本實(shí)用新型涉及腐蝕電化學(xué)檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于金屬焊縫腐蝕原位檢測(cè)的柔性陣列參比電極。

背景技術(shù)：

焊接是一種以加熱、高溫的方式接合金屬的制造工藝及技術(shù)，金屬在加工過程中普遍采用焊接成型。焊接必然導(dǎo)致焊縫和熱影響區(qū)的化學(xué)成分和組織形態(tài)發(fā)生改變，還可能出現(xiàn)各種缺陷和內(nèi)應(yīng)力作用，促進(jìn)發(fā)生各種形式的腐蝕，焊縫區(qū)往往成為金屬結(jié)構(gòu)件的薄弱部位。同時(shí)，金屬焊接加工會(huì)導(dǎo)致焊件形狀復(fù)雜多樣，焊接處大小不一，位置隱蔽，難以檢測(cè)和防護(hù)。金屬焊縫在服役環(huán)境中常誘發(fā)各種局部腐蝕，往往造成重大損失，甚至引發(fā)嚴(yán)重的突發(fā)事故。發(fā)展有效的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)檢測(cè)技術(shù)，對(duì)金屬焊接件進(jìn)行腐蝕檢測(cè)，評(píng)價(jià)焊縫區(qū)腐蝕的敏感位置及腐蝕傾向性，對(duì)于防止焊縫腐蝕、改善焊接工藝、提高焊接質(zhì)量，保證金屬焊接件的科學(xué)維護(hù)具有重大的實(shí)際意義。

傳統(tǒng)的陣列電極形態(tài)固定，不能適應(yīng)復(fù)雜焊件的表面形狀，制備工藝復(fù)雜，且其檢測(cè)焊縫腐蝕的方法主要對(duì)焊件不同區(qū)間采用機(jī)械切割取樣，通過對(duì)切割樣品的微觀組織分析和電化學(xué)分析等，測(cè)量焊接樣品的組織形貌和腐蝕電化學(xué)參數(shù)等，顯然，這種切割取樣必然造成金屬焊件造的破壞和損傷，監(jiān)測(cè)部位有限，測(cè)量耗時(shí)費(fèi)力，無法現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，特別是由于存在電化學(xué)極化的問題，切割的分立樣品與實(shí)際焊件塊體顯然不同，所以切割的小樣品腐蝕性能的測(cè)量不能代表焊件實(shí)際情況，可能存在很大誤差，不能在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)焊縫腐蝕進(jìn)行原位、無損及靈敏準(zhǔn)確的檢測(cè)和評(píng)價(jià)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于金屬焊縫腐蝕原位檢測(cè)的柔性陣列參比電極。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案：

柔性陣列參比電極，用于金屬焊縫腐蝕原位檢測(cè)，所述柔性陣列電極由柔性襯底、布置在柔性襯底表面的陣列電極及封裝在柔性襯底中并與所述陣列電極連接的引線組成，所述陣列電極由Ag/AgCl微電極陣列而成。

進(jìn)一步地，所述Ag/AgCl微電極先通過恒電流鍍銀法在電極芯表面鍍銀，再經(jīng)陽極氯化制備而成，所述電極芯通過柔性印刷電路板的方式印制在所述柔性襯底表面，所述電極芯的直徑為0.2-2mm，每個(gè)電極芯之間的間隔為0.5-4mm。

進(jìn)一步地，所述Ag/AgCl微電極在氯離子濃度0.001—0.1mol/L范圍內(nèi)有良好的線性響應(yīng)，其與理論直線的匹配度R²≥0.99，各微電極之間的電位平行性好，電位差值在5mv以內(nèi)。

進(jìn)一步地，所述引線由銅、鐵、錫、銀、金等金屬中的某一種制成，以柔性印刷電路板的方式印制在所述柔性襯底中，其厚度為1/3-2OZ，引線間距為0.075-2mm,引線接口處的引線間距為0.5-1mm，引線的接口處沿引線方向2-10mm區(qū)域使用柔性襯底材質(zhì)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)以方便插接連接器。

進(jìn)一步地，所述柔性襯底由聚酰亞胺(PI)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇脂(PEN)、聚對(duì)亞苯基對(duì)苯二甲酰胺(LCP)等中的某一種制成，其厚度為0.05-0.3mm。

本實(shí)用新型的另一目的在于提供一種采用柔性陣列電極進(jìn)行原位研究金屬焊縫腐蝕的方法，包括以下步驟：

S1、將待檢測(cè)金屬焊接件與銅導(dǎo)線連接，在所述待檢測(cè)金屬焊接件的焊縫表面與Ag/AgCl柔性陣列電極之間放置柔軟的強(qiáng)吸水性絕緣材料，所述Ag/AgCl柔性陣列電極的中間位置與焊縫對(duì)齊；

S2、在所述強(qiáng)吸水絕緣材料上添加NaCl溶液，NaCl溶液通過強(qiáng)吸水絕 緣材料緩慢擴(kuò)散至所述Ag/AgCl柔性陣列電極，在柔性陣列電極表面形成氯離子的濃度梯度；

S3、測(cè)量時(shí)，測(cè)試系統(tǒng)瞬間斷開開關(guān)，快速連續(xù)掃描測(cè)量每個(gè)Ag/AgCl微電極對(duì)應(yīng)的位點(diǎn)腐蝕電位值，然后通過測(cè)試系統(tǒng)中的模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化變成每個(gè)微電極對(duì)應(yīng)的腐蝕電位數(shù)據(jù)；

S4、將步驟S3獲得的數(shù)據(jù)通過三維軟件進(jìn)行處理，獲得所述待檢測(cè)金屬焊接件表面電位分布圖。

進(jìn)一步地，所述強(qiáng)吸水性絕緣材料為薄棉布、海綿、濾紙等材料的一種。

進(jìn)一步地，以Ag/AgCl柔性陣列電極為參比電極。

采用上述技術(shù)方案后，本實(shí)用新型與背景技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1、本實(shí)用新型的柔性陣列電極以高分子柔性薄膜為襯底，具有模量小，可彎曲變形的特點(diǎn)，可適應(yīng)各種不規(guī)則焊件金屬表面，同時(shí)具有優(yōu)良的耐高低溫性、耐腐蝕性，陣列電極的引線包封在PI/PET薄膜中，起到絕緣和保護(hù)的作用；

2、本實(shí)用新型采用的Ag/AgCl柔性陣列電極具有氯離子響應(yīng)良好，穩(wěn)定性好，反應(yīng)靈敏，精度高，熱穩(wěn)定性較好，攜帶方便等特點(diǎn)，并且可實(shí)現(xiàn)工業(yè)上大批量生產(chǎn)，成本低，精度高；

3、通過調(diào)整所述電極間陣列的距離及電極尺寸，可調(diào)整測(cè)量系統(tǒng)的分辨率；

4、通過陣列電極間的微電極相互耦合，可通過測(cè)量每個(gè)微電極上的耦合電位的分布情況，實(shí)現(xiàn)金屬焊縫的腐蝕敏感區(qū)和腐蝕趨勢(shì)的全面評(píng)價(jià)；

5、以柔性陣列電極本身作為參比電極，可快速獲取金屬表面腐蝕的實(shí)時(shí)信息，數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確、可靠。

附圖說明

圖1為柔性陣列電極示意圖；

圖2為陣列電極示意圖；

圖3為Ag/AgCl柔性陣列參比電極在0.001-0.1mol/L NaCl溶液中的線性響應(yīng)圖；

圖4為Ag/AgCl柔性陣列參比電極測(cè)試電位-時(shí)間圖；

圖5為柔性陣列電極使用示意圖；

圖6為柔性陣列電極的測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試流程框圖；

圖7為“︱”字對(duì)接焊接樣品示意圖；

圖8為“︱︱”字對(duì)接焊接樣品示意圖；

圖9為角接焊接樣品示意圖；

圖10為圖7對(duì)應(yīng)的焊樣在0.01mol/L NaCl溶液中浸泡5min的腐蝕電位分布圖腐蝕電位分布圖；

圖11為圖8對(duì)應(yīng)的焊樣在0.01mol/L NaCl溶液中浸泡5min的腐蝕電位分布圖腐蝕電位分布圖；

圖12為圖9對(duì)應(yīng)的焊樣在0.01mol/L NaCl溶液中浸泡5min的腐蝕電位分布圖腐蝕電位分布圖。

具體實(shí)施方式

為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。

實(shí)施例1

如圖1及圖2所示，一種用于金屬焊縫腐蝕原位檢測(cè)的柔性陣列電極1由柔性襯底11、布置在柔性襯底11表面的陣列電極12及封裝在柔性襯底11中并與所述陣列電極12連接的引線13組成，所述陣列電極12由Ag/AgCl微電極陣列而成。

所述柔性陣列電極的制備方法如下：

通過無膠柔性印刷電路板的方式在柔性襯底上印制電極芯及引線13，所述電極芯直徑為0.2-2mm,每個(gè)電極之間的間隔為0.5-4mm,引線13由銅、鐵、 錫、銀、金等金屬中的某一種制成，其厚度為1/3-2OZ,間距為0.075-2mm，整齊有序地包封在柔性襯底11中，引線13的末端形成引線接口14，引線接口處的引線間距為0.5-1mm,引線接口處沿引線方向2-10mm區(qū)域使用柔性襯底材質(zhì)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)以方便插接連接器。

其中，柔性襯底1的材質(zhì)采用聚酰亞胺(PI)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇脂(PEN)中的一種，其厚度為0.05-0.3mm，大小和形狀可自行設(shè)計(jì)。

采用電鍍的方法將印制好的柔性陣列電極依次用酒精、去離子水超聲清洗除油后浸入無氰鍍銀液中，鍍銀液的pH為9-10，以鉑片為陽極，以所述電極芯為陰極，以0.3-1A/dm²的電流進(jìn)行恒流鍍銀0.1-5h，在電極芯表面沉積純銀膜層。

隨后采用陽極氯化的方法，將鍍好純銀膜層的電極芯用去離子水沖洗干凈后浸入0.01-1mol/L的HCl溶液中，以電極芯為陽極，鉑片為陰極，以0.001-0.5mA/cm的電流進(jìn)行恒流陽極氯化1-24h，制備成Ag/AgCl柔性陣列參比電極。將制備好的柔性陣列電極取出后，用蒸餾水沖洗，充分老化處理，避光保存。

實(shí)施例2

依照實(shí)施例1所述的結(jié)構(gòu)與制備方法制備柔性陣列電極，其中，襯底材質(zhì)為聚酰亞胺，厚度為0.1mm，大小為2cm×6cm，襯底表面陣列有4×8個(gè)直徑為1mm的Ag/AgCl微電極，每個(gè)電極之間的間隔為2mm；引線的厚度為1/2OZ，引線接口處的引線間距為0.5mm，接口處6mm用PI進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。

在電鍍銀膜時(shí)，用氫氧化鉀將pH調(diào)至10，以0.5A/dm²的電流進(jìn)行恒流鍍銀2h；在陽極氯化時(shí)，HCl溶液的濃度為0.1mol/L，以0.1mA/cm的電流進(jìn)行恒流陽極氯化6h。

如圖3所示，制備而成的Ag/AgCl微電極在氯離子濃度0.001—0.1mol/L范圍內(nèi)有良好的線性響應(yīng)，可以看出，理論直線的斜率K＝-50mV，其與理論 直線的匹配度R²≥0.99，如圖4所示，各微電極之間的電位平行性好，電位差值在5mv以內(nèi)。

將制備獲得的柔性電極應(yīng)用于測(cè)試系統(tǒng)，對(duì)金屬焊縫腐蝕進(jìn)行測(cè)試，所述測(cè)試系統(tǒng)由隔離跟隨電路、多通道電子開關(guān)、模數(shù)轉(zhuǎn)換、I/O控制模塊、微處理器和計(jì)算機(jī)等組成，具體的測(cè)試方法包括以下步驟：

S1、將待檢測(cè)金屬焊接件與銅導(dǎo)線連接，在所述待檢測(cè)金屬焊接件的焊縫表面與Ag/AgCl陣列電極之間放置柔軟的強(qiáng)吸水性絕緣材料，所述Ag/AgCl陣列電極的中間位置與焊縫對(duì)齊；

S2、在所述強(qiáng)吸水絕緣材料上添加NaCl溶液，NaCl溶液通過強(qiáng)吸水絕緣材料緩慢擴(kuò)散至所述Ag/AgCl柔性陣列電極，在柔性陣列電極表面形成氯離子的濃度梯度；

S3、測(cè)量時(shí)，測(cè)試系統(tǒng)瞬間斷開開關(guān)，快速連續(xù)掃描測(cè)量每個(gè)Ag/AgCl微電極對(duì)應(yīng)的位點(diǎn)腐蝕電位值，然后通過測(cè)試系統(tǒng)中的模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化變成每個(gè)微電極對(duì)應(yīng)的腐蝕電位數(shù)據(jù)；

S4、將步驟S3獲得的數(shù)據(jù)通過三維軟件進(jìn)行處理，獲得所述待檢測(cè)金屬焊接件表面電位分布圖。

如圖5所示，1為柔性陣列電極，2為待檢測(cè)金屬焊接件，3為強(qiáng)吸水性絕緣材料，4為與待檢測(cè)金屬焊接件連接的銅導(dǎo)線，其中所述強(qiáng)吸水性絕緣材料為薄棉布、海綿、濾紙等材料的一種，本實(shí)施例選擇薄棉布。

如圖6所示的是應(yīng)用本實(shí)用新型柔性陣列電極的測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試流程框圖，其中，隔離跟隨電路用于提高儀器的輸入阻抗，隔離前后級(jí)，減小數(shù)字電路對(duì)前端的干擾；多通道電子開關(guān)用于進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)按照指令選擇采集通道；模數(shù)轉(zhuǎn)換器用于將連續(xù)的模擬信號(hào)通過取樣轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)字信號(hào)；I/O控制模塊用于控制多通道電子開關(guān)，給其發(fā)送指令；微處理器用于控制I/O控制模塊及模數(shù)轉(zhuǎn)換器，并將獲得的數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)中以生成電位分布圖。

利用上述方法檢測(cè)不同焊接形式的Q235碳鋼焊接樣品在0.01mol/L NaCl溶液中的腐蝕行為。如圖7所示的焊接形式為“︱”字對(duì)接，如圖8所示 的焊接形式為“︱︱”字對(duì)接，如圖9所示的焊接形式為角接。各圖中黑色粗線表示焊縫所在位置。圖10、圖11及圖12分別為圖7、圖8及圖9焊樣所對(duì)應(yīng)的腐蝕電位分布圖。通過Ag/AgCl柔性參比陣列電極測(cè)試焊樣表面的電位分布圖可以看出，浸入溶液后，樣品在黑線的位置立即出現(xiàn)非常明顯的電位低峰，剛好與樣品焊縫的位置相對(duì)應(yīng)，而焊縫區(qū)周邊的區(qū)域電位較高，這是因?yàn)榻?jīng)過焊接加工后，焊縫區(qū)碳鋼金相和組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，導(dǎo)致該區(qū)域成為腐蝕活性點(diǎn)，優(yōu)先發(fā)生腐蝕，而周邊的母材區(qū)為局部腐蝕的陰極區(qū)域，處于鈍化保護(hù)狀態(tài)。通過本實(shí)用新型所述的Ag/AgCl柔性陣列參比電極可對(duì)氯離子環(huán)境中金屬焊縫腐蝕的敏感區(qū)和腐蝕趨勢(shì)進(jìn)行檢測(cè)和評(píng)價(jià)，為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)金屬焊縫腐蝕的快速檢測(cè)和評(píng)價(jià)提供一種有力工具。

以上所述，僅為本實(shí)用新型目前較佳的具體實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。