CN102169083A - 一种模拟工业污染大气腐蚀的加速试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及材料及防腐涂料的大气腐蚀模拟技术，特别提供了一种模拟工业污染大气腐蚀的加速试验装置。该装置设有反应箱、箱盖、进排气管、温湿度监测探头，反应箱内腔分成上下两层腔室，上层腔室为腐蚀室，下层腔室为气氛发生室；反应箱顶部活动安装有箱盖，箱盖上插装有进排气管和温湿度监测探头；在气氛发生室所在的反应箱侧壁上插装有进排气管。该装置产生腐蚀性气氛的方式有两种，化学法和外接气源法，解决了依赖单一外接气源的产生腐蚀性气氛的问题。采用本发明来模拟污染大气腐蚀尤其是重工业污染大气腐蚀，可用于研究金属材料及防腐涂料在重工业污染大气环境下的腐蚀行为，并对其进行评价，为合理选材和选择合适的防护方法提供依据。
Description
技术领域
本发明涉及材料及防腐涂料的大气腐蚀模拟技术，特别提供了一种模拟工业污染大气腐蚀的加速试验装置。
背景技术
大气腐蚀是指一种材料包括金属和非金属与其周围的大气环境相互作用的结果。据统计，大气腐蚀所造成的损失占全部腐蚀的一半。研究表明，在所有的大气环境中，潮湿的、强烈污染的工业大气的腐蚀活性最大。
目前，工业污染性气体腐蚀试验箱由试验箱箱体、加热控制系统、外接气瓶及温湿度控制装置等几部分组成。在一定的温、湿度环境下对材料进行加速腐蚀，重现材料在一定时间范围内所遭受的破坏程度，观察零部件和金属材料等产品抗二氧化硫等工业污染性气体腐蚀的能力。通常工业污染性气体腐蚀试验箱体积较大，而且腐蚀性气氛完全通过外接气瓶引入，因此具有一定的局限性。
发明内容
为了克服现有的工业污染性气体腐蚀试验箱的几点不足，本发明设计一种模拟大气腐蚀的加速试验装置，该装置不仅能体积小、便于移动，而且产生腐蚀性气氛的方式有两种，化学法和外接气源法，解决了依赖单一外接气源的产生腐蚀性气氛的问题。
本发明的技术方案如下：
一种模拟工业污染大气腐蚀的加速试验装置，该装置设有反应箱、箱盖、进排气管、温湿度监测探头，反应箱内腔分成上下两层腔室，上层腔室为腐蚀室，下层腔室为气氛发生室；反应箱顶部活动安装有箱盖，箱盖上插装有进排气管和温湿度监测探头；在气氛发生室所在的反应箱侧壁上插装有进排气管。
所述的模拟工业污染大气腐蚀的加速试验装置，反应箱加热为外部加热方式，在反应箱的底部设置有温控装置，反应箱内的温度范围为室温到50℃，并保持恒定。
所述的模拟工业污染大气腐蚀的加速试验装置，腐蚀室内设有水平设置的试样托盘，样品按国家标准设计呈30度倾斜放置在试样托盘上。
所述的模拟工业污染大气腐蚀的加速试验装置，腐蚀室内设有试样架，试样架设置于腐蚀室的反应箱内壁上，样品采用挂钩悬挂于试样架。
所述的模拟工业污染大气腐蚀的加速试验装置，反应箱为耐蚀性不锈钢圆筒，箱盖的材料选用透明的PVC塑料板材，箱盖与反应箱采用紧固密封。
所述的模拟工业污染大气腐蚀的加速试验装置，温湿度监测探头的一端伸至反应箱内，温湿度监测探头的另一端通过导线连至温湿度数显监测仪。
所述的模拟工业污染大气腐蚀的加速试验装置，温湿度监测探头置于反应箱内上方，温湿度数显监控仪置于反应箱外侧。
本发明在反应箱上设置可完全密封的进、排气孔，打开进、排气孔时，可以与外接气源连接来满足试验要求。当没有外接气源时，可以关闭进、排气孔，采用化学法在反应箱内的气氛发生室产生腐蚀性气体来满足试验要求，从而大大增加该加速腐蚀装置的使用范围。
本发明的优点及有益效果是：
(1)采用本发明，腐蚀性气氛产生方式有两种，解决了单一依赖外接气源的问题。
(2)采用本发明的加速试验装置获得的腐蚀结果具有显著的加速性：几十倍至几百倍。
(3)采用本发明加速试验装置获得的腐蚀产物与户外暴露的十分相近，都主要由α-FeOOH、γ-FeOOH、无定性的δ-FeOOH、硫酸盐和亚硫酸盐组成，腐蚀产物中都含有大量的S元素，说明在工业污染大气环境中酸性污染物SO2加速了Q235的腐蚀。
(4)采用本发明，重复试验证明具有很好的再现性。
(5)本发明获得的试验结果具有模拟性、加速性和重现性，可用来研究各种低合金钢在工业污染大气腐蚀过程，快速评价和预测工业污染大气腐蚀性，为合理选材和选用合适的防护方法提供依据。
附图说明：
图1是本发明的装置示意图。
图中，1.反应箱；2.箱盖；3.进排气管；4.试样架；5.试样托盘；6.温湿度监测探头；7.温湿度数显监测仪；8.温控装置；9.气氛发生室；10.腐蚀室。
图2为实施例1碳钢在反应箱内不同SO2体积浓度条件下的腐蚀率曲线。
图3为实施例1碳钢在反应箱内不同SO2体积浓度下暴露48h后的SEM像；其中，(a)图SO2体积浓度为0；(b)图SO2体积浓度为0.01％；(c)图SO2体积浓度为0.05％；(d)图SO2体积浓度为0.1％；(e)图SO2体积浓度为0.5％。
图4为实施例1碳钢在0.05％(体积浓度)SO2中暴露12、24和48小时后的XRD结果。
具体实施方式：
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1所示，本发明模拟工业污染大气腐蚀的加速试验装置主要包括：反应箱1、箱盖2、进排气管3、试样架4、试样托盘5、温湿度监测探头6、温湿度数显监测仪7、温控装置8、气氛发生室9、腐蚀室10等，具体结构如下：
反应箱1内腔分成上下两层腔室，上层腔室为加速腐蚀室10，下层腔室为气氛发生室9。反应箱1顶部活动安装有箱盖2，箱盖2上插装有进排气管3和温湿度监测探头6。进排气管3为气体进出的通道，通过进排气管3使腐蚀室10与外界相通，进排气管3即可以作为进气管、又可以作为排气管。在气氛发生室9所在的反应箱1侧壁上插装有具有相同作用的进排气管3。温湿度监测探头6的一端(探测端)伸至反应箱1内，温湿度监测探头6的另一端通过导线连至温湿度数显监测仪7。
本发明中，反应箱1为耐蚀性不锈钢圆筒，箱盖2的材料选用透明的PVC塑料板材，同时在试验过程中可以从外部清楚地观察到箱内的试验状况，箱盖2与反应箱1采用紧固密封，防止反应气体外溢。
本发明中，反应箱1的底部设置有温控装置8，反应箱1加热为外部加热方式，升温快，温、湿度分布均匀。温控装置能够使反应箱1内达到从室温到50℃之间的任何一个温度点，并保持恒定。
本发明中，试样架4及试样托盘5均采用耐腐蚀、吸湿率低的绝缘材料，最高耐温80℃。
本发明中，腐蚀性气氛的产生即可以通过化学法在反应箱1的气氛发生室9内产生二氧化硫等腐蚀性气体，又可以通过外界气源将腐蚀性气体引入反应箱1的腐蚀室10内。腐蚀室10内有两种试验样品架：试样架4和试样托盘5，样品可以按国家标准设计呈30度倾斜放置在水平设置的试样托盘5上，试样架4设置于腐蚀室10的反应箱1内壁上，样品也可以采用挂钩悬挂于试样架4。
本发明中，温湿度监测探头6置于反应箱1内上方，温湿度数显监控仪7置于反应箱1外侧，能够实时测量反应箱内温湿度的变化。
如图2所示，试验材料为上述的Q235碳钢，分别以0.05％、0.1％、0.5％和1％体积浓度的SO2气氛为腐蚀介质，试验温度25℃，相对湿度为饱和湿度，试验时间为6-24小时。从图2可以看出，碳钢的腐蚀速率随时间的延长而降低，这符合碳钢在重污染大气中的腐蚀速率变化规律。
如图3所示，从实施例1碳钢在反应箱1内不同SO2体积浓度下暴露48h后的SEM像可以看出，碳钢的表面锈层形貌也与碳钢在工业污染程度不同的大气中锈层形貌十分相近。
如图4所示，从实施例1碳钢在0.05％(体积浓度)SO2中暴露12小时、24小时和48小时后的XRD结果可以看出，样品在0.05％SO2气氛中不同周期的腐蚀产物，锈层中产物主要由硫酸盐、γ-FeOOH、α-FeOOH和氧化物Fe3O4组成；试验周期越长，铁的羟基氧化物和硫酸盐的相对含量越高，氧化物相对含量越低。这也符合碳钢在污染大气中的腐蚀产物随时间的变化规律。
Claims (7)
1.一种模拟工业污染大气腐蚀的加速试验装置，其特征在于：该装置设有反应箱、箱盖、进排气管、温湿度监测探头，反应箱内腔分成上下两层腔室，上层腔室为腐蚀室，下层腔室为气氛发生室；反应箱顶部活动安装有箱盖，箱盖上插装有进排气管和温湿度监测探头；在气氛发生室所在的反应箱侧壁上插装有进排气管。
2.按照权利要求1所述的模拟工业污染大气腐蚀的加速试验装置，其特征在于：反应箱加热为外部加热方式，在反应箱的底部设置有温控装置，反应箱内的温度范围为室温到50℃，并保持恒定。
3.按照权利要求1所述的模拟工业污染大气腐蚀的加速试验装置，其特征在于：腐蚀室内设有水平设置的试样托盘，样品按国家标准设计呈30度倾斜放置在试样托盘上。
4.按照权利要求1所述的模拟工业污染大气腐蚀的加速试验装置，其特征在于：腐蚀室内设有试样架，试样架设置于腐蚀室的反应箱内壁上，样品采用挂钩悬挂于试样架。
5.按照权利要求1所述的模拟工业污染大气腐蚀的加速试验装置，其特征在于：反应箱为耐蚀性不锈钢圆筒，箱盖的材料选用透明的PVC塑料板材，箱盖与反应箱采用紧固密封。
6.按照权利要求1所述的模拟工业污染大气腐蚀的加速试验装置，其特征在于：温湿度监测探头的一端伸至反应箱内，温湿度监测探头的另一端通过导线连至温湿度数显监测仪。
7.按照权利要求6所述的模拟工业污染大气腐蚀的加速试验装置，其特征在于：温湿度监测探头置于反应箱内上方，温湿度数显监控仪置于反应箱外侧。
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