CN102937565B - 一种模拟海洋飞溅区的腐蚀试验装置及试验方法 - Google Patents
一种模拟海洋飞溅区的腐蚀试验装置及试验方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开一种模拟海洋飞溅区腐蚀试验装置及其方法，包括箱体、储液箱、旋转试样架、传动系统、喷淋系统、光照系统、温控系统、过滤系统、时间控制系统和自动控制系统面板，箱体内设置有旋转试样架、喷淋系统、光照系统、温控系统；箱体外部安装传动系统与旋转试样架连接，箱体的下部为储液箱，溢流板设置在储液箱内，将储液箱分成沉淀池和清液池两部分，自动控制系统面板安装在储液箱上方，喷淋系统、光照系统、温控系统、时间控制系统都分别与自动控制系统面板相连接。
Description
技术领域
本发明涉及一种腐蚀试验装置及方法，特别是一种模拟海洋飞溅区的腐蚀试验装置及方法。
背景技术
海洋占地球表面的2/3以上，我国年腐蚀损失约占国民生产总值的5％，由腐蚀造成的经济损失已达一万亿元。在自然条件下，海洋环境腐蚀性很强，海洋腐蚀的损失约占总腐蚀损失的十分之一以上，同时海洋腐蚀对安全生产造成巨大威胁。海洋腐蚀环境通常分为海洋大气区、海洋飞溅区、海水潮差区、海水全浸区以及海泥区五个腐蚀区带，金属材料在海洋不同区带下的腐蚀情况不同。海洋飞溅区是海洋环境中金属构筑物遭受腐蚀最严重的区域。同一种金属材料，在浪花飞溅部位的腐蚀程度会比海水全浸部位高出3~10倍。目前海洋用钢海洋飞溅腐蚀试验，主要采用实海挂片来进行，但这种试验方法存在以下不足：试验周期一般较长，成本相对较高，难以实时检测腐蚀状态，并且试验数据离散性大，不利于针对特定因素进行分析。尤为严重的是，在试验中常因狂风暴雨和海浪的袭击而丢失试样，造成数据不全，使整个试验毁于一旦，前功尽弃。在新材料研发日新月异的今天，自然环境的腐蚀试验难以满足快速准确评价材料耐蚀性的需要。因此，通过开发实验室模拟海洋飞溅区腐蚀试验装置，来模拟材料在实际海洋飞溅区的腐蚀过程，能够在较短时间内取得大量科学合理的试验数据，对研究材料在实际海洋飞溅区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。
对于模拟海洋飞溅区腐蚀试验装置，目前已经公开了一些专利。如“耐候钢海水飞溅腐蚀试验装置”(公开号为：CN 2938075Y)，该装置通过恒温装置调节海水介质温度并使其保持恒温，由水泵抽取耐腐蚀容器下部的海水介质向耐腐蚀容器的内壁喷射，水流经折射形成对耐候钢试样的飞溅。通过调节水泵的喷射压力和喷射方向，改变所形成海水飞溅的形态，与通过恒温调节装置调节海水介质温度的手段相结合进行实验室内模拟飞溅试验；但缺点是采取溶液喷溅折射方式，并且试样是垂直固定放置，造成试样所受喷淋不均匀，不利于对试验结果进行科学地分析。并且由于喷淋系统缺少时间控制缺少时间控制装置，无法满足海洋飞溅区干湿交替的环境要求。“一种用于环境试验的海水飞溅模拟试验装置”(公开号为：CN 201514369U)也公开了一种模拟海水飞溅装置，该装置通过可摆动的喷头将要求的一定溶氧量的溶液喷淋到静止的试样上，通过防腐蚀溶液泵、回流管的调节和时间继电器的控制，实现了调整液滴的冲击力的大小和冲击时间；但缺点是该装置采取三组喷淋头直接喷到试样表面的方式，不同的喷头或者同一喷头不同位置均会造成喷溅量不一致，对试样结果会造成很大偏差。“海洋飞溅区模拟实验装置”(郭晓军等)，该文章介绍了一种利用电机带动搅拌转子以形成溶液的飞溅，通过调整电机的转速控制水的飞溅程度，来模拟海洋飞溅区波浪的大小，用气泵把空气注入水中调节水中溶氧量，并利用热电偶控温调节水温；但缺点是旋转转子转速的大小和转子在溶液中的位置决定了液滴飞溅到试样表面的力的大小，液滴飞溅冲击到试样表面产生的力无法调节，从而无法模拟不同飞溅冲击力度等多种因素腐蚀试验条件。
上述公开专利和论文都是关于海洋飞溅区室内模拟试验装置。但由于海洋飞溅区环境腐蚀影响因素较多，如盐度、光照、波浪大小、空气湿度、干湿交替等因素的综合影响。因此，为更客观准确地评价材料在飞溅区的腐蚀过程，需要在设计飞溅区室内模拟试验装置时尽可能考虑多种因素的综合作用，这对开发耐海洋飞溅区腐蚀新材料的研究是十分必要的。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种能够针对多种因素进行模拟，能够使试样所受溶液飞溅均匀并且可以开展多批试样同时进行的模拟海洋飞溅区腐蚀试验装置及试验方法。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
模拟海洋飞溅区的腐蚀试验方法，模拟海洋飞溅区不同温度、不同干湿周期、不同飞溅冲击力度等多种因素的腐蚀试验方法。具体是通过温控系统按照试验设计的温度进行控温，通过时间继电器调节，采用喷淋系统与光照系统交替作业的方式控制不同的干湿周期；通过调节喷淋的喷嘴压力来模拟海浪的不同飞溅冲击力度。
一种模拟海洋飞溅区腐蚀试验装置，包括箱体、储液箱、旋转试样架、传动系统、喷淋系统、光照系统、温控系统、过滤系统、时间控制系统和自动控制系统面板，箱体内设置有旋转试样架、喷淋系统、光照系统、温控系统；箱体外部安装传动系统与旋转试样架连接，箱体的下部为储液箱，溢流板设置在储液箱内，将储液箱分成沉淀池和清液池两部分，自动控制系统面板安装在储液箱上方，喷淋系统、光照系统、温控系统、时间控制系统都分别与自动控制系统面板相连接。
箱体前方安装玻璃窗口。
旋转试样架两侧为圆盘结构，两个圆盘间由横杆连接。
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自动控制面板连接。变速机通过传动轴与箱体内的旋转试样架相连接。
喷淋系统由耐蚀泵、管路和喷头组成。耐蚀泵将箱体内的腐蚀液送至矩形喷头，喷头向旋转试样架喷射液滴状腐蚀液，矩形喷头的设计以保证喷射均匀。
旋转试样架的转动由调速电机通过变速机传动实现，旋转试样架两侧的圆盘进行匀速转动，同时带动横杆上的试样进行匀速转动，使试样进行周期性均匀喷淋。
溢流板将储液箱分成沉淀池和清液池两部分，由试样滴落的带有锈蚀产物的腐蚀液在溢流板的沉淀池一侧蓄积，锈蚀产物进行沉淀，当液位超过溢流板后，上层清液溢至溢流板另一侧的清液池。
过滤系统中的耐蚀泵的进水口设有过滤网并置于储液箱的清液池中，保证耐蚀泵和喷头中不吸入过多的锈蚀产物；箱体底部设有排污阀。另外在旋转试样架下方设置带有网眼的隔板，即可以防止试片掉入溶液中，隔板上放置过滤网，又起到过滤溶液的作用。
光照系统位于旋转试样架的上方，由红外烘干灯管组成用于模拟日光照射、飞溅区的干湿交替环境并加速试样干燥。
时间控制系统由红外烘干灯时间继电器和喷淋时间继电器两部分组成，用于控制烘干和喷淋的交替工作。
温控系统由储液箱加热系统和箱体内加热系统两部分组成，温控系统包括加热管和温度传感器，并与自动控制系统面板相连接，可将工作溶液和箱体内工作环境加热至试验所需温度。
自动控制系统面板具体由总电源开关、储液箱水温控制数显仪，箱体温度控制数显仪，试样架调速电机控制仪，耐蚀泵流量控制仪，红外烘干灯开关，红外烘干灯时间继电器，喷淋开关、喷淋时间继电器所组成。
模拟海洋飞溅区腐蚀试验方法是：将试样悬挂于旋转试样架上，通过自动控制系统面板的控制，传动系统驱动旋转试样架，从而带动旋转试样架上的试样进行持续性匀速转动；而后采用喷淋系统与光照系统交替作业的方式，进行海浪冲击与干湿交替的模拟加速试验，喷淋系统抽取箱体清液池底部的溶液向试样进行喷淋，当喷淋结束时光照系统开始工作；试样受喷淋后滴落的带有锈蚀产物的腐蚀液首先经过旋转试样架下方的过滤系统滤去一定的锈蚀产物，随后腐蚀液在溢流板的沉淀池一侧蓄积，锈蚀产物进行沉淀，当液位超过溢流板后，上层清液溢至溢流板另一侧的清液池，喷淋系统再次抽取工作溶液进行喷淋，循环进行。
旋转试样架带动试样进行持续性匀速转动是通过自动控制系统面板上的试样架调速电机控制仪控制的；
喷淋系统与光照系统交替作业的方式是通过自动控制系统面板上的红外烘干灯开关，红外烘干灯时间继电器，喷淋开关、喷淋时间继电器控制的；
储液箱和箱体内的温度是通过自动控制系统面板上的储液箱水温控制数显仪和箱体温度控制数显仪控制的；
喷头喷溅量的大小是通过自动控制系统面板上的耐蚀泵流量控制仪控制的。
腐蚀试验结束后，关闭自动控制系统面板上的总电源开关，打开箱底排污阀，清理溶液。
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飞溅区腐蚀环境的腐蚀过程。
2、采用可以匀速转动的旋转试样架和矩形喷头，同时开展试样的数量较多，并且试样所受喷淋均匀，保证了试验数据的可靠性。
3、设置多重过滤系统，将沉淀物从腐蚀液中分开，使得循环使用的腐蚀液中的腐蚀产物对不会对试样进行干扰，又避免了腐蚀产物阻塞喷头。
4、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)在海洋飞溅区环境下的腐蚀模拟加速试验，并且可以针对多种因素进行模拟，可以在较短的时间内取得大量科学合理的试验数据，为研究材料在海洋飞溅区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为模拟海洋飞溅区腐蚀装置的主视图；
图2为模拟海洋飞溅区腐蚀装置的左视图；
图3为自动控制系统面板的结构示意图；
图4为旋转试样架的示意图。
1-箱体，2-旋转试样架，3-红外烘干灯，4-温度传感器，5-盖板，6-自动控制系统面板，7-过滤网，8-隔板，9-变速机，10-调速电机，11-车轮，12-沉淀池，13-溢流板，14-储液箱，15-清液池，16-排污阀，17-温度传感器，18-加热管，19-过滤网，20-耐蚀泵，21-加热管，22-喷头，23-玻璃窗口，24-总电源开关，25-储液箱水温控制数显仪，26-箱体温度控制数显仪，27-试样架调速电机控制仪，28-耐蚀泵流量控制仪，29-红外烘干灯开关，30-红外烘干灯时间继电器，31-喷淋开关、32-喷淋时间继电器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1～4所示，一种模拟海洋飞溅区腐蚀试验装置，包括箱体1、储液箱14、旋转试样架2、传动系统、喷淋系统、光照系统、温控系统、过滤系统、时间控制系统和自动控制系统面板6，箱体1内设置有旋转试样架2、喷淋系统、光照系统、温控系统；箱体1内旋转试样架2下方设置有网眼的隔板8，上部放置过滤网7；箱体1外部安装传动系统与旋转试样架2连接，箱体1的下部为储液箱14，溢流板13设置在储液箱14内，将储液箱分成沉淀池12和清液池15两部分，自动控制系统面板6安装在储液箱14上方，喷淋系统、光照系统、温控系统、时间控制系统都分别与自动控制系统面板6相连接。
箱体1由316L不锈钢焊接而成，内表面涂覆环氧树脂和玻璃纤维的混合物进行防腐处理，箱体1前方安装玻璃窗口23，用于操作者悬挂试样及观测试验过程。
旋转试样架2安装在箱体1上部两面侧壁上，用于悬挂试样。旋转试样架材质为聚四氟乙烯，试样架两侧为圆盘结构，两个圆盘间有6根横杆连接。
传动系统由调速电机10、变速机9和调速电机控制系统组成，调速电机控制系统与自动控制面板连接6。变速机9通过传动轴与箱体1内的旋转试样架2相连接。
喷淋系统由耐蚀泵20、管路和喷头22组成。耐蚀泵20将箱体内的腐蚀液送至聚四氟乙烯材质的矩形喷头22，由矩形喷头22向试样架喷射液滴状腐蚀液，矩形喷头22的设计以保证喷射均匀，矩形喷头22距离受喷溅的试样为0.3m。
光照系统由红外烘干灯管组成用于模拟日光照射、飞溅区的干湿交替环境并加速试样干燥。
时间控制系统由红外烘干灯时间继电器30和喷淋时间继电器32两部分组成，用于控制烘干和喷淋的交替工作。
温控系统由储液箱加热系统和箱体内加热系统两部分组成，温控系统包括加热管21、18和温度传感器4、17，并与自动控制系统面板6相连接，可将工作溶液和箱体1内工作环境加热至试验所需温度。
过滤系统中的耐蚀泵20的进水口设有过滤网19并置于储液箱14的清液池15中，保证耐蚀泵20和喷头22中不吸入过多的锈蚀产物；箱体1底部设有排污阀16。另外在旋转试样架2下方设置带有网眼的隔板8，即可以防止试片掉入溶液中，隔板8上放置过滤网7，又起到过滤溶液的作用。
自动控制系统面板6具体由总电源开关24、储液箱水温控制数显仪25，箱体温度控制数显仪26，试样架调速电机控制仪27，耐蚀泵流量控制仪28，红外烘干灯开关29，红外烘干灯时间继电器30，喷淋开关31、喷淋时间继电器32所组成。箱体1和储液箱14内盛有工作溶液(海水或模拟海水)，通过设置在箱体1外部的调速电机10和变速机9与自动控制面板6上的试样架调速电机控制仪27相连接，进而带动旋转试样架2进行转动。旋转试样架2下方有可拆卸的带有网眼的隔板8，隔板8上放置过滤网7，用于过滤腐蚀产物。箱体1内部上方安装红外烘干灯3，与自动控制系统面板6上的红外烘干灯开关29和红外烘干灯时间继电器30相连接，用于控制红外烘干灯3的开关和烘干加热时间；箱体1上部后侧内壁上安装矩形喷头22，与自动控制系统面板6上的喷淋开关31和喷淋时间继电器32连接，用于控制喷淋开关和喷淋时间；两者交替工作，实现模拟飞溅和光照的干湿交替过程。箱体1下部为储液箱14，内部设有溢流板13，溢流板13将储液箱14分成清液池15和沉淀池12两部分，溢流板13上方有一盖板5，用于防止储液箱14内溶液蒸发。耐蚀泵20安装在箱体1外部，进水口设有过滤网19抽取储液箱14清液池15底部的工作溶液通过矩形喷头22向试样进行喷淋，耐蚀泵20与自动控制系统面板6上的耐蚀泵流量控制仪28相连接，用于设置耐蚀泵20的流量，从而调节喷溅量的大小。储液箱14底部设有排污阀16，用于试验结束后清理腐蚀溶液。储液箱14内部的加热管18和温度传感器17与自动控制系统面板6上的储液箱水温控制数显仪25连接，用来控制及显示储液箱14内的溶液温度。箱体1内部的加热管21和温度传感器4与自动控制系统面板6上的箱体温控制数显仪26连接，用来控制及显示箱体1内的温度。自动控制面板6安装在箱体1外的储液箱14的上方，自动控制系统面板6上设有总电源开关24、储液箱水温控制数显仪25、箱体温度控制数显仪26、试样架调速电机控制仪27、耐蚀泵流量控制仪28、红外烘干灯开关29、红外烘干灯时间继电器30、喷淋开关31、喷淋时间继电器32。箱体1底部还设有车轮11，便于试验装置的移动。
本发明的工作程序为：用绝缘细线将尺寸为50mm*50mm*5mm试样悬挂在旋转试样架2上，储液箱14内注入适量的工作溶液(海水或者模拟海水)，关闭玻璃窗口23。打开自动控制系统面板6上的总电源开关24，调节储液箱水温控制数显仪25设置工作溶液温度为25℃，调节箱体温度控制数显仪26设置箱体1内温度为25℃，调节试样架调速电机控制仪27设置旋转试样架2的转速为10r/min，调节耐蚀泵流量控制仪28设置泵流量，设置调节喷溅量的大小为0.2Mpa，模拟浪花对材料的冲击作用的大小。设定每个周期为30min，其中喷淋时间为10min，光照时间为20min。打开红外烘干灯开关29、调节红外烘干灯时间继电器30，设置烘干加热时间为20min；打开喷淋开关31、调节喷淋时间继电器32，设置喷淋时间为10min，两者交替作业，进行海浪冲击和干湿交替的模拟加速试验。试样受喷淋后滴落的带有锈蚀产物的腐蚀液首先经过旋转试样架2下方的隔板8被过滤网7滤去一定的锈蚀产物，随后腐蚀液在溢流板13的沉淀池12一侧蓄积，锈蚀产物进行沉淀，当液位超过溢流板13后，上层清液溢至溢流板另一侧的清液池15。耐蚀泵20再次抽取工作溶液进行喷淋，循环进行。当结束试验时，关闭总电源开关24、打开排污阀16，清理腐蚀溶液。将试样从旋转试样架2上取下，观察表面形貌、分析腐蚀产物或按标准GB/T19292.4-2003所述方法计算腐蚀速率。
选取Q345进行模拟海洋飞溅区腐蚀试验，共采集4个时间点(192周期、384周期、768周期、1536周期)的腐蚀速率，每个时间点选用3组平行试样(1#、2#、3#)，试验数据如表1：
表1Q345不同试验周期的腐蚀速率(g/m2.h)
如表1所示，所采集的不同时间点的腐蚀速率，在同一个时间点平行试样的腐蚀速率均匀性较好，说明试样所受喷淋均匀，保证了试验数据的可靠性。
Claims (1)
1.一种模拟海洋飞溅区腐蚀试验方法，其特征在于：通过一种模拟海洋飞溅区腐蚀试验装置实现的，该装置包括箱体(1)、储液箱(14)、旋转试样架(2)、传动系统、喷淋系统、光照系统、温控系统、过滤系统、时间控制系统和自动控制系统面板(6)，箱体(1)内设置有旋转试样架(2)、喷淋系统、光照系统、温控系统；箱体(1)外部安装传动系统与旋转试样架(2)连接，箱体(1)的下部为储液箱(14)，溢流板(13)设置在储液箱(14)内，将储液箱分成沉淀池(12)和清液池(15)两部分，自动控制系统面板(6)安装在储液箱(14)上方，喷淋系统、光照系统、温控系统、时间控制系统都分别与自动控制系统面板(6)相连接；传动系统由调速电机(10)、变速机(9)和调速电机控制系统组成，调速电机控制系统与自动控制面板(6)连接，变速机(9)通过传动轴与箱体(1)内的旋转试样架(2)相连接；喷淋系统由耐蚀泵(20)、管路和喷头(22)组成，耐蚀泵(20)将箱体(1)内的腐蚀液送至喷头(22)，由喷头(22)向旋转试样架(2)喷射液滴状腐蚀液；旋转试样架两侧为圆盘结构；所述的喷头(22)为矩形；旋转试样架(2)下方设置带有网眼的隔板(8)，隔板(8)上放置过滤网(7)；光照系统位于旋转试样架(2)的上方，由红外烘干灯管组成用于模拟日光照射、飞溅区的干湿交替环境并加速试样干燥；时间控制系统由红外烘干灯时间继电器(30)和喷淋时间继电器(32)两部分组成，用于控制烘干和喷淋的交替工作；温控系统由储液箱加热系统和箱体内加热系统两部分组成，温控系统包括加热管(18、21)和温度传感器(17、4)，并与自动控制系统面板(6)相连接；自动控制系统面板(6)由总电源开关(24)、储液箱水温控制数显仪(25)，箱体温度控制数显仪(26)，试样架调速电机控制仪(27)，耐蚀泵流量控制仪(28)，红外烘干灯开关(29)，红外烘干灯时间继电器(30)，喷淋开关(31)、喷淋时间继电器(32)所组成；
具体方法为：将试样悬挂于旋转试样架(2)上，调节试样架调速电机控制仪(27)设置旋转试样架(2)的转速为10r/min，通过自动控制系统面板(6)的控制，传动系统驱动旋转试样架(2)，从而带动旋转试样架(2)上的试样进行持续性匀速转动；设定每个周期为30min，而后采用喷淋系统与光照系统交替作业的方式，其中喷淋时间为10min，光照时间为20min，打开喷淋开关(31)、调节喷淋时间继电器(32)，设置喷淋时间为10min，打开红外烘干灯开关(29)、调节红外烘干灯时间继电器(30)，设置烘干加热时间为20min；调节耐蚀泵流量控制仪(28)设置泵流量，设置调节喷溅量的大小为0.2Mpa，进行海浪冲击与干湿交替的模拟加速试验，喷淋系统抽取箱体(1)清液池(15)底部的溶液向试样进行喷淋，当喷淋结束时光照系统开始工作；试样受喷淋后滴落的带有锈蚀产物的腐蚀液首先经过旋转试样架(2)下方的过滤系统滤去一定的锈蚀产物，随后腐蚀液在溢流板(13)的沉淀池(12)一侧蓄积，锈蚀产物进行沉淀，当液位超过溢流板(13)后，上层清液溢至溢流板(13)另一侧的清液池(15)，喷淋系统再次抽取工作溶液进行喷淋，循环进行；旋转试样架(2)带动试样进行持续性匀速转动是通过自动控制系统面板(6)上的试样架调速电机控制仪(27)控制的；喷淋系统与光照系统交替作业的方式是通过自动控制系统面板(6)上的红外烘干灯开关(29)，红外烘干灯时间继电器(30)，喷淋开关(31)、喷淋时间继电器(32)控制的；调节储液箱水温控制数显仪(25)设置工作溶液温度为25℃，调节箱体温度控制数显仪(26)设置箱体(1)内温度为25℃，储液箱(14)和箱体(1)内的温度是通过自动控制系统面板(6)上的储液箱水温控制数显仪(25)和箱体温度控制数显仪(26)控制的；喷头(22)喷溅量的大小是通过自动控制系统面板(6)上的耐蚀泵流量控制仪(28)控制的；当结束试验时，关闭总电源开关(24)、打开排污阀(16)，清理腐蚀溶液，将试样从旋转试样架(2)上取下，观察表面形貌、分析腐蚀产物或按标准GB/T19292.4-2003所述方法计算腐蚀速率。
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