CN103076273A

CN103076273A - 一种深浅海交变腐蚀环境模拟装置

Info

Publication number: CN103076273A
Application number: CN2012104219150A
Authority: CN
Inventors: 马力; 张繁; 闫永贵; 张海兵
Original assignee: 725th Research Institute of CSIC
Current assignee: 725th Research Institute of CSIC
Priority date: 2012-10-29
Filing date: 2012-10-29
Publication date: 2013-05-01
Anticipated expiration: 2032-10-29
Also published as: CN103076273B

Abstract

本发明属于海洋腐蚀与防护技术领域，涉及一种深浅海交变腐蚀环境模拟装置，通过控制压力、温度、溶解氧和pH值等参数的周期性变化，模拟不同深度海水交变的腐蚀环境，并在此环境下实现材料性能测试，用于评价材料在深浅海交变环境中的各项性能等，包括压力交变系统、盐度调节系统、pH值调节系统、温度控制系统、溶解氧调节系统、辅助调节系统、背压阀、中央控制台和上位计算机，通过调节介质温度、介质溶解氧和pH值模拟深海或高压环境参数，再通过压力交变系统，按照设置压力曲线进行压力改变，实现模拟深海交变环境，对材料性能评价；其结构原理简单，使用操作可靠，模拟效果真实，深浅海交变实验效果好，实用性强。

Description

一种深浅海交变腐蚀环境模拟装置

技术领域：

本发明属于海洋腐蚀与防护技术领域，涉及一种深浅海交变腐蚀环境模拟装置，通过控制压力、温度、溶解氧和pH值等参数的周期性变化，模拟不同深度海水交变的腐蚀环境，并在此环境下实现材料性能测试，可用于评价材料在深浅海交变环境中的各项性能等。

背景技术：

海洋环境对金属材料而言是一种苛刻的自然环境，服役于海洋环境的各种工程结构不可避免的要遭受海水腐蚀，深海环境对材料结构和功能可靠性的要求远高于陆地和浅海，与浅海环境相比，深海环境的压力、溶解氧含量、盐度、温度和pH值等发生变化时，材料的腐蚀行为、电化学保护技术和参数等也发生变化。因此，国内外均开展了深海腐蚀研究，以期为深海装备的设计选材提供依据。深海腐蚀研究主要包括深海实海试验和试验室模拟试验，实海模拟实验可获得材料在实际深海环境中的性能数据，但需要投入大量的人力、物力，投资高、周期长，观测困难，特别是在深海环境条件下，试验失败率高，试样丢损率大，因此，近年来，在实海试验及对实海环境参数的收集的基础上，又开展了试验室模拟试验研究，建立了深海环境模拟实验装置，通过对压力、温度和溶解氧等参数的控制，实现对深海环境进行模拟，从而为深海腐蚀研究提供了更为便利的条件。目前的相关研究表明，除环境参数本身对材料腐蚀性能的影响外，环境参数的交替变化也会影响材料的性能，如压力的交变可能引起材料的应力腐蚀、加速涂层老化等，但目前尚未见有可进行深浅海交变环境的模拟试验装置和相应的评价方法的公开报道。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计提供一种深浅海交变环境的模拟装置，使用该模拟装置建立相应的试验方法，对装备结构材料在深浅海交变环境中进行性能评价、腐蚀行为规律与机理、涂层老化规律与机理、阴极保护材料性能评价等研究提供硬件平台。

为了实现上述目的，本发明通过中控台输入压力交变模拟曲线，调整高压往复泵转速，调整高压泄压阀，从而进行压力交变调整，通过电磁截止阀和电磁换向阀进行保持压力设置；在建立后台关联数据库上，根据不同实海深度下对应的溶解氧和温度等数据进行相应的调整，实现深浅海交变环境的模拟，其交变周期可控且连续可调；采用三电极试验台架，解决高压下试样的固定问题与接线处透水等问题，通过穿壁耐压及防水绝缘深水接头进行信号提取，实现对材料在深浅海交变环境下腐蚀行为的实时测量，通过评价材料在深浅海交变环境中的性能获得其环境适应性数据。

本发明按功能区分包括压力交变系统、盐度调节系统、pH值调节系统、温度控制系统、溶解氧调节系统、辅助调节系统、背压阀、中央控制台和上位计算机，通过调节介质温度、介质溶解氧和pH值模拟深海或高压环境参数，再通过压力交变系统，按照设置压力曲线进行压力改变，实现模拟深海交变环境，实现对该环境下的材料性能评价、腐蚀机理研究、阴极保护材料电化学性能评价、有机和金属涂层的性能与防护效果评价的试验；主体结构包括实验舱、背压阀、数据采集控制器、上位计算机、变频器、止回阀、高压泵、阻尼器、氮气罐、氧气罐、制冷装置、储液罐、循环泵、搅拌机、搅拌室、闸阀、pH值测控单元和盐度测控单元；内腔式罐状结构的实验舱顶部和侧面分别与数据采集控制器电信息连通，构成检测回路，实验舱的底部侧面上通过背压阀与储液罐管道连通，实验舱的底部另一侧面上管道式通过阻尼器和止回阀接有高压泵，高压泵与储液罐管道连通，并通过变频器与数据采集控制器电信息连通；数据采集控制器还分别与搅拌室、搅拌机、制冷装置、循环泵、储液罐、氮气罐与氧气罐交汇点和上位计算机电信息连通，构成网络一体式数据采集与分析处理系统；氮气罐与氧气罐的交汇点与储液罐管道连接，制冷装置与储液罐管道电信连通，实现对储液罐的温度控制与调节；储液罐的顶部一侧通过闸阀与搅拌室管道连接，搅拌室的侧面外固定制有搅拌机，实现对搅拌室中的搅拌；搅拌室内腔中分别与pH值测控单元和盐度测控单元电信息连通并与数据采集控制器电信息连通，实现对搅拌室中的pH值和盐度的控制与调节；循环泵通过管道分别与搅拌室和储液罐底部内腔连通，实现液体的定量循环；上位计算机与数据采集控制器之间采用多端电缆电信息连通构成检测参数的采集处理、分析与显示系统，实现智能化参数采集检测与调控。

本发明涉及的深浅海交变腐蚀环境模拟装置的实验舱容积≥80L，压力为0～10MPa，控制误差≤±2%；温度为4～30℃，温度波动≤±1℃；溶解氧为0～8ppm；pH为7~9；深浅海交变周期通过软件进行设置，实现自动调节和控制，交变周期最小值为1min，通过电磁阀的开关实现压力交变，压力交变的波形为方波、正弦波或线性变化；通过数据库关联出的信息调节及控制温度、溶解氧等参数。

本发明与现有技术相比，通过对压力、温度，溶解氧等参数的连续控制和调节，实现深浅交变海水环境的试验室模拟，可以进行材料腐蚀性能评价、深海腐蚀机理研究，阴极保护材料电化学性能评价以及有机涂层和金属涂层的性能与防护效果评价，其结构原理简单，使用操作可靠，模拟效果真实，深浅海交变实验效果好，实用性强，可广泛用于各种海洋环境的模拟试验。

附图说明：

图1为本发明的主体结构原理示意框图。

图2为本发明涉及的实施例1的压力交变关系示意图。

图3为本发明涉及的实施例1的阳极溶解腐蚀形貌照片。

图4为本发明涉及的实施例2的压力交变关系示意图。

图5为本发明涉及的实施例2的阳极溶解腐蚀形貌照片。

具体实施方式：

下面通过实施例并结合附图对本发明作进一步描述。

本实施例按功能区分包括压力交变系统、盐度调节系统、pH值调节系统、温度控制系统、溶解氧调节系统、辅助调节系统、背压阀、中央控制台和上位计算机，通过调节介质温度、介质溶解氧和pH值模拟深海或高压环境参数，再通过压力交变系统，按照设置压力曲线进行压力改变，实现模拟深海交变环境，实现对该环境下的材料性能评价、腐蚀机理研究、阴极保护材料电化学性能评价、有机和金属涂层的性能与防护效果评价的试验；主体结构包括实验舱1、背压阀2、数据采集控制器3、上位计算机4、变频器5、止回阀6、高压泵7、阻尼器8、氮气罐9、氧气罐10、制冷装置11、储液罐12、循环泵13、搅拌机14、搅拌室15、闸阀16、pH值测控单元17和盐度测控单元18；内腔式罐状结构的实验舱1顶部和侧面分别与数据采集控制器3电信息连通，构成检测回路，实验舱1的底部侧面上通过背压阀2与储液罐12管道连通，实验舱1的底部另一侧面上管道式通过阻尼器8和止回阀6接有高压泵7，高压泵7与储液罐12管道连通，并通过变频器5与数据采集控制器3电信息连通；数据采集控制器3还分别与搅拌室15、搅拌机14、制冷装置11、循环泵13、储液罐12、氮气罐9与氧气罐10交汇点和上位计算机4电信息连通，构成网络一体式数据采集与分析处理系统；氮气罐9与氧气罐10的交汇点与储液罐12管道连接，制冷装置11与储液罐12管道电信连通，实现对储液罐12的温度控制与调节；储液罐12的顶部一侧通过闸阀16与搅拌室15管道连接，搅拌室15的侧面外固定制有搅拌机14，实现对搅拌室15中的搅拌；搅拌室15内腔中分别与pH值测控单元17和盐度测控单元18电信息连通并与数据采集控制器3电信息连通，实现对搅拌室15中的pH值和盐度的控制与调节；循环泵13通过管道分别与搅拌室15和储液罐12底部内腔连通，实现液体的定量循环；上位计算机4与数据采集控制器3之间采用多端电缆电信息连通构成检测参数的采集处理、分析与显示系统，实现智能化参数采集检测与调控。

本实施例采用在装置上方带有三孔的长板固定试样；圆柱形PVC螺纹螺杆配合正方形盖板固定阴极桶，两节圆柱形筒代表两组试样，同时进行一组平行样的测试。

实施例1：

本实施例对Al-Zn-In-Mg-Ti（1号）与Al-Zn-In-Mg-Ti-Ga-Mn（2号）进行电化学性能测试，试验依照《牺牲阳极电化学性能试验方法》GB/T 17848-1999，采用4天法试验；

试验压力：3MPa与4.5MPa交变，交变时间关系如图3所示；

试验时间：96小时；

温度：随压力（模拟深海深度）变化而变化；

溶解氧：4ppm；

实验结果：如表1和表2；

表1为开路电位与工作电位：

编号	OCP/V	1d/V	2d/V	3d/V	4d/V
						1#	-1.128	-1.062	-1.080	-1.004	-1.046
2#	-1.112	-1.067	-1.099	-1.077	-1.057

表2为电流效率：

编号	实际电容量/A·h/Kg	电流效率/%	失重/g
				1#	2496	85	0.9506
2#	2665	91	0.9547

实施例2：

本实施例对Al-Zn-In-Mg-Ti（1#）与Al-Zn-In-Mg-Ti-Ga-Mn（2#）进行电化学性能测试，试验依照《牺牲阳极电化学性能试验方法》GB/T 17848-1999，采用4天法试验；

试验压力:4.5与6MPa交变，其压力变化与时间关系如图4所示；

温度：随压力（模拟深海深度）变化而变化；

试验时间：96小时；

溶解氧：0.6ppm；

试验结果：如表3、表4所示；

表3为开路电位与工作电位：

编号	OCP/V	1d/V	2d/V	3d/V	4d/V
						1#	-1.154	-1.094	-1.201	-1.026	-1.100
2#	-1.166	-1.116	-1.096	-1.036	-1.113

表4为电流效率：

Claims

1.一种深浅海交变腐蚀环境模拟装置，其特征在于按功能区分包括压力交变系统、盐度调节系统、pH值调节系统、温度控制系统、溶解氧调节系统、辅助调节系统、背压阀、中央控制台和上位计算机，主体结构包括实验舱、背压阀、数据采集控制器、上位计算机、变频器、止回阀、高压泵、阻尼器、氮气罐、氧气罐、制冷装置、储液罐、循环泵、搅拌机、搅拌室、闸阀、pH值测控单元和盐度测控单元；内腔式罐状结构的实验舱顶部和侧面分别与数据采集控制器电信息连通，构成检测回路，实验舱的底部侧面上通过背压阀与储液罐管道连通，实验舱的底部另一侧面上管道式通过阻尼器和止回阀接有高压泵，高压泵与储液罐管道连通，并通过变频器与数据采集控制器电信息连通；数据采集控制器还分别与搅拌室、搅拌机、制冷装置、循环泵、储液罐、氮气罐与氧气罐交汇点和上位计算机电信息连通，构成网络一体式数据采集与分析处理系统；氮气罐与氧气罐的交汇点与储液罐管道连接，制冷装置与储液罐管道电信连通，实现对储液罐的温度控制与调节；储液罐的顶部一侧通过闸阀与搅拌室管道连接，搅拌室的侧面外固定制有搅拌机，实现对搅拌室中的搅拌；搅拌室内腔中分别与pH值测控单元和盐度测控单元电信息连通并与数据采集控制器电信息连通，实现对搅拌室中的pH值和盐度的控制与调节；循环泵通过管道分别与搅拌室和储液罐底部内腔连通，实现液体的定量循环；上位计算机与数据采集控制器之间采用多端电缆电信息连通构成检测参数的采集处理、分析与显示系统，实现智能化参数采集检测与调控。

2.根据权利要求1所述的深浅海交变腐蚀环境模拟装置，其特征在于模拟装置的实验舱容积≥80L，压力为0～10MPa；温度为4～30℃；溶解氧为0～8ppm；pH为7~9；深浅海交变周期最小值为1min，通过电磁阀的开关实现压力交变，压力交变的波形为方波、正弦波或线性变化；通过数据库关联出的信息调节及控制温度、溶解氧参数。