CN101482482B - 一种海洋腐蚀模拟加速试验装置 - Google Patents

Abstract

一种海洋腐蚀模拟加速试验装置，属于环境腐蚀试验装置技术领域。由主工作箱、贮水箱、传动系统、水浴加热系统及主控制面板等组成。主工作箱内设置有固定试样架和叶片式可旋转试验架，通过箱体外部的传动系统带动箱内叶片试样架转动，同时还设置有红外加热系统、进/排气系统、排湿系统和液位传感系统，并在主工作箱和贮水箱间设置有蠕动泵，用于输送海水。通过试验参数和过程控制，本发明可实现干湿交替、不同腐蚀性气体环境控制及模拟不同海洋腐蚀区带的功能，同时进行多因素复杂海洋环境条件下的室内模拟/加速腐蚀试验。适合于在实验室内开展多种材料在海洋环境下的腐蚀模拟加速试验。

Description

一种海洋腐蚀模拟加速试验装置

技术领域

本发明涉及材料腐蚀试验装置，特别涉及一种海洋环境腐蚀室内模拟加速试验装置。

背景技术

海洋环境是材料腐蚀最严酷的自然环境之一，材料在海洋环境中腐蚀造成的损失约占总腐蚀损失的1/3。海水是一种成分复杂的天然电解质，除含有大量盐类外，还含有溶解氧、海生物和腐败的有机物等。同时，海水的温度、流速、pH值等都对海水腐蚀有影响。所以金属材料在海洋环境中的腐蚀非常严重。通常，按照材料或构筑物所处的海洋区带划分为五个典型腐蚀环境区域：海洋大气区、飞溅区、潮差区、全浸区和海泥区。同时在每一腐蚀环境区域，腐蚀环境特征也具有加大的差别。因此，在同一海域、同一地点对同一材料，因其所处海洋环境区带不同而呈现完全不同的腐蚀情况，这更加剧海洋腐蚀的复杂性和严酷性。

目前材料海洋腐蚀试验主要依靠建立在海岸线附近的海洋腐蚀试验站来进行。通常这些试验站都可以进行不同腐蚀区带的海洋环境腐蚀试验。但实海挂样需要大量的人力、物力和财力，且存在试验周期长，试验数据离散性大、不便于随时观察和测试等缺点。而且对于远离海洋的材料生产企业和研究单位，进行实海现场挂样研究十分不便。因此，通过开发室内海洋腐蚀研究试验装置，来模拟材料在实际海洋环境中的腐蚀过程，能够在较短的时间内取得大量科学合理的试验数据，对研究材料在海洋环境中的腐蚀行为和机理，以及对耐海洋腐蚀材料的开发方面具有重要的意义。

对于海洋环境腐蚀室内模拟试验装置，目前已经公开了一些专利。公开号为CN2421640Y，CN101285756A，CN101285757A都涉及到一种模拟海洋腐蚀试验装置，在主工作箱内设置了造浪板和试样架，并在主工作箱下部设置了海泥区域。该装置用于模拟实际海洋环境大气区、飞溅区、潮差区、全浸区和海泥区五个腐蚀环境区带。公开号为CN2938075Y公开了一种耐候钢海水飞溅腐蚀试验装置，在主工作箱内设置了试样架和水泵，通过水泵抽取海水喷射模拟海水运动和飞溅状态，并可以调节海水介质温度。该装置主要用于耐候钢海水飞溅腐蚀室内模拟试验研究。公开号为CN2854573Y公开了一种舰船及海洋结构物材料海水可控温冲刷模拟试验设备，通过设置在蓄水容器内轮毂叶片的旋转，可以同时模拟研究三种状态下的冲刷作用。用于舰船及海洋结构物材料海水冲刷室内模拟试验研究。

上述公开专利都是关于海洋环境腐蚀室内模拟试验装置。但由于海洋环境腐蚀影响因素较多，往往是多因素的联合控制作用。以海洋大气腐蚀为例，材料腐蚀过程主要受表面液膜中电化学腐蚀过程控制，同时气体污染物(如SO2、NOx、CO2)和空气中粉尘(如烟尘粒子、盐粒等)以及日照、风速、降雨量等因素的综合影响。因此，为更加客观准确地评价材料的腐蚀过程，需要在设计海洋腐蚀室内模拟试验装置时尽可能考虑多种因素的综合作用。另外，考虑到试验周期的问题，海洋环境腐蚀室内模拟试验装置不但要能很好的模拟实际海洋环境腐蚀过程，而且还应该具有模拟加速腐蚀的功能，这对开发耐海洋腐蚀新材料的研究开发是十分必要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种多功能海洋环境腐蚀室内模拟加速试验装置，通过试验参数控制及配备的辅助装置可实现干湿交替、不同腐蚀性气体环境控制及模拟不同海洋腐蚀区带的功能，可同时进行多因素复杂海洋环境条件下的室内模拟/加速腐蚀试验。

本发明的目的是通过以下的技术方案来实现的：

本发明装置包括主工作箱、贮水箱、传动系统、水浴加热系统及主控制面板等，其特征是：主工作箱内安装有叶片式可旋转试验架，通过箱体外部的传动系统可以带动箱内叶片试样架转动，同时主工作箱内还设置了固定的试样架。在主工作箱内还设置有红外加热系统、进/排气系统、排湿系统和液位传感系统。贮水箱和主工作箱都安置在同一恒温水浴槽中。在主工作箱和贮水箱间设置有蠕动泵，通过蠕动泵管分别插入主工作箱及贮水箱中。主控制面板位于贮水箱的上方，水浴加热系统、主箱体加热系统、液位传感系统、传动系统都分别与主控制面板相连接。

优选的是所述的主工作箱外壳材料为有机玻璃。在主工作箱内设置了可拆装的旋转型叶片试样架，试样架叶片材料为聚四氟乙烯，试样通过绝缘螺栓或绝缘线固定在试样架叶片上。在主工作箱侧壁设置了可拆装固定试样架，可进行分别挂片和电联挂片，分别挂片通过导线与外部电化学测试装置相连接。

优选的是所述的红外加热系统由红外加热灯管、箱体温度传感器和温度控制系统组成，温度控制系统与主控制面板相连接。红外加热系统用于加热主箱体工作室并烘烤干燥试样。

优选的是所述的进/排气系统和排湿系统具体为在主工作箱一侧箱体上设置的腐蚀气体(如SO2、NOx、CO2)进气口、在主工作箱盖板上设置的排气口和通风排湿口。

优选的是所述的液位传感系统为置于设置在主箱体侧壁外的连通管内的液位传感器和液位控制系统组成，液位控制系统与主控制面板连接。设置在主箱体侧壁外的连通管下端安装在主工作箱最低液面以下。

优选的是所述设置在主工作箱外侧的主传动系统由调速电机、变速机和调速电机控制系统组成，调速电机控制系统与主控制面板连接。变速机通过传动轴与主工作箱内设置的旋转叶片试样架相连接。

优选的是所述的恒温水浴槽内盛有恒温水浴介质(通常为自来水)，水浴加热器底部设置有隔板，隔板下安装有电热器和温度传感器，并与主控制面板上的水浴温度控制系统相连接。主工作相和贮水箱都置于恒温水浴隔板上方。

优选的是所述的蠕动泵管分别置于主工作箱和贮水箱的下部，距离底部有一定距离，且在管口安装有可拆装的过滤器。蠕动泵安装在主工作箱和贮水箱上部，并与主控制面板上的蠕动泵控制系统相连接。

优选的是所述的主控制面板具体由总电源开关、水浴温度控制系统，箱体温度控系统，调速电机控制系统，液位控制系统，定时系统，蠕动泵控制系统所组成。

本发明所达到的有益效果为：

(1)本发明结构简单，操作简便，制造运行成本低廉，可以在实验室条件下模拟材料在海洋大气区、飞溅区、潮差区、全浸区四个典型海洋腐蚀环境区域的腐蚀过程。

(2)通过调整蠕动泵运行周期、电机转速、箱体烘烤温度、水浴温度等试验条件，可以进行干湿交替、波浪冲击、潮汐周期变化、水温波动、海水冲刷等多方面的模拟加速海洋环境腐蚀试验。

(3)将污染物气体(如SO2、NOx、CO2)通过进气口导入主工作箱内，可以开展海洋污染大气环境下材料腐蚀模拟试验研究。

(4)通过设置不同的挂片位置可以方便模拟不同海水运动特征和流速下材料的海水腐蚀过程，主水箱中固定试样架可以同时进行单片挂样和电联挂片，并可方便进行相关的电化学测试。

(5)通过试验参数和过程控制，可以在实验室内开展多种材料(金属材料、涂镀层材料等)在海洋环境下的腐蚀模拟加速试验，可以在较短的时间内取得大量科学合理的试验数据，为研究材料海洋环境腐蚀和开发新材料提供了便捷的试验方法。

附图说明

图1为本发明的主体结构示意图。

图2为主工作箱内固定试样架示意图。

图3为主工作箱C-C俯视图。

图中，1-主工作箱，2-叶片式旋转试样架，3-试样A，4-固定试样架，5-试样B，6-可拆卸隔板，7-箱体温度传感器，8-主工作箱盖板，9-气体排出口，10-通风排湿孔，11-红外加热灯，12-进气口，13-蛇形换热套管，14-双向蠕动泵，15-蠕动泵管，16-水浴温度控制仪，17-温度数显仪，18-箱体温度控制仪，19-调速电机控制仪，20-液位控制仪，21-低潮位定时器，22-高潮位定时器，23-蠕动泵控制仪，24-总电源开关，25-主控制面板，26-贮水箱，27-恒温水浴槽，28-贮水箱排水口，29-水浴温度传感器，30-贮水箱蠕动泵管口过滤器，31-液位传感器，32-主工作箱蠕动泵管口过滤器，33-电热器，34-主工作箱排水口，35-主工作箱海水温度传感器，36-调速电机，37-变速机。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1、图2所示，本发明试验装置主要包括主工作箱1、贮水箱26、恒温水浴槽27及主控制面板25等.主水箱1内盛有工作溶液(海水或模拟海水)，试样架5安装在主工作箱1侧壁上，用于安装单独或电联试样。叶片式旋转试样架2安装在主工作箱中部，通过设置在主工作箱外部的调速电机36驱动变速机37进而带动试样架2转动。贮水箱上部设置有可拆装的挡板6，用于阻挡海水飞溅到上部试样和盖板8。主工作箱1盖板8上安装了温度传感器7和红外加热灯11，温度传感器7和红外加热灯11与主控面板25上的箱体温度控制仪18相连接，可以控制主工作箱1内的腔体温度。腐蚀性气体可以通过进气口12进入主工作箱1，并经出气口9排出。通风排湿孔10设置在主工作箱1的盖板8中心部位。试验装置设置有双向蠕动泵15，通过蠕动泵管15分别插入主工作箱1和贮水箱26中。蠕动泵管15两端口安装了过滤器32和过滤器30，通过双向蠕动泵可以精确控制海水在主工作箱1和贮水箱26间的流量。在蠕动泵管15靠近主工作箱1端还安装了蛇形热交换套管13，用于调节进入主工作箱1中的海水温度。主工作箱1侧壁外侧安装了液位传感器31，并与主控制面板25上的液位控制仪20相连接，可以控制主工作箱1内海水高低潮液面位置。主工作箱1和贮水箱26都置于试验装置下部的恒温水浴槽27内部，恒温水浴槽27通过安装在下部的电热器33、温度传感器29及连接在主控制面板25上的水浴温度控制仪16控制水浴温度。主工作箱1内的实际温度通过温度传感器35及其主控制面板25上的温度数显仪17显示。主控制面板25安装在贮水箱26的上方，主控制面板25上设有水浴温度控制仪16，温度数显仪17，箱体温度控制仪18，调速电机控制仪19，液位控制仪20，低潮位定时器21，高潮位定时器22，蠕动泵控制仪23，总电源开关24。

本发明的工作程序为：将试样A安装在叶片式旋转试样架2上，并将试样B安装在固定试样架4上，可以采用单片或电联挂样的方式。贮水箱26内注入适量的工作溶液(海水或模拟海水)，打开主控制面板25上的电源开关24，调节水浴温度控制仪16设置水浴温度，调节箱体温度控制仪18设置主工作箱1内温度，调节调速电机控制仪19设置叶片式旋转试样架2的转速，调节蠕动泵控制仪23设置蠕动泵流量。当恒温水浴槽27内水温达到设置值后，启动蠕动泵14将海水注入主工作箱中。当液面超过图1中标识的液面线a后，叶片式旋转试样架2上的叶片开始拍打搅动海水，在液面逐渐上升过程中，安装在叶片式旋转试样架2上的试样A受到海水的冲击作用可以模拟实际海洋环境涨潮过程中海浪对材料的冲击作用。这种冲击作用的大小可以通过调节叶片式旋转试样架2的转速来进行变化。同时，叶片拍打搅动海水飞溅到侧壁试样架4的试样B上，在液面逐渐上升过程中，可以模拟实际海水涨潮过程中飞溅带和潮差带的腐蚀过程。位于液面线a下面的试样可模拟海水全浸腐蚀区域腐蚀过程。位于隔板6上方试样可以模拟海洋潮大气腐蚀区域的腐蚀过程。相比试样B，试样A受到的海水冲击强度更大，而且这种冲击作用可通过试样架2转速变化进行调节。当液面上升到设置的高潮线c时，与液位控制仪20输出端连接的高潮位定时器22开始计时，且蠕动泵14停止工作。当高潮位定时器22达到设定时间后，蠕动泵14开始反向工作，将海水从主工作箱1内反抽到贮水箱26内，此时主工作箱1内的液面开始下将，该过程可以模拟海水的落潮过程。当海水液面降到a以下时，与液位控制仪20输出端连接的低潮位定时器21开始计时，且蠕动泵14停止工作。此时红外加热灯11和箱体温度控制仪18开始工作，通过红外加热灯11可以加热并烘烤试样A和B，从而达到干/湿周期交替加速腐蚀的目的。当低潮位定时器21达到设定时间后，蠕动泵14开始工作，将海水从贮水箱26抽送到主工作箱1内，此时主工作箱1内的液面开始上升，重复进行下一个运行周期。

Claims (2)

1.一种海洋腐蚀模拟加速试验装置，由主工作箱(1)，叶片式旋转试样架(2)，固定试样架(4)，可拆卸隔板(6)，箱体温度传感器(7)，主工作箱盖板(8)，气体排出口(9)，通风排湿孔(10)，红外加热灯(11)，进气口(12)，蛇形换热套管(13)，双向蠕动泵(14)，蠕动泵管(15)，水浴温度控制仪(16)，温度数显仪(17)，箱体温度控制仪(18)，调速电机控制仪(19)，液位控制仪(20)，低潮位定时器(21)，高潮位定时器(22)，蠕动泵控制仪(23)，总电源开关(24)，主控制面板(25)，贮水箱(26)，恒温水浴槽(27)，贮水箱排水口(28)，水浴温度传感器(29)，贮水箱蠕动泵管口过滤器(30)，液位传感器(31)，主工作箱蠕动泵管口过滤器(32)，电热器(33)，主工作箱排水口(34)，主工作箱海水温度传感器(35)，调速电机(36)，变速机(37)组成；其特征在于：主工作箱(1)内盛有工作溶液，固定试样架(4)安装在主工作箱(1)侧壁上；叶片式旋转试样架(2)安装在主工作箱中部，通过设置在主工作箱外部的调速电机(36)驱动变速机(37)进而带动叶片式旋转试样架(2)转动；贮水箱(26)上部设置有可拆卸隔板(6)；主工作箱盖板(8)上安装了箱体温度传感器(7)和红外加热灯(11)，箱体温度传感器(7)和红外加热灯(11)与主控制面板(25)上的箱体温度控制仪(18)相连接，可以控制主工作箱(1)内的腔体温度；主控制面板(25)安装在贮水箱(26)的上方，主控制面板(25)上设有水浴温度控制仪(16)，温度数显仪(17)，箱体温度控制仪(18)，调速电机控制仪(19)，液位控制仪(20)，低潮位定时器(21)，高潮位定时器(22)，蠕动泵控制仪(23)，总电源开关(24)；腐蚀性气体可以通过进气口(12)进入主工作箱(1)，并经气体排出口(9)排出；通风排湿孔(10)设置在主工作箱盖板(8)中心部位；海洋腐蚀模拟加速试验装置设置有双向蠕动泵(14)，通过蠕动泵管(15)分别插入主工作箱(1)和贮水箱(26)中，蠕动泵管(15)两端口安装了主工作箱蠕动泵管口过滤器(32)和贮水箱蠕动泵管口过滤器(30)；在蠕动泵管(15)靠近主工作箱(1)端还安装了蛇形换热套管(13)，用于调节进入主工作箱(1)中的海水温度；主工作箱(1)侧壁外侧安装了液位传感器(31)，并与主控制面板(25)上的液位控制仪(20)相连接；主工作箱(1)和贮水箱(26)都置于海洋腐蚀模拟加速试验装置下部的恒温水浴槽(27)内部，恒温水浴槽(27)通过安装在下部的电热器(33)、水浴温度传感器(29)及连接在主控制面板(25)上的水浴温度控制仪(16)控制水浴温度；主工作箱(1)内工作溶液的实际温度通过主工作箱海水温度传感器(35)和主控制面板(25)上的温度数显仪(17)显示。

2.根据权利要求1所述的海洋腐蚀模拟加速试验装置，其特征在于：海洋腐蚀模拟加速试验装置的工作程序为：将试样A安装在叶片式旋转试样架(2)上，并将试样B安装在固定试样架(4)上，可以采用单片或电联挂样的方式；贮水箱(26)内注入适量的工作溶液，打开主控制面板(25)上的总电源开关(24)，调节水浴温度控制仪(16)设置水浴温度，调节箱体温度控制仪(18)设置主工作箱(1)内温度，调节调速电机控制仪(19)设置叶片式旋转试样架(2)的转速，调节蠕动泵控制仪(23)设置双向蠕动泵(14)流量；当恒温水浴槽(27)内水温达到设置值后，启动双向蠕动泵(14)将海水注入主工作箱(1)中；当液面超过液面线a后，叶片式旋转试样架(2)上的叶片开始拍打搅动海水，在液面逐渐上升过程中，安装在叶片式旋转试样架(2)上的试样A受到海水的冲击作用可以模拟实际海洋环境涨潮过程中海浪对材料的冲击作用，这种冲击作用的大小可以通过调节叶片式旋转试样架(2)的转速来进行变化；同时，叶片拍打搅动海水飞溅到侧壁固定试样架(4)的试样B上，在液面逐渐上升过程中，可以模拟实际海水涨潮过程中飞溅带和潮差带的腐蚀过程，位于液面线a下面的试样可模拟海水全浸腐蚀区域腐蚀过程，位于可拆卸隔板(6)上方试样可以模拟海洋潮大气腐蚀区域的腐蚀过程；当液面上升到设置的高潮线c时，与液位控制仪(20)输出端连接的高潮位定时器(22)开始计时，且双向蠕动泵(14)停止工作；当高潮位定时器(22)达到设定时间后，双向蠕动泵(14)开始反向工作，将海水从主工作箱(1)内反抽到贮水箱(26)内，此时主工作箱(1)内的液面开始下降，该过程可以模拟海水的落潮过程；当海水液面降到a以下时，与液位控制仪(20)输出端连接的低潮位定时器(21)开始计时，且双向蠕动泵(14)停止工作；此时红外加热灯(11)和箱体温度控制仪(18)开始工作，通过红外加热灯(11)可以加热并烘烤试样A和B，从而达到干/湿周期交替加速腐蚀的目的；当低潮位定时器(21)达到设定时间后，双向蠕动泵(14)开始工作，将海水从贮水箱(26)抽送到主工作箱(1)内，此时主工作箱(1)内的液面开始上升，重复进行下一个运行周期。

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