УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИМИ ПОТЕНЦИАЛАМИ ДЛЯ КОНТРОЛЯ АДГЕЗИИ ПОКРЫТИЯ МЕТОДОМ КАТОДНОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ
DEVICE TO CONTROL ELECTROCHEMICAL POTENTIALS TO MONITOR ADHESION OF COATING BY CATHODE POLARISATION METHOD

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для управления электрохимическими потенциалами при проведении испытаний для определения адгезионных свойств различных типов покрытий стальных объектов и сооружений методом катодной поляризации.
В настоящее время в России и за рубежом при определении показателей качества покрытия широко применяется стандартизированный способ определения сопротивления снижения адгезии полимерных покрытий методом катодной поляризации, заключающийся в определении площади или радиуса отслаивания покрытия от подложки вокруг искусственно созданного дефекта. Испытания образцов проводят по известной методике, задают требуемые условия катодной поляризации, время испытаний, затем определяют площадь отслаивания или радиус отслаивания покрытия от подложки. При проведении испытаний по определению площади отслаивания покрытия при катодной поляризации важно установить и поддерживать постоянное значение электрохимического потенциала, в противном случае это приведет к непостоянным условиям испытаний и негативно скажется на точности результатов. В течение всего периода испытаний электрохимический потенциал может смещаться в сторону меньших или больших значений, поэтому необходимо осуществлять периодический контроль установленных значений потенциала и при необходимости проводить их корректировку.
При параллельном подключении двух и более электрохимических ячеек напрямую к одному источнику постоянного тока установить одинаковое требуемое значение электрохимического потенциала невозможно. Поэтому возникла необходимость в создании устройства, которое позволит при использовании одного источника постоянного тока установить требуемое значение электрохимического потенциала на каждой электрохимической ячейке в широком диапазоне.
Для контроля адгезии покрытий применяют катодный тестер производства компании «Coesfeld GmbH & Со.KG» (http://www.lec-instruments.ru/coesfeld/coes-cath-disbonci.htm). В комплект прибора входят электрохимические ячейки, многоканальный потенциостат с аналоговым выходом напряжения и тока на каждую ячейку, инертные электроды и стандартные электроды сравнения, вольтметр с переключателем каналов. Недостатком прибора является подключение каждой электрохимической ячейки к отдельному источнику тока, что приводит к существенному увеличению стоимости оборудования. Кроме того, индикация установленного электрохимического потенциала и катодного тока производится по одному вольтметру с переключателем каналов, что увеличивает время при установке и корректировке электрохимических потенциалов, а также не позволяет осуществлять оперативный контроль (беглый осмотр) и своевременную корректировку показателей, что может увеличить погрешность при проведении испытаний.
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является устройство для проведения испытаний по определению площади отслаивания покрытия при катодной поляризации, схема которого приведена на рисунке B.4 Приложения В ГОСТ Ρ 51164-98 «Трубопроводы стальные магистральные. Общие требования к защите от коррозии». Для проведения испытаний собирают электрическую схему, которая включает электрохимическую ячейку, подключенную к источнику постоянного тока, состоящую из исследуемого образца с покрытием, электрода сравнения и инертного электрода, размещенных в емкости из инертного материала с электролитом, измерительный блок, состоящий из двух вольтметров и эталонного сопротивления и реостат для управления значением электрохимического потенциала, подключенный к положительному полюсу источника постоянного тока. Образец подключен к отрицательному полюсу источника постоянного тока, электрод сравнения и вольтметр подключены последовательно к отрицательному полюсу источника постоянного тока, инертный электрод, эталонное сопротивление и реостат подключены последовательно к положительному полюсу источника постоянного тока, причем к эталонному сопротивлению подключен параллельно второй вольтметр. Управляя реостатом по показаниям вольтметра, подключенного к электроду сравнения, устанавливают требуемое значение электрохимического потенциала. В электрической схеме прототипа используют один реостат, что приводит к невозможности установки требуемого значения электрохимического потенциала в широком диапазоне с высокой точностью. Кроме того, в соответствии с электрической схемой, приведенной на рисунке B.4 Приложения В ГОСТ Ρ 51164-98, предусмотрено испытание только одного образца, а в соответствии с требованиями раздела B.6 Приложения В указанного стандарта необходимо испытать не менее трех образцов, при этом длительность испытаний по определению площади отслаивания защитного покрытия при катодной поляризации может достигать 30 суток (раздел B.5 Приложения В ГОСТ Ρ 51164-98). При последовательном проведении экспериментов увеличивается общее время испытания, а непостоянные внешние условия вносят дополнительную погрешность в точность измерения при определении площади отслаивания покрытия при катодной поляризации.
Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении точности измерения и установки электрохимического потенциала, обеспечении регулировки электрохимического потенциала в каждой электрохимической ячейке и повышении производительности при проведении испытаний по определению площади отслаивания покрытия при катодной поляризации.
Поставленная задача решается за счет того, что в устройстве управления электрохимическими потенциалами для контроля адгезии покрытия методом катодной поляризации, включающем электрохимическую ячейку, подключенную к источнику постоянного тока, состоящую из исследуемого образца с покрытием, электрода сравнения и инертного электрода, размещенных в емкости из инертного материала с электролитом, измерительный блок, состоящий из двух вольтметров и эталонного сопротивления, и блок управления потенциалами, включающий реостат, подключенный к положительному полюсу источника постоянного тока, согласно изобретению устройство содержит по меньшей мере две электрохимические ячейки и по меньшей мере две группы элементов, каждая из которых включает измерительный блок и блок управления потенциалами, подключенные параллельно к одному источнику постоянного тока, при этом измерительный блок снабжен подключенными параллельно двумя стабилизированными преобразователями переменного тока в постоянный, блок управления потенциалами дополнительно содержит по меньшей мере один реостат, причем реостаты имеют различные максимальные сопротивления и подключены последовательно. Кроме того, измерительные блоки и блоки управления потенциалами размещены в корпусе, устройство снабжено экранирующим контуром, а элементы каждой электрохимической ячейки подключены к источнику постоянного тока с помощью одного многоконтактного разъема.
При проведении испытаний для контроля адгезии покрытия методом катодной поляризации необходимо стремиться обеспечить постоянное значение установленного электрохимического потенциала с минимально возможным отклонением. Выполнение этого условия позволит повысить точность определения площади отслаивания покрытия при катодной поляризации.
Устройство управления электрохимическими потенциалами содержит по меньшей мере две электрохимические ячейки, в каждой из которых можно одновременно проводить испытания образцов с покрытием, что позволяет повысить производительность при проведении испытаний.
Устройство содержит по меньшей мере две группы элементов, обеспечивающих работу электрохимических ячеек, каждая из которых включает измерительный блок и блок управления потенциалами, подключенные параллельно к одному источнику постоянного тока, что обеспечивает возможность независимой регулировки значений электрохимического потенциала в каждой электрохимической ячейке и повышение производительности при проведении испытаний.
Каждый измерительный блок снабжен подключенными параллельно двумя стабилизированными преобразователями переменного тока в постоянный для питания вольтметров и снижения погрешности измерений значения электрохимического потенциала при проведении испытаний.
Каждый блок управления потенциалами дополнительно содержит по меньшей мере один реостат, причем реостаты имеют различные максимальные сопротивления, подключены последовательно для обеспечения точной регулировки значения электрохимического потенциала, увеличения диапазона устанавливаемых значений потенциала и повышения точности при проведении испытаний по определению площади отслаивания покрытия при катодной поляризации.
Размещение измерительных блоков и блоков управления потенциалами в корпусе обеспечивает высокую надежность оборудования и безопасную работу оператора, что повышает производительность при проведении испытаний.
Экранирующий контур обеспечивает стабильную работу всех составляющих устройства и способствует повышению точности измерения. Элементы каждой электрохимической ячейки подключены к источнику постоянного тока с помощью одного многоконтактного разъема, при этом в каждой ячейке одновременно происходит подключение инертного электрода, стандартного электрода сравнения, испытуемого образца, а также при необходимости экранирующего контура. Такое исполнение позволяет значительно сократить время подключения-отключения электрохимической ячейки от источника тока и исключает возможность ошибочной коммутации отдельных элементов электрохимической ячейки, что повышает надежность и срок службы устройства при проведении испытаний.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведена схема электрохимической ячейки, на фиг. 2 - электрическая схема устройства управления электрохимическими потенциалами.
Электрохимическая ячейка содержит емкость 1 из инертного материала с электролитом 2, исследуемый образец 3 с покрытием, электрод сравнения 4, инертный электрод 5 и многоконтактный разъем 6. Электрическая схема устройства управления электрохимическими потенциалами включает: по меньшей мере два измерительных блока, каждый из которых состоит из двух вольтметров 7 и 8, эталонного сопротивления 9 и стабилизированного преобразователя переменного тока в постоянный 10, подключенного с помощью разъема 11; по меньшей мере два блока управления потенциалами, каждый из которых включает по меньшей мере два реостата 12 и 13, имеющих различные максимальные сопротивления и подключенных последовательно к положительному полюсу источника постоянного тока, и многоконтактный разъем 6. Каждая группа элементов, включающая измерительный блок и блок управления потенциалами, подключена параллельно к одному источнику постоянного тока с помощью разъема 14. Измерительные блоки и блоки управления потенциалами могут быть размещены в корпусе 15, а устройство может быть снабжено экранирующим контуром 16.
Для проведения испытаний по определению площади отслаивания покрытия при катодной поляризации собирают электрическую схему, приведенную на фиг. 2, при помощи которой к источнику постоянного тока подключают по меньшей мере две электрохимические ячейки, каждая из которых (фиг. 1) содержит емкость 1 из инертного материала с электролитом 2, исследуемый образец 3 с покрытием, электрод сравнения 4 и инертный электрод 5. Элементы каждой электрохимической ячейки подключены к источнику постоянного тока, в частности, с помощью одного многоконтактного разъема 6.
Устройство управления электрохимическими потенциалами подключают к однофазной сети переменного тока напряжением 220 вольт и к источнику постоянного тока, который также подключают к однофазной сети переменного тока напряжением 220 В. При нажатии на кнопку включения напряжение подается на параллельно подключенные стабилизированные преобразователи переменного тока в постоянный 10, от которых питание поступает на вольтметры 7 и 8. В каждом измерительном блоке на вольтметре 8 отображается значение (00,000±0,001), на вольтметре 7 - (000,00±0,01). Далее включают источник постоянного тока и при необходимости регулируют его выходное напряжение. Каждую электрохимическую ячейку подключают к источнику постоянного тока с помощью многоконтактного разъема 6. При подключении ячеек в каждом измерительном блоке на вольтметре 7 отображается значение катодного тока, а на вольтметре 8 - значение электрохимического потенциала.
Необходимое значение электрохимического потенциала устанавливают по показаниям вольтметров 8, регулируя их реостатами 12 и 13, и поддерживают в течение всего испытания. Так как на вольтметрах происходит одновременная индикация электрохимического потенциала и катодного тока, упрощается контроль и корректировка установленного значения электрохимического потенциала. По окончании испытаний отключают электрохимические ячейки от источника постоянного тока и выключают устройство.
Устройство управления электрохимическими потенциалами было опробовано при проведении испытаний для контроля адгезии покрытия методом катодной поляризации. В качестве испытуемых образцов использовали стальные пластины размером 100×100×5 мм, из которых три пластины были выполнены с полиуретановым покрытием, три - с эпоксидным. В центре каждого образца в покрытии было выполнено цилиндрическое отверстие согласно разделу B.3 Приложения В ГОСТ Р 51164-98. В соответствии с фиг. 1 были собраны, в частности, 6 электрохимических ячеек, каждая из которых с помощью многоконтактного разъема была подключена к источнику постоянного тока. Устройство было подключено к однофазной сети переменного тока напряжением 220 В и к источнику постоянного тока (был использован лабораторный блок питания «MEILI MCH-303B»), который был также подключен к однофазной сети переменного тока напряжением 220 В.
После включения источника постоянного тока на нем установили выходное напряжение 4,1 В, затем включили устройство, на вольтметрах которого появились значения электрохимических потенциалов и катодных токов. Значения электрохимических потенциалов и катодных токов в начальный момент проведения испытаний представлены в таблице 1.
Регулируя реостаты 12 и 13, были установлены требуемые значения электрохимических потенциалов в каждой электрохимической ячейке (в соответствии с пунктом B.4.2 раздела B.4 Приложения В ГОСТ Р 51164-98 необходимо установить значение электрохимического потенциала минус (1,500±0,05) В), которые представлены в таблице 2.
В течение всего периода испытаний (30 суток) контролировали установленные значения электрохимических потенциалов и при необходимости проводили корректировку реостатами 12 и 13. По ГОСТ Р 51164-98 точность установки значения электрохимического потенциала должна быть не более 0,05 В. При апробации устройства точность установки электрохимических потенциалов не превышала 0,005 В, что на порядок ниже требований указанного стандарта и обеспечивает повышение точности эксперимента и сходимости результатов. По окончании испытаний источник постоянного тока и устройство отключили и демонтировали электрохимические ячейки. Площадь отслаивания покрытия при катодной поляризации от поверхности стальной пластины вокруг искусственно созданного дефекта определяли в соответствии с разделами B.5 и B.6 Приложения В ГОСТ Р 51164-98. Результаты определения площади отслаивания покрытия при катодной поляризации представлены в таблице 3.
Результаты испытаний показали, что на образцах с однотипным покрытием значения площади отслаивания отличаются незначительно, что обеспечено точной установкой и поддержанием постоянного значения электрохимического потенциала с использованием предлагаемого устройства.
Использование устройства управления электрохимическими потенциалами для контроля адгезии покрытия методом катодной поляризации позволяет повысить точность при измерении и установке электрохимических потенциалов, обеспечить регулировку потенциалов в каждой электрохимической ячейке, повысить производительность за счет одновременного проведения испытаний нескольких образцов, получить достоверные значения площади отслаивания покрытия при катодной поляризации, обеспечить эргономичность рабочего места и снизить затраты на оборудование.