溶膠液滴會發(fā)生脫水形成鹽顆粒；利用顯微鏡觀察樣品表面氣溶膠脫水后鹽顆粒大小，獲得鹽顆粒的顯微照片，使用IPP軟件統(tǒng)計出鹽顆粒的粒徑分布；利用鹽顆粒的粒徑分布和液滴蒸發(fā)后直徑減小系數(shù)可以得到氣溶膠液滴的分布；

(4)或者將步驟(2)中沉積有氣溶膠的樣品，取出來立即放到相對濕度高的環(huán)境中一段時間，樣品取出來后同樣利用顯微鏡得到表面腐蝕產(chǎn)物的顯微照片，利用IPP統(tǒng)計出腐蝕產(chǎn)物粒徑分布；通過對樣品表面腐蝕產(chǎn)物直徑的分布統(tǒng)計和利用氣溶膠脫水后得到的鹽顆粒粒徑分布相對比，確定氣溶膠粒徑分布。

所述樣品為易腐蝕的金屬樣品，且腐蝕形貌為點(diǎn)蝕。

所述樣品為Zn及其他金屬樣品。

所述霧化片的高頻振動頻率范圍為：1.7MHZ-2.4MHZ。

所述霧量大小和時間為：霧量大小范圍50-300ml/h、時間20-60s。

一種產(chǎn)生多分散小粒徑氣溶膠及其粒徑測量的方法，該方法應(yīng)用于大氣氣溶膠腐蝕研究。

上述方法中通過腐蝕產(chǎn)物大小與樣品表面干燥后的鹽顆粒大小的分布對比發(fā)現(xiàn)，可以直接通過樣品表面腐蝕產(chǎn)物的大小獲得所沉積氣溶膠粒徑的大小，這樣在腐蝕研究中可以快速方便確定沉積氣溶膠粒徑的分布。

本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)就在于可以在樣品表面沉積多分散小粒徑氣溶膠，而且本發(fā)明對樣品的大小沒有任何的限制。此外本發(fā)明是利用機(jī)械力的方法通過霧化片的高頻諧振，將溶液拋離液面而產(chǎn)生自然飄逸的水霧，因此可以在樣品表面沉積任何組成的氣溶膠液滴。在大氣氣溶膠領(lǐng)域可以通過腐蝕產(chǎn)物的大小快速方便獲得沉積氣溶膠的粒徑分布。

附圖說明

圖1為氣溶膠沉積示意圖；

圖2為樣品腐蝕裝置；

圖中：1、氣溶膠發(fā)生器，2、出風(fēng)口，3、霧化片，4、控制電路，5、霧量調(diào)節(jié)器，6、風(fēng)機(jī)，7、霧化池，8、出霧管，9、軟管，10、樣品臺，11、有機(jī)玻璃箱，12、通氣管(1)，13、通氣管(2)，14、去離子水瓶，15、混合瓶，16、環(huán)境室，17、溫濕度計，18、溫濕度探頭。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明所述氣溶膠發(fā)生器由氣溶膠發(fā)生器1，出風(fēng)口2，霧化片3，控制電路4，霧量調(diào)節(jié)器5，風(fēng)機(jī)6，霧化池7，出霧管8組成；

氣溶膠發(fā)生器1分為上下兩個殼體，上殼體的中間有一個圓柱形通道用作出霧管8縱貫整個上殼體，下殼體上表面有一個霧化池7，且霧化池7與出霧管8是相通的；霧化片3設(shè)置在霧化池7中，且與出霧管8相對；霧化池中還設(shè)有出風(fēng)口2，出風(fēng)口2背對著霧化片3；風(fēng)機(jī)6設(shè)置在下殼體內(nèi)部，下殼體表面的出風(fēng)口2與風(fēng)機(jī)6相連。控制器4也設(shè)置在下殼體內(nèi)部并與下殼體表面的霧化片3相連；霧量調(diào)節(jié)器5設(shè)置在下殼體側(cè)表面并且與下殼體內(nèi)部的控制器4相連。

氣溶膠發(fā)生器原理是利用控制電路，通過霧化片將電能轉(zhuǎn)化為高頻的機(jī)械振動，將霧化池里的水轉(zhuǎn)化成微米級的霧粒，然后用風(fēng)機(jī)把產(chǎn)生的霧送出去。通過調(diào)節(jié)霧量調(diào)節(jié)器改變電流，從而通過控制電路改變霧化片的震蕩幅度，實(shí)現(xiàn)霧量大小的控制。利用風(fēng)機(jī)把產(chǎn)生的霧通過通霧管送到放有樣品的封閉有機(jī)玻璃箱內(nèi)，利用霧粒的自然沉降在樣品表面沉積氣溶膠。

本發(fā)明所述的樣品腐蝕裝置中兩路空氣分別從不同的通氣管進(jìn)入，一路空氣從通氣管(2)13進(jìn)去，進(jìn)入到去離子水瓶14中潤濕，然后進(jìn)入混合瓶15中，另一路空氣直接從通氣管(1)12直接進(jìn)入到混合瓶15中，兩路空氣在混合瓶15中充分混合后進(jìn)入到環(huán)境室16中，將溫濕度計17的溫濕度探頭18放入環(huán)境室16中檢測實(shí)時濕度。

樣品腐蝕裝置的原理是通過控制兩路空氣的流量調(diào)節(jié)兩路空氣混合后的濕度，從而控制環(huán)境室的相對濕度；

本發(fā)明按照以下步驟進(jìn)行：

步驟一：首先將霧化池7用去離子水清洗干凈，然后將所需溶液加入到霧化池7中，采用機(jī)械震蕩法，利用霧化片的高頻諧振，將溶液拋離液面形成小粒徑的氣溶膠，然后通過風(fēng)機(jī)把氣溶膠送出去。

步驟二：樣品水砂紙將樣品表面逐步打磨至2000號，最后用Φ2.5的金剛石拋光膏拋光，然后用丙酮去油，酒精沖洗后吹干。將準(zhǔn)備好的樣品放入一個封閉的有機(jī)玻璃箱11內(nèi)并通入步驟一中所產(chǎn)生的氣溶膠，通入的氣溶膠會自然沉降在樣品表面。調(diào)節(jié)通入的氣溶膠的量和樣品的沉積時間可以改變表面的沉積量。

步驟三：將樣品取出后放入干燥器中，樣品表面的氣溶膠液滴會發(fā)生脫水，利用顯微鏡觀察樣品表面氣溶膠脫水后得到的鹽顆粒的顯微圖片，利用IPP軟件統(tǒng)計鹽顆粒的粒徑分布。利用鹽顆粒的粒徑分布和液滴蒸發(fā)后直徑減小系數(shù)可以得到氣溶膠液滴的分布。

步驟四：調(diào)節(jié)通氣管(1)12和通氣管(2)13的空氣流量，使得環(huán)境室16的相對濕度保持在90％左右，樣品表面沉積氣溶膠后，取出來立即放到樣品腐蝕裝置的環(huán)境室16中，一段時間后同樣利用顯微鏡得到表面腐蝕產(chǎn)物的顯微照片，利用IPP統(tǒng)計出腐蝕產(chǎn)物粒徑分布。通過對樣品表面腐蝕產(chǎn)物直徑的分布統(tǒng)計和利用氣溶膠脫水后鹽顆粒得到的粒徑分布相對比，確定氣溶膠粒徑分布。

上述方法中通過腐蝕產(chǎn)物大小與樣品表面干燥后的鹽顆粒大小的分布對比發(fā)現(xiàn)，可以直接通過樣品表面腐蝕產(chǎn)物的大小獲得所沉積氣溶膠粒徑的大小，這樣在腐蝕研究中可以快速方便確定沉積氣溶膠粒徑的分布。

樣品環(huán)境腐蝕室利用氣泵將空氣通入去離子水中濕潤，然后在瓶子里將干燥的空氣和濕潤的空氣混合，將混合后的空氣通入封閉的容器內(nèi)就可以得到一定的相對濕度，調(diào)節(jié)兩種空氣的流量就可以改變?nèi)萜鲀?nèi)的相對濕度。

本發(fā)明所述的樣品為易腐蝕的金屬，且腐蝕形貌為點(diǎn)蝕；如Zn及其他金屬。

本發(fā)明實(shí)施例中溶液霧化所述的溶液是NaCl溶液。

實(shí)施例1

實(shí)驗選取的樣品為10mm×10mm的純Zn試樣，樣品表面打磨至2000號砂紙，用Φ3.5金剛石拋光膏拋光，然后用丙酮去油，酒精清洗吹干。實(shí)驗中所使用的溶液是4mol/L的NaCl溶液，氣溶膠發(fā)生器的霧化片高頻震動的頻率為2.4MHZ，霧化量為100ml/h。

溶膠發(fā)生器的霧化池用去離子水清洗之后加入4mol/L的NaCl溶液，利用霧化片的高頻諧振將溶液拋離液面形成小粒徑的氣溶膠。把樣品放到封閉的有機(jī)玻璃箱的樣品臺上，調(diào)節(jié)霧化量至100ml/h，先讓霧化片工作一段時間后再把氣溶膠發(fā)生器產(chǎn)生的氣溶膠通入到有機(jī)玻璃箱內(nèi)，60s后取出樣品。取出的樣品放到干燥器中，一段時間后樣品表面氣溶膠脫水變成鹽顆粒，用顯微鏡觀察得到樣品表面的鹽顆粒顯微圖片，利用IPP軟件統(tǒng)計鹽顆粒98％以上在10μm以下，且83.97％的鹽顆粒分布在1-5μm。

鹽顆粒大小大約是脫水前氣溶膠粒徑的三分之一，因此可以得到樣品表面沉積的氣溶膠粒徑主要分布在5-15μm之間。通過對樣品表面的腐蝕產(chǎn)物的大小分布統(tǒng)計得到其大小主要分布在5-15μm之間。樣品上氣溶膠液滴在相對濕度90％的環(huán)境中也會吸收水分造成液滴的粒徑有一定的增長，但是增長系數(shù)接近于1左右，因此根據(jù)樣品表面腐蝕產(chǎn)物的大小得到的沉積到表面氣溶膠的粒徑也主要分布在5-15μm之間。兩種方法得到的氣溶膠液滴的粒徑分布范圍結(jié)果符合的很好，因此我們可以直接用樣品腐蝕后的產(chǎn)物大小得到沉積的氣溶膠液大小，這樣極大地方便的在大氣氣溶膠腐蝕試驗中沉積的氣溶膠粒徑的測量。

實(shí)施例2

實(shí)驗選取的樣品為10mm×10mm的純Zn試樣，樣品表面打磨至2000號砂紙，用Φ3.5金剛石拋光膏拋光，然后用丙酮去油，酒精清洗吹干。實(shí)驗中所使用的溶液是1mol/L的NaCl溶液，氣溶膠發(fā)生器的霧化片高頻震動的頻率為1.7MHZ，霧化量為300ml/h。

氣溶膠發(fā)生器的霧化池首先用去離子水清洗之后加入1mol/L的NaCl溶液，利用霧化片的高頻諧振將溶液拋離液面形成小粒徑的氣溶膠。把樣品放到封閉的有機(jī)玻璃箱的樣品臺上，調(diào)節(jié)至最大檔位300ml/h，先讓霧化片工作一段時間后再把氣溶膠發(fā)生器產(chǎn)生的氣溶膠通入到有機(jī)玻璃箱內(nèi)，40s后取出樣品。取出的樣品放到干燥器中，一段時間后樣品表面氣溶膠脫水變成鹽顆粒，用顯微鏡觀察得到樣品表面的鹽顆粒顯微圖片，利用IPP軟件統(tǒng)計鹽顆粒99.17％分布在10μm以下，且83.97％的鹽顆粒分布在1-5μm。

鹽顆粒大小大約是脫水前氣溶膠粒徑的三分之一，因此可以得到樣品表面沉積的氣溶膠粒徑主要分布在5-15μm之間。通過對樣品表面的腐蝕產(chǎn)物的大小分布統(tǒng)計得到其大小主要分布在5-15μm之間。樣品上氣溶膠液滴在相對濕度90％的環(huán)境中也會吸收水分造成液滴的粒徑有一定的增長，但是增長系數(shù)接近于1左右，因此根據(jù)樣品表面腐蝕產(chǎn)物的大小得到的沉積到表面氣溶膠的粒徑也主要分布在5-15μm之間。兩種方法得到的氣溶膠液滴的粒徑分布范圍結(jié)果符合的很好，因此我們可以直接用樣品腐蝕后的產(chǎn)物大小得到沉積的氣溶膠液大小，這樣極大地方便的在大氣氣溶膠腐蝕試驗中沉積的氣溶膠粒徑的測量。

實(shí)施例3

實(shí)驗選取的樣品為10mm×10mm的純Zn試樣，樣品表面打磨至2000號砂紙，用Φ3.5金剛石拋光膏拋光，然后用丙酮去油，酒精清洗吹干。實(shí)驗中所使用的溶液是0.6mol/L的NaCl溶液，氣溶膠發(fā)生器的霧化片高頻震動的頻率為1.7MHZ，霧化量為300ml/h。

氣溶膠發(fā)生器的霧化池用去離子水清洗之后加入0.6mol/L的NaCl溶液，利用霧化片的高頻諧振將溶液拋離液面形成小粒徑的氣溶膠。把樣品放到封閉的有機(jī)玻璃箱的樣品臺上，先讓霧化片工作一段時間后再把氣溶膠發(fā)生器產(chǎn)生的氣溶膠通入到有機(jī)玻璃箱內(nèi)，20s后取出樣品。取出的樣品一部分放到干燥器中，一段時間后樣品表面氣溶膠脫水變成鹽顆粒，用顯微鏡觀察得到樣品表面的鹽顆粒顯微圖片，利用IPP軟件統(tǒng)計出粒徑分布；另一部分樣品取出來之后直接放到相對濕度90％的環(huán)境室中，6h后取出樣品，同樣用顯微鏡得到腐蝕產(chǎn)物的微觀照片，利用IPP軟件統(tǒng)計出腐蝕產(chǎn)物的大小分布。經(jīng)統(tǒng)計得到Zn表面氣溶膠脫水后的鹽顆粒大小99.68％分布在10μm以下，且89.79％的鹽顆粒粒徑集中在1-5μm之間。

鹽顆粒大小大約是脫水前氣溶膠粒徑的三分之一，因此可以得到樣品表面沉積的氣溶膠粒徑主要分布在5-15μm之間。通過對樣品表面的腐蝕產(chǎn)物的大小分布統(tǒng)計得到其大小主要分布在5-15μm之間。樣品上氣溶膠液滴在相對濕度90％的環(huán)境中也會吸收水分造成液滴的粒徑有一定的增長，但是增長系數(shù)接近于1左右，因此根據(jù)樣品表面腐蝕產(chǎn)物的大小得到的沉積到表面氣溶膠的粒徑也主要分布在5-15μm之間。兩種方法得到的氣溶膠液滴的粒徑分布范圍結(jié)果符合的很好，因此我們可以直接用樣品腐蝕后的產(chǎn)物大小得到沉積的氣溶膠液大小，這樣極大地方便的在大氣氣溶膠腐蝕試驗中沉積的氣溶膠粒徑的測量。