[发明专利]缓冲材料环境中金属腐蚀试验的电化学传感器及制造方法

说明书

本发明公开一种缓冲材料环境中金属腐蚀试验的电化学传感器及制造方法，传感器由高放废物地质处置金属容器候选材料制备的梳齿型双电极和钛合金支架镶嵌组合而成。将切割打磨好的两组梳齿型单电极交叉固定在模具中，采用自行研制的耐高温耐碱型树脂进行固化封装。随后，将其紧密镶嵌在钛合金支架中制成电化学传感器。针对高放废物地质处置库缓冲材料多场耦合环境的演变特征，本发明的电化学传感器具有耐高温、抗高压、耐碱性、灵敏度高、安装简单灵活等优点。本发明的电化学传感器可用于实现高放废物地质处置缓冲材料多场耦合环境中金属材料界面腐蚀特征的原位电化学监测，开展处置容器候选材料在热‑水‑力‑化学耦合作用下的长期腐蚀行为研究。

技术领域

本发明属于金属腐蚀与防护研究技术领域，涉及缓冲材料环境中金属腐蚀试验的电化学传感器及制造方法。

背景技术

如何安全有效地处理放射性废物是核能持续发展急需解决的重要问题。目前，世界各国普遍认为，采用多重屏障系统将高放废物进行深地质处置是最佳处置方案。多重屏障系统由外至内依次为围岩、缓冲材料膨润土、金属处置容器及放射性废物体。其中，金属处置容器是隔离高放废物与地质处置环境的重要人工屏障。由于处置容器在长期的地质处置过程中最可能面临的问题就是腐蚀损伤破坏，所以其耐腐蚀性是处置容器材料选择的第一要素。

在高放废物地质处置初期，由于玻璃固化体发热，处置容器表面温度最高可达80-100℃。随时间推移，温度逐渐降低，最终与处置库围岩环境的温度(30℃)相同。同时，地下水沿处置库围岩的裂隙向缓冲材料膨润土中逐渐渗透，膨润土吸水后将产生膨胀应力。当地下水缓慢穿透膨润土，间隙水中的Na⁺、Mg²⁺、HCO₃^-、Cl^-、SO₄^2-等离子也将随之迁移至处置容器表面，直接参与处置容器的电化学腐蚀过程。地下水组成、膨润土水化合过程(离子交换)和处置容器的腐蚀行为均可产生化学作用。由于受高放射性废物体放热、地下水渗透、缓冲材料吸水膨胀以及地下水化学环境等因素的影响，多重屏障系统内将产生热-水-力-化学(THMC)耦合作用。在THMC多场耦合作用下，缓冲材料膨润土的膨胀性、含水量、阳离子交换能力等屏障特性和间隙水组成均能发生改变，进而对处置容器表面环境及容器材料腐蚀行为造成影响。

为了深入研究金属处置容器在热-水-力-化学多场耦合环境下的长期腐蚀演化规律，亟需研制一种具有耐高温、抗高压、耐碱性强、灵敏度高、操作简单等优点的电化学传感器，使其能够长期、稳定地应用于缓冲材料热-水-力-化学多场耦合环境演变过程中金属材料腐蚀的电化学原位监测试验中，进而评价高放废物地质处置容器材料的耐腐蚀性能。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种缓冲材料环境中金属腐蚀试验的电化学传感器及制造方法，该电化学传感器能够实现高放废物地质处置容器候选材料在缓冲材料多场耦合环境中腐蚀的原位电化学监测，进而评价处置容器候选材料在热-水-力-化学耦合作用下的长期腐蚀性能。

本发明提供一种缓冲材料环境中金属腐蚀试验的电化学传感器，包括：梳齿型双电极和钛合金支架，所述梳齿型双电极采用与高放废物地质处置金属容器相同的金属材料制成，梳齿型双电极中的每组梳齿型单电极分别连接铜导线，铜导线连接在电极的非工作面；所述钛合金支架呈圆柱体形状，圆柱体的侧面设有电极槽；除工作面以外，梳齿型双电极的各个面均采用耐高温耐碱型树脂经高温固化后镶嵌在钛合金支架的电极槽中。

在本发明的缓冲材料环境中金属腐蚀试验的电化学传感器中，所述耐高温耐碱型树脂选用低分子液体双酚环氧树脂和聚酰胺类固化剂按质量比为1.1～1.4:1称重配制而成。

在本发明的缓冲材料环境中金属腐蚀试验的电化学传感器中，每组梳齿型单电极包括3～5齿相互连接的电极片，梳齿型双电极的工作面的面积为1cm²。