镀锡板耐腐蚀性能检测仪及其应用_罗丹霞

Corrosion Resistance Performance Tester for Tin Plate and Its Application
ＬＵＯ Ｄａｎｘｉａ，ＳＨＩ Ｚｈｅｎｙａｎ （Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｂａｏｓｔｅｅｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＆ａｍｐ； Ｓｅｒｖｉｃｅｓ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．， Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０１９００） Abstract: Ｔｈｅ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ ｔｉｎ ｐｌａｔｅ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｄｅｔｅｃｔｅｄ， ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆｅｎｔ ｉｓ ｍａｉｎｌｙ ｂｙ ｔｈｅ ｓａｍｐｌｅ ｐｒｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ， ｅｔｃｈｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ， ｓａｍｐｌｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅ ａｎｄ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｓｙｓｔｅｍ， ｕｓｉｎｇ ａｌｌｏｙ ｔｉｎ ｃｏｕｐｌｅ ｔｅｓｔ ｍｅｔｈｏｄ， ｔｈｅ ｔｉｎ ｐｌａｔｅ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ． Ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｈａｓ ｈｉｇｈｅｒ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｃｃｕｒａｃｙ． Key words ： ｔｉｎ ｐｌａｔｅ， ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ， ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ
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点。进一步研究发现，合金层的耐蚀性随着白点数量与覆 盖面积的增加而下降。作为试验的溶液，番茄汁的产地、 年份不同、腐蚀能力也不同。因此，最好一次购买较多量 的 番 茄 汁 冷 冻 保 存。 另 外， 购 买 时， 如 果 番 茄 汁 中 含 有 NO3- 离子，会导致 ATC 值偏高。因此，NO3- 离子最好小于 3ppm。配制的番茄汁溶液静置 48 小时后，开始试验。试样 面积在 2cm2 以上，则耦合电流不会发生变化。因此，必须 保证面积在 2cm2 以上。 １．４ 镀锡板合金－锡电偶测量方法 ［４－５］ 合金 - 锡电偶试验是一个电化学过程。它是测定在一 定条件下，纯锡电极和锡铁合金电极（此合金电极是将镀 锡板试样的纯锡层除去至暴露出合金层而制成的）之间流 过的偶合电流的大小。 脱去镀锡板试样的纯锡层，以试样的合金层作为一电 极，纯锡电极作为另一电极，两电极浸在恒温并除去空气 的天然葡萄柚汁（或番茄汁、桔子汁）中，20 小时后，测 定两电极间流过的电流。 １．５ 镀锡板合金－锡电偶试验影响因素 ［６］ （1）所有器皿需用 75% 乙醇进行严格消毒，否则果汁 极易腐变。 （2）试样测定区域必须干燥无油污，否则测量值偏低。 （3）必须在无氧条件下进行，否则测量值会明显偏大， 腐蚀电流出现负值。 （4）测量温度必须在 27±0.5℃，可采用在冷热压缩 交换器水浴进行精确恒温。 （5）果汁配制时必须加热消毒，必须通氮气下冷却， 以保证果汁复配液脱氧，同时加入山梨酸钾防腐剂。 （6）样品脱锡：采用电解法脱锡后，样品不能出现小 亮点， 否则必须重新脱锡。 在读数时， 不得接触样品和电极， 否则会引起测量结果波动。 （7） 脱锡也可采用在 NaOH 和 KIO3 溶液中将游离锡剥离。 ２ 系统硬件组成 镀锡板合金 - 锡电偶试验检测仪，也叫镀锡板耐腐蚀 性能检测仪（ATC），是一种镀锡板耐腐蚀性能检测设备。 利用本检测设备，可实现对镀锡板耐腐蚀性能准确地检测。
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极上，计算机系统通过控制带有继电器的 ADAM4068 数字量 输出控制器，来控制加载到阴阳极上的恒电流，实现正负 电流持续时间和交替切换功能，达到脱脂目的。二是控制 样品脱锡。通过加载 0.4V 和 0.2V 直流电压实现，计算机 系统通过采集来自恒电压源的脱锡电流，来控制恒电压源 输出电压，实现有效脱锡目的。三是样品之间切换及腐蚀 电流采集。微电流检测仪只能检测一个样品，计算机系统 通过控制带有继电器的 ADAM4068 数字量输出控制器，实现 样品之间的平滑切换，并采集来自微电流检测仪的对应样 品的腐蚀电流，实现样品腐蚀电流的全自动有效检测。四 是将采集到的样品腐蚀电流进行处理、绘图、储存和输出。 ３ 结束语 本检测仪在某钢厂电镀锡实验室使用以来，可靠性和 检测精度良好，完全满足用户需求。镀锡板耐腐蚀性检测 仪解决了镀锡板实验室检测镀锡板耐腐蚀性能指标问题， 同时也填补了国内镀锡板耐腐蚀性检测仪制造的空白。
电化学腐蚀按照腐蚀电池类型，可分为宏观腐蚀电池 （阴、阳极区可分辨，稳定）和异金属电偶电池。 异金属电偶电池由于腐蚀电位不同，造成同一介质中 异 种 金 属 接 触 处 的 局 部 腐 蚀， 就 是 电 偶 腐 蚀（Galvanic Corrosion），亦称接触腐蚀或双金属腐蚀。两种金属构 成宏电池，产生电偶电流，使电位较低的金属阳极溶解速 度增加，电位较高的金属阴极溶解速度减小。阴阳极面积 比增大，介质电导率减小，都使阳极腐蚀加重。在酸性水 果 罐 头 贮 存 过 程 中， 罐 内 壁 孔 隙 处， 存 在 着 Sn-FeSn2 和 Sn-Fe 腐蚀电池。 １．２ 电化学极化 ［２－３］ 电化学极化。电化学腐蚀以多个平行或串联的步骤组 成，当其中某些步骤缓慢受阻，即发生极化现象。阴极缓 慢受阻即发生阴极极化，阳极缓慢受阻即发生阳极极化。 当锡电极和铁电极浸入一种电解液内时，在不耦合的 情况下，每个电极都会各自产生一个电极电位。若连接两 个电极使之耦合，就有电流流过该回路，电极上会发生极 化作用。在平衡状态下，电子的流动构成腐蚀电流 i 腐。在 锡电极上，缓慢地溶入溶液中成为锡离子，而电子则在铁 电极上释放进入电解液，使铁电极上发出分子状态的氢。 １．３ 镀锡板 ＡＴＣ 的影响 腐蚀电池由四部分构成：阳极、阴极、外回路、电解液。 试验发现，控样（0.14μA/cm ）镀锡板在脱去自由锡 层后，在合金层表面目视发现了大量沿轧制方向伸展的白
工 艺 与 装 备
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镀锡板耐腐蚀性能检测仪及其应用
罗丹霞 施振岩
（上海宝钢工业技术服务有限公司，上海 201900）
摘 要 ： 应镀锡板耐腐蚀性能检测需要， 研发镀锡板耐腐蚀性能检测仪。 仪器主要由样品预处理装置、 腐蚀装置、 样品检测装置和计算机系统等构成，采用合金 - 锡电偶试验方法，实现镀锡板耐腐蚀性能检测。应用效果证明， 系统的可靠性和检测精度均较高。 关键词：镀锡板 耐腐蚀性 测量精度
DOI:10.16107/ki.mmte.2016.0789 随着生产技术的发展与进步，镀锡板被广泛使用于食 品和饮料领域，诸如啤酒和饮料的易拉罐、食品罐头、食 品包装瓶盖等。基于食品质量的高要求，镀锡板耐腐蚀性 能也被提出新的要求。 因此， 通过镀锡板耐腐蚀性能检测仪， 对镀锡板耐腐蚀性能进行有效检测，显得十分必要。 目前，国内外镀锡板耐腐蚀性能检测仪基本为非标产 品，且产品种类少，自动化水平较低。发明科技含量较高 的镀锡板耐腐蚀性能检测装仪，对提升镀锡板耐腐蚀性能 检测水平具有重要意义。 １ 测量依据 １．１ 电化学腐蚀
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现代制造技术与装备
２０１６ 第 ９ 期 总第 ２３８ 期
镀锡板耐腐蚀性能检测仪由样品预处理装置、腐蚀装 置、样品检测装置和计算机系统组成。 镀锡板耐腐蚀性能检测仪整体工作方式如下：样品先 通过样品预处理装置进行脱脂和脱锡。然后，放入腐蚀装 置进行耐腐蚀性能检测。腐蚀装置应处于 27±0.5℃恒温状 态。耐腐蚀性能通过检测腐蚀电流获得。腐蚀电流的测量 由微电流检测仪完成。样品预处理、检测数据采集和处理 等都在计算机控制下完成。 样品预处理装置的作用是对镀锡板样品进行脱脂和脱 锡。脱脂在脱脂槽中完成。脱脂槽中以石墨为阳极，样品 为阴极，碳酸钠为溶液。两极之间加入电流密度大约每个 样品 25mA/cm 恒电流，恒电流由恒电流源提供。清洗方式 为 10 秒阴极、1 秒阳极，反复 5 次以上，反复加恒电流。 切换功能由 ADAM4068 控制器实现，直到完成脱脂。 脱锡在脱锡槽中完成。脱锡槽中以样品为阳极，不锈 钢板为阴极，氢氧化钠为溶液，两极之间加入 0.4 伏直流 电压。当两极之间电流下降到 0.07A 时，其间电压调节为 0.2V。 直到两极之间电流下降到接近零， 此时脱锡过程完成。 0.4V 和 0.2V 直流电压由恒电压源提供。阳极与阴极之间电 流，如 0.07A，由恒电压源反馈给计算机系统。 腐蚀装置的作用是对镀锡板样品进行耐腐蚀性试验。 耐腐蚀性试验在圆柱型腐蚀槽中进行。腐蚀槽中心放一根 纯锡棒作为阳极，围着纯锡棒最多放 8 片镀锡板样品作为 阴极。8 片镀锡板样品作为 8 个试样，都相互独立、互不干 涉，但纯锡棒阳极是公用的。腐蚀槽内加入番茄汁。腐蚀 槽相对密封，上部有两个小孔，一进为氮气进气口，一出 为氮气出气口。 通过氮气将空气隔绝， 防止空气氧化番茄汁、 纯锡棒和样品。腐蚀槽放在恒温大水槽中，大水槽内放有 纯净水。恒温大水槽可根据样品多少，同时放置 1 ～ 8 个 腐蚀槽。样品在番茄汁内会被腐蚀，每个样品在样品与纯 锡棒之间就会产生腐蚀电流，用微电流测量仪测量腐蚀电 流。 20 小时时的腐蚀电流大小， 就表示样品耐腐蚀性能好坏。 腐蚀电流越小，耐腐蚀性能越好。 样品检测装置的作用是检测腐蚀电流。用二根信号线 分别连接腐蚀槽上的纯锡棒和样品。纯锡棒上信号线另一 端直接连接微电流检测仪输入正端。样品信号线另一端通 过 ADAM4068 控制器进行样品切换，然后连接到微电流检测 仪输入负端。腐蚀电流就可以通过微电流检测仪进行检测。 ADAM4068 控制器的作用是样品之间检测切换，因为微电流 检测仪只有一个，而样品有许多个。因此，许多个样品只 有通过 ADAM4068 控制器对样品通与断的切换，实现腐蚀电 流的轮流检测。 计算机系统用于控制整个镀锡板耐腐蚀性能检测装置， 有四项功能。一是控制样品脱脂。通过恒电流以 10s 正电 流 1s 负电流方式，交替加到脱脂槽内的石墨阳极和样品阴
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