專利名稱：一種用于測量金屬罐體內(nèi)壁腐蝕的傳感器及監(jiān)測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種腐蝕檢測領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種基于電化學(xué)測量原理的金屬包裝實罐內(nèi)壁的腐蝕測量。
背景技術(shù)：
鍍錫薄鋼板由于其優(yōu)異的阻隔性能和機械性能等優(yōu)勢，被廣泛地應(yīng)用于食品包裝領(lǐng)域，例如三片飲料罐、食品罐頭及餅干類、茶類干品罐等。對于金屬包裝產(chǎn)品來講，其缺點主要是容易發(fā)生腐蝕，腐蝕引起內(nèi)容物變質(zhì)，并可能引發(fā)食品安全問題。食品罐的防腐蝕能力直接影響內(nèi)容物的品質(zhì)和保存期限，但內(nèi)容物種類繁多、存儲要求各異，給食品罐生產(chǎn)廠家提出了新的課題。隨著社會的發(fā)展和人們對綠色環(huán)保的要求，對金屬包裝產(chǎn)品的腐蝕與防護(hù)性能提出了更高的要求。了解掌握食品罐防腐蝕的基本知識，對印鐵制罐企業(yè)的生產(chǎn)有著現(xiàn)實的指導(dǎo)意義。內(nèi)裝物、加工條件和生產(chǎn)技術(shù)都對包裝容器的腐蝕行為有影響。但最主要的還是內(nèi)裝物的影響，其中包括硫化物、有機酸、氯離子、添加物等。對于某些新產(chǎn)品、 新配方，食品廠與空罐廠應(yīng)根據(jù)內(nèi)容物的特性選擇合適的空罐，必要時應(yīng)做盛裝試驗，以防止腐蝕的發(fā)生、確保食品的盛裝安全。在眾多的防腐涂料中，以環(huán)氧酚醛樹脂為主型的涂料具有附著力好、耐沖擊、耐焊錫熱以及抗硫抗酸性能優(yōu)良等特點，被廣泛作為一般飲料罐的防腐涂料。下面首先談?wù)劖h(huán)氧酚醛樹脂型涂料鐵平板試樣防腐蝕性能的幾個檢測方法。1.抗酸性檢驗裁切IOOmmX 25mm的涂料鐵試片若干，每片折疊成間距為0. 3mm的方塊，放入一定濃度的醋酸溶液中。當(dāng)涂膜干膜為10 12g/m2的涂料鐵時，測試液濃度為5%;干膜為6 8g/m2的涂料鐵時，測試液濃度為3%。密封后放入高壓容器內(nèi)，在IMPa的壓力下(溫度為 121°C)持續(xù)30分鐘，而后冷卻，取出試片，觀察涂膜面。若無變色、泛白、脫膜現(xiàn)象，即為抗酸性合格。反之，抗酸性能未通過，需要在工藝上加以調(diào)整。2.抗硫性檢驗裁切IOOmmX 25mm的試片若干，每片折疊成間距為0. 3mm的方塊，放入濃度為1 % 的硫化鈉溶液中，并用乳酸調(diào)節(jié)測試液的PH值為5. 5 6.0。密封后放入高壓容器內(nèi)。在 IMPa的壓力下(溫度為121°C )持續(xù)30分鐘，而后冷卻，取出試片。觀察涂膜面，若無明顯硫斑、無脫膜，即為抗硫性合格。反之，抗硫性能未通過，需要在工藝上加以調(diào)整。3.耐蝕能力測試裁切50mmX 50mm的試片若干，按下列操作進(jìn)行(1)配制腐蝕液檸檬酸50g、硝酸鈉137g、維生素C500g (均為分析純)，加蒸餾水至 IOOOml0(2)腐蝕在試片的背面(即馬口鐵光面)焊上導(dǎo)線，并用蜂蠟連裁切邊角一起封固(目的是在陽極腐蝕時，使電流只能從涂膜面通過)，而后將試片放入上述腐蝕液中。以4mmX IOmm的不銹鋼為陰極，試片為陽極，在15V直流電壓下對涂膜面進(jìn)行陽極腐蝕，1小時后取出，以受腐蝕情況評級。
0級——完全無腐蝕斑。1級——至多有10個最長為Imm的小斑和5個最長為2mm的斑痕。2級——至多有30個最長為Imm的小斑和10個最長為2mm的斑痕。3級——有數(shù)量不多但分布較廣的中小斑痕。4級——有分布較廣、較密的中小斑和1 3個直徑在4mm以上的大斑。3)使用要求涂膜干膜為10 12g/m2的涂料鐵時，耐蝕力應(yīng)不低于1級；涂膜干膜為6 8g/m2的涂料鐵時，耐蝕力應(yīng)不低于3級；否則視為不合格。4.抗銹蝕性測試將測試樣浸入5%的硫酸銅溶液中，30分鐘后取出。涂膜面無腐蝕點即為合格。5.其他測試除以上測試內(nèi)容外，在特殊的情況下還可以做透過率和孔隙率測試。主要目的是檢測防腐涂層的致密程度。其測試原理與耐蝕能力測試相似，但在實際生產(chǎn)中并不多用。在腐蝕檢測方面，電化學(xué)方法有著獨特的優(yōu)勢。待檢測和評價的金屬包裝產(chǎn)品是內(nèi)壁為環(huán)氧酚醛涂料的鍍錫薄鋼板罐，是一金屬/涂層體系。涂層下金屬腐蝕主要是電化學(xué)腐蝕，有機涂層在金屬的防護(hù)失效過程中，伴隨著一系列的電化學(xué)變化。通過檢測電化學(xué)信號變化，可以獲得金屬腐蝕與涂層防護(hù)性能變化的動態(tài)信息，實現(xiàn)涂層耐蝕性的定量與半定量評價。目前，國內(nèi)對金屬實罐耐蝕性能的評估方法僅限于對罐體的形變、表面形貌監(jiān)測，或者根據(jù)內(nèi)裝物的變化情況間接評價金屬罐體的腐蝕狀況，無法實現(xiàn)對金屬罐耐蝕性在服役狀態(tài)下的定量評價。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能測量金屬包裝實罐內(nèi)壁腐蝕的探測傳感器及在線監(jiān)測方法。該傳感器制作過程簡單，反應(yīng)靈敏，便于攜帶，操作時簡單；監(jiān)測方法簡便，數(shù)據(jù)可分辨性高，能夠在服役的環(huán)境下迅速判斷出金屬罐內(nèi)壁涂裝破損情況、破損類型、腐蝕程度，并適用于各種尺寸金屬罐內(nèi)壁涂裝腐蝕程度進(jìn)行快速檢測和評價。本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案予以實現(xiàn)一種用于測量金屬罐體內(nèi)壁腐蝕的傳感器，具有如下結(jié)構(gòu)固定裝置，其中設(shè)置有磁鐵，以便于固定在金屬罐體的上部；套管，貫穿固定裝置，其中設(shè)置有參比電極和輔助電極的導(dǎo)線；參比電極，設(shè)置在套管下端，通過罐內(nèi)液體與金屬罐內(nèi)壁涂裝接觸，檢測被測金屬罐內(nèi)壁涂裝在罐內(nèi)溶液內(nèi)的腐蝕電位；輔助電極，設(shè)置在套管下端，與罐內(nèi)溶液、被測金屬罐內(nèi)壁構(gòu)成導(dǎo)電回路；參比電極和輔助電極的接線柱設(shè)置在套管的上端；工作電極，由銅柱和環(huán)繞在銅柱周圍的磁鐵組成，通過磁鐵吸在金屬罐體的外表面上，工作電極接線柱與銅柱相連。所述固定裝置由有機玻璃制成，優(yōu)選圓盤形狀。所述套管由聚四氟乙烯制成，優(yōu)選為圓柱形。所述參比電極為銻電極。所述輔助電極為鉬鈮絲。所述參比電極和輔助電極可采用硅膠和套管下端進(jìn)行固定。
在進(jìn)行測量時，將傳感器置于金屬罐頂部，通過磁鐵使金屬罐與傳感器固定并緊密接觸，電極部分伸入罐內(nèi)與溶液接觸進(jìn)行電化學(xué)檢測，工作電極觸頭通過磁鐵吸引固定在罐體的外表面。監(jiān)測時，利用電化學(xué)低頻阻抗譜技術(shù)對金屬罐內(nèi)壁的腐蝕行為和程度進(jìn)行測試。本發(fā)明技術(shù)方案的傳感器能夠保真地得到金屬罐內(nèi)壁的腐蝕信息，制作工藝簡單、耐磨性好，可以適應(yīng)長時間的作業(yè)且便于攜帶，并適用于各種尺寸金屬罐內(nèi)壁涂裝腐蝕程度的在線快速檢測和評價。測試?yán)秒娀瘜W(xué)阻抗譜技術(shù)對金屬罐內(nèi)壁進(jìn)行測試，測試方法簡單、數(shù)據(jù)采集迅速，可根據(jù)所得數(shù)據(jù)的不同，判斷金屬罐內(nèi)壁涂裝的完整性、破損類別和破損程度。


圖1為本發(fā)明傳感器的正面結(jié)構(gòu)圖。圖2為本發(fā)明傳感器的俯視結(jié)構(gòu)圖。其中，1-固定裝置；2-磁鐵；3-參比電極接線柱；4-輔助電極接線柱；5-套管； 6-參比電極；7-輔助電極；8-環(huán)形磁鐵；9-銅柱；10-工作電極接線柱；11-金屬罐。圖3是本發(fā)明實施例1的阻抗譜測試圖。圖4是本發(fā)明實施例2的阻抗譜測試圖。圖5是本發(fā)明實施例3的阻抗譜測試圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合具體實施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。本發(fā)明的一種用于測量金屬罐體內(nèi)壁腐蝕的傳感器，具有如下結(jié)構(gòu)(如附圖1和 2所示)固定裝置1，其中設(shè)置有磁鐵2 (數(shù)量為三個)，以便于固定在金屬罐體的上部，形狀采用圓盤狀，材料選用有機玻璃。選用聚四氟乙烯制成的套管5，貫穿固定裝置1，采用圓柱形，其中設(shè)置有參比電極和輔助電極的導(dǎo)線；參比電極6，設(shè)置在套管5下端，可采用硅膠固定，通過罐內(nèi)液體與金屬罐內(nèi)壁涂裝接觸，檢測被測金屬罐內(nèi)壁涂裝在罐內(nèi)溶液內(nèi)的腐蝕電位，選用銻電極，穩(wěn)定性高、耐用；輔助電極7，設(shè)置在套管5下端，可采用硅膠固定，與罐內(nèi)溶液、被測金屬罐內(nèi)壁構(gòu)成導(dǎo)電回路，選用直徑為3mm、暴露面積約為0. 5cm2的鉬鈮絲；參比電極和輔助電極的接線3、4柱設(shè)置在套管5的上端；工作電極，由銅柱9和環(huán)繞在銅柱周圍的磁鐵8組成，，通過磁鐵吸在金屬罐體的外表面上，工作電極接線柱10與銅柱9相連。在進(jìn)行測試使用時，將傳感器置于金屬罐頂部，通過磁鐵使金屬罐與傳感器固定并緊密接觸，電極部分伸入罐內(nèi)與溶液接觸進(jìn)行電化學(xué)檢測，工作電極觸頭通過磁鐵吸引固定在罐體的外表面。監(jiān)測時，利用電化學(xué)低頻阻抗譜技術(shù)對金屬罐內(nèi)壁的腐蝕行為和程度進(jìn)行測試。在眾多的防腐涂料中，以有機酚醛樹脂為主型的涂料具有附著力好、耐沖擊、耐焊錫熱以及抗硫抗酸性能優(yōu)良等特點，被廣泛作為一般飲料罐的防腐涂料。本發(fā)明實施例對防腐涂層的有關(guān)測試，均指有機酚醛樹脂型涂層。利用VersaStat 4電化學(xué)工作站進(jìn)行測試，其中Zim 低頻阻抗實部/Zm 低頻阻抗虛部。實施例1利用VersaStat 4電化學(xué)工作站和研制出的傳感器對儲存期為3個月、內(nèi)壁涂有有機酚醛涂層的金屬飲料罐(內(nèi)裝有功能飲料)進(jìn)行了電化學(xué)阻抗譜測試，結(jié)果如附圖3 所示。所測得的阻抗復(fù)數(shù)平面圖呈一個半圓弧的形狀，由半圓弧半徑的數(shù)值可以推斷出所測的內(nèi)壁表面具有較高的涂層電阻(80MQ*cm2)，表明其耐蝕性良好。為了進(jìn)一步證實實驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，將金屬罐剪開觀察其內(nèi)壁涂層，發(fā)現(xiàn)涂層表面完整光滑，沒有破損現(xiàn)象發(fā)生。實施例2利用VersaStat 4電化學(xué)工作站和研制出的傳感器對儲存期為15個月、內(nèi)壁涂有有機酚醛涂層的金屬飲料罐(內(nèi)裝有功能飲料)進(jìn)行了電化學(xué)阻抗譜測試，結(jié)果如附圖4所示。所測得的阻抗復(fù)數(shù)平面圖呈雙容抗弧的特征，但容抗弧的半徑明顯減小(1 IOMQ^cm2)。說明部分內(nèi)裝溶液已經(jīng)透過有機涂層滲透到了金屬基體，有機涂層的耐蝕保護(hù)性能在逐漸失效。為了進(jìn)一步證實實驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，將金屬罐剪開觀察其內(nèi)壁涂層，發(fā)現(xiàn)涂層表面有小面積的破損，局部區(qū)域金屬基體已經(jīng)暴露。實施例3利用VersaStat 4電化學(xué)工作站和研制出的傳感器對儲存期為30個月、內(nèi)壁涂有有機酚醛涂層的金屬飲料罐(內(nèi)裝有功能飲料)進(jìn)行了電化學(xué)阻抗譜測試，結(jié)果如附圖5 所示。所測得的阻抗復(fù)數(shù)平面圖呈明顯雙容抗弧的特征，與實例1和實例2相比容抗弧半徑明顯下降(0. 1 0. 5MQ*cm2)。說明內(nèi)裝溶液已經(jīng)透過有機涂層到達(dá)金屬基體表面并發(fā)生腐蝕，有機涂層的耐蝕保護(hù)性能已經(jīng)失效。為了進(jìn)一步證實實驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，將金屬罐剪開觀察其內(nèi)壁涂層，發(fā)現(xiàn)涂層表面存在較大面積的黑色腐蝕斑點，有機涂層發(fā)生嚴(yán)重的破損。以上對本發(fā)明做了示例性的描述，應(yīng)該說明的是，在不脫離本發(fā)明的核心的情況下，任何簡單的變形、修改或者其他本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠不花費創(chuàng)造性勞動的等同替換均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于測量金屬罐體內(nèi)壁腐蝕的傳感器，其特征在于，具有如下結(jié)構(gòu)固定裝置，其中設(shè)置有磁鐵，以便于固定在金屬罐體的上部；套管，貫穿固定裝置，其中設(shè)置有參比電極和輔助電極的導(dǎo)線；參比電極，設(shè)置在套管下端，通過罐內(nèi)液體與金屬罐內(nèi)壁涂裝接觸，檢測被測金屬罐內(nèi)壁涂裝在罐內(nèi)溶液內(nèi)的腐蝕電位；輔助電極，設(shè)置在套管下端，與罐內(nèi)溶液、被測金屬罐內(nèi)壁構(gòu)成導(dǎo)電回路；參比電極和輔助電極的接線柱設(shè)置在套管的上端；工作電極，由銅柱和環(huán)繞在銅柱周圍的磁鐵組成，通過磁鐵吸在金屬罐體的外表面上， 工作電極接線柱與銅柱相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于測量金屬罐體內(nèi)壁腐蝕的傳感器，其特征在于，所述固定裝置由有機玻璃制成，優(yōu)選為圓盤形狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于測量金屬罐體內(nèi)壁腐蝕的傳感器，其特征在于，所述套管由聚四氟乙烯制成，優(yōu)選為圓柱形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于測量金屬罐體內(nèi)壁腐蝕的傳感器，其特征在于，所述參比電極為銻電極，所述輔助電極為鉬鈮絲，所述參比電極和輔助電極可采用硅膠和套管下端進(jìn)行固定。
5.一種利用如權(quán)利要求1所述的用于測量金屬罐體內(nèi)壁腐蝕的傳感器進(jìn)行內(nèi)壁腐蝕監(jiān)測方法，其特征在于，將傳感器置于金屬罐頂部，通過磁鐵使金屬罐與傳感器固定并緊密接觸，電極部分伸入罐內(nèi)與溶液接觸進(jìn)行電化學(xué)檢測，工作電極通過磁鐵吸引固定在罐體的外表面，監(jiān)測時，利用電化學(xué)低頻阻抗譜技術(shù)對金屬罐內(nèi)壁的腐蝕行為和程度進(jìn)行測試。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于測量金屬罐體內(nèi)壁腐蝕的傳感器及監(jiān)測方法，具有如下結(jié)構(gòu)固定裝置、套管、參比電極、輔助電極和工作電極，在進(jìn)行測量時，將傳感器置于金屬罐頂部，通過磁鐵使金屬罐與傳感器固定并緊密接觸，電極部分伸入罐內(nèi)與溶液接觸進(jìn)行電化學(xué)檢測，工作電極觸頭通過磁鐵吸引固定在罐體的外表面。監(jiān)測時，利用電化學(xué)低頻阻抗譜技術(shù)對金屬罐內(nèi)壁的腐蝕行為和程度進(jìn)行測試。本發(fā)明的技術(shù)方案制作過程簡單，反應(yīng)靈敏，便于攜帶，操作時簡單；監(jiān)測方法簡便，數(shù)據(jù)可分辨性高，能夠在服役的環(huán)境下迅速判斷出金屬罐內(nèi)壁涂裝破損情況、破損類型、腐蝕程度，并適用于各種尺寸金屬罐內(nèi)壁涂裝腐蝕程度進(jìn)行快速檢測和評價。
文檔編號G01N17/02GK102494990SQ20111041286
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月8日
發(fā)明者夏大海, 王吉會, 韓哲文 申請人:天津大學(xué)