Устройство независимого управления электрохимическими потенциалами для контроля адгезии покрытия методом катодной поляризации

Полезная модель относится к контрольно-измерительной технике, и может быть использована для независимого управления электрохимическими потенциалами при проведении исследований 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, радиуса или длины отслаивания покрытия от подложки вокруг искусственно созданного дефекта. Испытания образцов проводят по известным методикам, задают требуемые условия катодной поляризации, время и температуру испытаний, затем определяют площадь, радиус или длину 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 электрохимического потенциала и при необходимости проводить их корректировку.
При использовании одного источника постоянного тока для подключения двух и более электрохимических ячеек необходимо многократно корректировать значения электрохимических потенциалов до установления баланса, так как изменение потенциала на одной электрохимической ячейке неизбежно приводит к изменению потенциалов на остальных электрохимических ячейках.
Поэтому возникла необходимость в создании устройства, которое позволит осуществлять независимую регулировку электрохимического потенциала на каждой электрохимической ячейке в широком диапазоне.
Для контроля адгезии покрытия методом катодной поляризации при использовании инертного анода применяют электрическую схему, приведенную на рисунке В.4 Приложения В ГОСТ Р 51164-98.
В состав электрической схемы входят: источник постоянного тока, вольтметры, резистор 1 Ом, реостат и электрохимическая ячейка, состоящая из испытуемого образца, полиэтиленовой трубы заполненной электролитом, инертного анода, и электрода сравнения. Недостатком устройства является использование одного реостата, что приводит к невозможности установки требуемого значения электрохимического потенциала в широком диапазоне с высокой точностью. Кроме того невозможно проведение одновременного испытания двух и более образцов, а в соответствии с требованиями раздела В6 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 В5 Приложения В ГОСТ Р 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.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является известное по патенту RU 2568964, устройство управления электрохимическими потенциалами для контроля адгезии покрытия методом катодной поляризации, включающее 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, содержащее 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. Измерительные блоки и блоки управления потенциалами размещены в корпусе и устройство снабжено экранирующим контуром. Элементы каждой электрохимической ячейки подключены к источнику постоянного тока с помощью одного многоконтактного разъема.
Недостатками известного устройства являются:
отсутствие независимой регулировки электрохимического потенциала в каждой электрохимической ячейке;
отсутствие возможности одновременного проведения испытаний с различными значениями потенциала;
низкая производительность при проведении испытаний по определению площади отслаивания покрытия при катодной поляризации;
сложность проведения калибровки, аттестации и поверки устройства;
сложность конструкции.
Техническим результатом заявленной полезной модели является: обеспечение независимой регулировки электрохимического потенциала в каждой электрохимической ячейке, возможность одновременного проведения испытаний с различными значениями потенциала, повышение производительности при проведении испытаний по определению площади отслаивания покрытия при катодной поляризации, упрощение проведения калибровки, аттестации и поверки устройства упрощение конструкции.
Технический результат достигается тем, что в устройстве независимого управления электрохимическими потенциалами для контроля адгезии покрытия методом катодной поляризации, включающем корпус, содержащий опоры в области расположения многоконтактых разъемов для подключения   электрохимических ячеек,  и группы элементов, каждая из которых включает измерительный блок и блок управления потенциалами, согласно полезной модели, каждый блок управления потенциалами дополнительно содержит стабилизированный преобразователь переменного тока в постоянный.
Измерительный блок дополнительно содержит два многоконтактных разъема для подключения эталонного вольтметра.
При проведении 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.
Наличие в каждом блоке управления стабилизированного преобразователя переменного тока в постоянный обеспечивает возможность независимой регулировки электрохимического потенциала в каждой электрохимической ячейке в широком диапазоне, поскольку позволяет отказаться от поиска и поддержания баланса напряжений при регулировке электрохимического потенциала, подключении и отключении электрохимических ячеек, а также позволяет одновременно проводить испытания при разных значениях электрохимического потенциала, что позволяет увеличить производительность при проведении испытаний. Наличие в каждом блоке управления стабилизированного преобразователя переменного тока в постоянный позволяет исключить использование внешнего источника постоянного тока, что позволяет упростить конструкцию, при этом разъем для подключения внешнего источника постоянного тока отсутствует.
Каждый измерительный блок дополнительно содержит два многоконтактных разъема для подключения эталонного вольтметра, что обеспечивает возможность упростить проведение калибровки, аттестации и поверки устройства, поскольку проведение калибровки с использованием эталонного вольтметра также позволяет установить более точное значение потенциала, при этом независимой регулировке повышается точность установки потенциала.
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведена схема электрохимической ячейки, на фиг. 2 - электрическая схема устройства независимого управления электрохимическими потенциалами.
Электрохимическая ячейка содержит емкость 3 из инертного материала с электролитом 4, исследуемый образец 5, электрод сравнения 1, инертный электрод 2 и многоконтактный разъем 6. Электрическая схема устройства независимого управления электрохимическими потенциалами включает: измерительные блоки, каждый из которых состоит из двух вольтметров 15 и 16, эталонного сопротивления 14, двух многоконтактных разъемов 19, 20 для подключения эталонного вольтметра, и двух стабилизированных преобразователей переменного тока в постоянный 11, подключенного к сети переменного тока с помощью разъема 7 через сетевой фильтр 22; блоки управления потенциалами, каждый из которых включает стабилизированный преобразователь переменного тока в постоянный 10, реостаты 12 и 13, имеющих различные максимальные сопротивления, подключенные последовательно к положительному полюсу стабилизированного преобразователя переменного тока в постоянный, и многоконтактный разъем 17. Каждая группа элементов, включающая измерительный блок и блок управления потенциалами, а также вентилятор 8, подключенный к стабилизированному преобразователю переменного тока в постоянный 9, подключены параллельно к сетевому фильтру переменного напряжения 22. Сетевой фильтр подключен к сети переменного тока через разъем 7. Сетевой фильтр переменного напряжения, стабилизированные преобразователи переменного тока в постоянный, вентиляторы, измерительные блоки и блоки управления устройства могут быть размещены в корпусе 17, при этом корпус может иметь вентиляционные отверстия и опоры в области расположения многоконтактных разъемов для подключения электрохимических ячеек и местах крепления съемной крышки, а устройство - снабжено экранирующим контуром 18.
Для проведения испытаний по определению площади отслаивания покрытия при катодной поляризации собирают электрическую схему, приведенную на фиг. 2, при помощи которой к однофазной сети переменного тока напряжением 220 вольт подключают, стабилизированные преобразователи переменного тока в постоянный, к которым подключают электрохимические ячейки, каждая из которых (фиг. 1) содержит емкость 3 из инертного материала с электролитом 4, исследуемый образец 5, электрод сравнения 1 и инертный электрод 2, многоконтактный, разъем 6. Элементы каждой электрохимической ячейки подключены к устройству, в частности, с помощью одного многоконтактного разъема 6.
Устройство независимого управления электрохимическими потенциалами подключают к однофазной сети переменного тока напряжением 220 В. При нажатии на кнопку включения напряжение подается на сетевой фильтр переменного напряжения 22, после чего напряжение подается на стабилизированный преобразователь переменного тока в постоянный 9, от которого питание поступает на вентилятор 8. При нажатии на кнопки питания электрохимических ячеек переменное напряжение подается на параллельно подключенные стабилизированные преобразователи переменного тока в постоянный 10, 11. Питание от стабилизированных преобразователей переменного тока в постоянный 11 поступает на вольтметры 15, 16. В каждом измерительном блоке на вольтметре 16 отображается значение (00,000±0,001), на вольтметре 15 - (000,00±0,01). Далее электрохимическую ячейку подключают к многоконтактному разъему 6, питание от стабилизированного преобразователя переменного тока в постоянный 10 поступает на электрохимическую ячейку, при этом в каждом измерительном блоке на вольтметре 15 отображается значение катодного тока, на вольтметре 16 значение электрохимического потенциала.
Необходимое значение электрохимических потенциалов устанавливают по показаниям вольтметров 16, регулируя их реостатами 12 и 13, и поддерживают в течение всего испытания, при этом подключение, отключение электрохимической ячейки и регулировка значения потенциала на одной электрохимической ячейки не приводит к изменению значения потенциала на других электрохимических ячейках. Так как на вольтметрах происходит одновременная индикация электрохимического потенциала и катодного тока, упрощается контроль и корректировка установленных значений электрохимического потенциала. По окончании испытаний отключают электрохимические ячейки от многоконтактного разъема 6 и выключают устройство.
Устройство независимого управления электрохимическими потенциалами было опробовано при проведении испытаний для контроля адгезии покрытия методом катодной поляризации в соответствии с ГОСТ Р 51164-98 и CAN/CSA Z245.20. В качестве испытуемых образцов использовали стальные пластины размером 100×100×6 мм, из которых три пластины были выполнены с полиуретановым и три с эпоксидным покрытием. В центре каждого образца в покрытии высверлили цилиндрическое отверстие, в трех согласно п. В.3 Приложения В ГОСТ Р 51164-98 и в трех согласно п. 12.8.3.2 CAN/CSA Z245.20. В соответствии с фиг. 1 и были собраны 6 электрохимических ячеек, каждая из которых с помощью многоконтактного разъема была подключена к устройству. Устройство было подключено к однофазной сети переменного тока напряжением 220 В, 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, 13 были установлены требуемые значения электрохимических потенциалов в каждой электрохимической ячейке (в соответствии с п. В.4.2 раздела В.4 Приложения В ГОСТ Р 51164-98 необходимо установить значение электрохимического потенциала минус (1,500±0,05) В а в соответствии с п. 12.8.3.2 (g)(ii) CAN/CSA Z245.20 необходимо установить значение электрохимического потенциала минус (3,500±0,15) В, которые представлены в таблице 2.
В течение всего периода испытаний (30 суток в соответствии с ГОСТ Р 51164-98 и 24 часа в соответствии с CAN/CSA Z245.20) контролировали установленные значения электрохимических потенциалов и при необходимости проводили корректировку реостатами 12 и 13. По ГОСТ Р 51164-98 точность установки значения электрохимического потенциала должно быть не более 0,05 В и не более 0,15 В в соответствии с CAN/CSA Z245.20. При апробации устройства точность установки электрохимических потенциалов не превышала 0,003 В по ГОСТ Р 51164-98 и не более 0,015 по CAN/CSA Z245.20. что на порядок ниже требований соответствующих стандартов, и обеспечивает повышение точности эксперимента и сходимости результатов.
По окончании испытаний отключили устройство и демонтировали электрохимические ячейки. Площадь и радиус отслаивания покрытия при катодной поляризации от поверхности стальной пластины вокруг искусственно созданного дефекта определяли в соответствии с разделами В.5 и В.6 Приложения В ГОСТ Р 51164-98 и п. 12.8.3.2 CAN/CSA Z245.20 соответственно.
Результаты определения площади и радиуса отслаивания покрытия при катодной поляризации представлены в таблице 3.
Результаты испытаний показали, что на образцах с однотипным покрытием и методом испытания значения площади и радиуса отслаивания отличаются незначительно, что обеспечено точной независимой установкой и поддержанием постоянного значения электрохимического потенциала с использованием предлагаемого устройства.
Устройство дополнительно содержит сетевой фильтр переменного напряжения, что позволяет снизить электромагнитные помехи и повысить точность измерения и установки электрохимического потенциала.
Устройство дополнительно содержит вентиляторы, подключенные через стабилизированный преобразователь переменного тока в постоянный, а корпус устройства дополнительно оснащен вентиляционными отверстиями, что позволяет отводить тепло из корпуса, возникающее при работе стабилизированных преобразователей переменного тока в постоянный и вольтметров, и обеспечить точность в измерении и установки электрохимического потенциала.
Корпус устройства дополнительно содержит опоры в области расположения многоконтактных разъемов для подключения электрохимических ячеек и местах крепления съемной крышки корпуса, что обеспечивает механическую прочность устройства при подключении электрохимических ячеек к многоконтактному разъему.