CN103175774A - 一种模拟环境交变的腐蚀试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于腐蚀技术领域，涉及一种模拟环境交变的腐蚀试验装置，电解池上筒体的顶部和电解池下筒体底部中间挖制有小孔，拉伸试样从小孔穿过并通过密封橡胶圈密封；盐桥内放置有参比电极；电解池上筒体的另一侧开制有出水口，电解池下筒体的一侧开制有进水口；腐蚀溶液槽内的上部制有冷水管，腐蚀溶液槽内的下部制有热水管，腐蚀溶液槽与电解池下筒体和电解池上筒体连接；电解池下筒体的进水口上侧开制有进风口，进风口连接有鼓风机；冷凝装置、加热装置、温度传感器、温度电子感应开关和温度控制器连接组成温度控制装置；温度控制器中制有数据采集装置；其主体结构简单，原理可靠，制备成本低，试验效果好，环境参数易控，环境友好。

Description

一种模拟环境交变的腐蚀试验装置

技术领域：

本发明属于腐蚀技术领域，涉及一种金属材料在加载过程中进行环境交变的控制的腐蚀装置，能单独用于腐蚀模拟试验中试样所处腐蚀环境参数的控制，特别是一种模拟环境交变的腐蚀试验装置。

背景技术：

随着深海工程技术的快速发展，材料在深海环境下的腐蚀行为称为材料及腐蚀研究人员所极为关注的问题,深海环境的海水含氧量、温度、pH值、流速和压力等因素发生了较大变化，蛟龙号深潜器和水下机器人等深海工程装备在作业过程将经历从深海到浅海、浅海到深海的过程，这种深浅海海水环境因素的交变将影响材料及结构件腐蚀行为的变化，而海洋结构工程中任何受到应力或交变应力的构件都可能遭受到应力腐蚀或腐蚀疲劳破坏，这些腐蚀破坏将给国民经济带来重大经济损失，因此研究材料及构件，尤其是受力构件在交变环境下的腐蚀行为较为迫切。早在上世纪，国外研究者就已经提出了与疲劳机和拉伸机联合使用的腐蚀试验装置，此装置可控制腐蚀介质的温度、溶解氧含量、pH值、压力和试样的极化电位，但是不能实现环境交变的控制；国内也有相关发明，如申请号为200810146899.2的发明专利“一种在腐蚀疲劳过程中实现控温控湿设备”利用介质的循环流动实现金属材料腐蚀部位处于恒定的温度和介质浓度，可以实现不同腐蚀气氛中的腐蚀疲劳和应力腐蚀试验；申请号为200810012951.5的发明专利“在加载过程中实现同步干湿交替加速腐蚀的设备及其应用”公开了受应力试样在干湿交替、且处于一定湿度、温度环境的性能评定设备；但是以上两个专利提到的装置都不适合用于水溶液中的应力腐蚀和腐蚀疲劳试验；申请号为200810049624.7的发明专利“一种对金属材料进行腐蚀疲劳试验的海水循环系统”实现了循环海水中的低周腐蚀疲劳试验，解决了腐蚀疲劳试验中水介质的循环问题，但是仅局限于悬臂弯曲试样，且不能够控制海水环境因素；发明专利“一种腐蚀环境下疲劳裂纹扩展速率试验环境装置”（200810167021.7）和“一种电化学原位测量的电解池装置”（200810249619.0）分别实现了C(T)和三点弯曲试样在水介质中的裂纹扩展试验，但是未提到环境参数的调控；发明专利“一种为腐蚀疲劳试验提供模拟海洋环境的控制装置”（200910012789.1）可以实现材料在模拟流动海水区、潮差区、浪花飞溅区环境下的腐蚀疲劳试验，该专利采用盐度、pH值、温度等因素恒定的人工海水循环系统，不能实现环境因素的可调；发明专利“一种用于加载过程的多参数可调控电解池装置”(201110358029.3)可控制腐蚀溶液的温度、溶解氧含量、pH值和试样的极化电位，但是无法实现深浅海环境交变的控制。综上所述，在腐蚀疲劳和应力腐蚀过程中，目前尚未有能够实现材料及构件腐蚀疲劳及应力腐蚀过程中的深浅海环境交变条件的模拟装置，评定金属材料和构件深浅海环境交变过程的腐蚀疲劳和应力腐蚀性能，因此提供一种模拟深浅海环境交变条件的腐蚀试验装置十分重要。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计提供一种模拟海水环境因素交变的腐蚀试验装置，配合拉伸机或疲劳机实现环境交变条件的应力腐蚀或腐蚀疲劳试验，为应力或交变应力条件下金属材料深海环境的耐蚀性评价提供可靠手段，为深海装备的设计选材提供理论依据。

为了实现上述目的，本发明分为电解池装置、腐蚀溶液循环系统和电子控制系统三个功能部分，主体结构包括盐桥、参比电极、辅助电极、拉伸试样、出水口、电解池上筒体、电解池下筒体、光滑密封垫、进风口、密封橡胶圈、进水口、水泵进水电子感应开关、鼓风机电子感应开关、鼓风机、水泵、水泵出水电子感应开关、腐蚀溶液槽、热水管、冷凝管、温度传感器、温度控制器、冷凝装置、温度电子感应开关、加热装置、数据采集装置、环境因素交变电子感应开关、溶液含氧量控制装置、盐度控制装置和pH值控制装置；电解池装置包括电解池上筒体、电解池下筒体、辅助电极和参比电极，有机玻璃制成的电解池上筒体和电解池下筒体活塞式紧密结合，电解池上筒体的顶部和电解池下筒体底部中间挖制有小孔，小孔内壁的槽内放置有密封橡胶圈，拉伸试样从小孔穿过并通过密封橡胶圈密封，密封橡胶圈的弹性使拉伸试样与电解池上筒体和电解池下筒体紧密结合，防止溶液外漏；盐桥和辅助电极分别穿过电解池上筒体一侧开制的两个孔并采用与密封橡胶圈相同的密封结构，盐桥内放置有参比电极；电解池上筒体的另一侧开制有出水口，出水口用三氯甲烷粘上与出水管相同材质的玻璃管连接出水管；电解池下筒体的一侧开制有进水口，进水口用三氯甲烷粘上与出水管相同材质的玻璃管连接进水管；电解池下筒体内壁上侧开制有放置光滑密封垫的小槽，光滑密封垫使电解池上筒体与电解池下筒体紧密结合，防止溶液外漏；腐蚀溶液槽内的上部制有冷水管，腐蚀溶液槽内的下部制有热水管，腐蚀溶液槽分别通过进水管和出水管与电解池下筒体和电解池上筒体连接，由水泵及进出水管组成的循环水泵通过水泵进水电子感应开关和水泵出水电子感应开关实现腐蚀溶液的循环输送或停止输送；电解池下筒体的进水口上侧开制有进风口，进风口连接有鼓风机，当停止输送溶液时，鼓风机通过鼓风机电子感应开关自动开启，实现电解池装置中腐蚀溶液的干湿交替；腐蚀溶液槽内的热水管和冷水管分别与温度传感器连接，实现温度的交变；冷凝装置、加热装置、温度传感器、温度电子感应开关和温度控制器根据电学原理电信息连接组成温度控制装置；温度控制装置、溶液含氧量控制装置、盐度控制装置和pH值控制装置组合连通并通过环境因素交变电子感应开关实现对腐蚀溶液槽内的腐蚀溶液的含氧量、盐度和pH值的控制；温度控制器中制有数据采集装置。

本发明使用时，先将拉伸试样穿过电解池上筒体，在密封橡胶圈的作用下紧密结合并固定，将盐桥和辅助电极由下往上分别插入电解池上筒体一侧的两个小孔内，将盐桥和辅助电极与电解池上筒体接触部位缠上聚四氟胶带后固定，使盐桥的尖端和辅助电极的环状部分正对拉伸试样的中间部位；然后将电解池上筒体插入电解池下筒体中并在光滑密封垫的作用下紧密结合，使拉伸试样的两端露出电解池上筒体和电解池下筒体外部位的长度相等，再将参比电极安放在盐桥中，保证盐桥中饱和氯化钾溶液将参比电极浸没；应力腐蚀或腐蚀疲劳试验前将拉伸试样安装在拉伸试验机后连接出水口、进风口和进水口，在腐蚀溶液槽中充满试验所需的腐蚀溶液，启动温度控制器、溶液含氧量控制装置、盐度控制装置和pH值控制装置，盐度控制装置由水泵进水电子感应开关、鼓风机电子感应开关、水泵出水电子感应开关和环境因素交变电子感应开关实现控制，环境因素交变电子感应开关通过pH值控制装置控制。

本发明与现有技术相比，配合疲劳试验机或拉伸试验机可以实现环境交变条件下的应力腐蚀和腐蚀疲劳试验及该过程中的电化学测试，实现深浅海环境交变条件下材料的腐蚀试验、应力腐蚀试验和腐蚀疲劳试验；其主体结构简单，原理可靠，制备成本低，试验效果好，环境参数易控，环境友好。

附图说明：

图1为本发明的主体结构原理示意图。

图2为含氧量为5mg/L的海水在不同温度条件下，低合金钢焊接接头的应力应变曲线。

具体实施方式：

下面通过实施例并结合附图作进一步说明。

实施例:

本实施例分为电解池装置、腐蚀溶液循环系统和电子控制系统三个功能部分，主体结构包括盐桥1、参比电极2、辅助电极3、拉伸试样4、出水口5、电解池上筒体6、电解池下筒体7、光滑密封垫8、进风口9、密封橡胶圈10、进水口11、水泵进水电子感应开关12、鼓风机电子感应开关13、鼓风机14、水泵15、水泵出水电子感应开关16、腐蚀溶液槽17、热水管18、冷凝管19、温度传感器20、温度控制器21、冷凝装置22、温度电子感应开关23、加热装置24、数据采集装置25、环境因素交变电子感应开关26、溶液含氧量控制装置27、盐度控制装置28和pH值控制装置29；电解池装置包括电解池上筒体6、电解池下筒体7、辅助电极3和参比电极2，有机玻璃制成的电解池上筒体6和电解池下筒体7活塞式紧密结合，电解池上筒体6的顶部和电解池下筒体7底部中间挖制有小孔，小孔内壁的槽内放置有密封橡胶圈10，拉伸试样4从小孔穿过并通过密封橡胶圈10密封，密封橡胶圈10的弹性使拉伸试样4与电解池上筒体6和电解池下筒体7紧密结合，防止溶液外漏；盐桥1和辅助电极3分别穿过电解池上筒体6一侧开制的两个孔并采用与密封橡胶圈10相同的密封结构，盐桥1内放置有参比电极2；电解池上筒体6的另一侧开制有出水口5，出水口5用三氯甲烷粘上与出水管相同材质的玻璃管连接出水管；电解池下筒体7的一侧开制有进水口11，进水口11用三氯甲烷粘上与出水管相同材质的玻璃管连接进水管；电解池下筒体7内壁上侧开制有放置光滑密封垫8的小槽，光滑密封垫8使电解池上筒体6与电解池下筒体7紧密结合，防止溶液外漏；腐蚀溶液槽17内的上部制有冷水管19，腐蚀溶液槽17内的下部制有热水管18，腐蚀溶液槽17分别通过进水管和出水管与电解池下筒体7和电解池上筒体6连接，由水泵15及进出水管组成的循环水泵通过水泵进水电子感应开关12和水泵出水电子感应开关16实现腐蚀溶液的循环输送或停止输送；电解池下筒体7的进水口11上侧开制有进风口9，进风口9连接有鼓风机14，当停止输送溶液时，鼓风机14通过鼓风机电子感应开关13自动开启，实现电解池装置中腐蚀溶液的干湿交替；腐蚀溶液槽17内的热水管18和冷水管19分别与温度传感器20连接，实现温度的交变；冷凝装置22、加热装置24、温度传感器20、温度电子感应开关23和温度控制器21根据电学原理电信息连接组成温度控制装置；温度控制装置、溶液含氧量控制装置27、盐度控制装置28和pH值控制装置29组合连通并通过环境因素交变电子感应开关26实现对腐蚀溶液槽17内的腐蚀溶液的含氧量、盐度和pH值的控制；温度控制器21中制有数据采集装置25。

本实施例使用时，先将拉伸试样4穿过电解池上筒体6，在密封橡胶圈10的作用下紧密结合并固定，将盐桥1和辅助电极3由下往上分别插入电解池上筒体6一侧的两个小孔内，将盐桥1和辅助电极3与电解池上筒体6接触部位缠上聚四氟胶带后固定，使盐桥1的尖端和辅助电极3的环状部分正对拉伸试样4的中间部位；然后将电解池上筒体6插入电解池下筒体7中并在光滑密封垫8的作用下紧密结合，使拉伸试样4的两端露出电解池上筒体6和电解池下筒体7外部位的长度相等，再将参比电极2安放在盐桥1中，保证盐桥1中饱和氯化钾溶液将参比电极2浸没；应力腐蚀或腐蚀疲劳试验前将拉伸试样4安装在拉伸试验机后连接出水口5、进风口9和进水口11，在腐蚀溶液槽17中充满试验所需的腐蚀溶液，启动温度控制器21、溶液含氧量控制装置27、盐度控制装置28和pH值控制装置29，盐度控制装置28由水泵进水电子感应开关12、鼓风机电子感应开关13、水泵出水电子感应开关16和环境因素交变电子感应开关26实现控制，环境因素交变电子感应开关26通过pH值控制装置29控制。

Claims (1)

1.一种模拟环境交变的腐蚀试验装置，其特征在于分为电解池装置、腐蚀溶液循环系统和电子控制系统三个功能部分，主体结构包括盐桥、参比电极、辅助电极、拉伸试样、出水口、电解池上筒体、电解池下筒体、光滑密封垫、进风口、密封橡胶圈、进水口、水泵进水电子感应开关、鼓风机电子感应开关、鼓风机、水泵、水泵出水电子感应开关、腐蚀溶液槽、热水管、冷凝管、温度传感器、温度控制器、冷凝装置、温度电子感应开关、加热装置、数据采集装置、环境因素交变电子感应开关、溶液含氧量控制装置、盐度控制装置和pH值控制装置；电解池装置包括电解池上筒体、电解池下筒体、辅助电极和参比电极，有机玻璃制成的电解池上筒体和电解池下筒体活塞式紧密结合，电解池上筒体的顶部和电解池下筒体底部中间挖制有小孔，小孔内壁的槽内放置有密封橡胶圈，拉伸试样从小孔穿过并通过密封橡胶圈密封，密封橡胶圈的弹性使拉伸试样与电解池上筒体和电解池下筒体紧密结合，防止溶液外漏；盐桥和辅助电极分别穿过电解池上筒体一侧开制的两个孔并采用与密封橡胶圈相同的密封结构，盐桥内放置有参比电极；电解池上筒体的另一侧开制有出水口，出水口用三氯甲烷粘上与出水管相同材质的玻璃管连接出水管；电解池下筒体的一侧开制有进水口，进水口用三氯甲烷粘上与出水管相同材质的玻璃管连接进水管；电解池下筒体内壁上侧开制有放置光滑密封垫的小槽，光滑密封垫使电解池上筒体与电解池下筒体紧密结合，防止溶液外漏；腐蚀溶液槽内的上部制有冷水管，腐蚀溶液槽内的下部制有热水管，腐蚀溶液槽分别通过进水管和出水管与电解池下筒体和电解池上筒体连接，由水泵及进出水管组成的循环水泵通过水泵进水电子感应开关和水泵出水电子感应开关实现腐蚀溶液的循环输送或停止输送；电解池下筒体的进水口上侧开制有进风口，进风口连接有鼓风机，当停止输送溶液时，鼓风机通过鼓风机电子感应开关自动开启，实现电解池装置中腐蚀溶液的干湿交替；腐蚀溶液槽内的热水管和冷水管分别与温度传感器连接，实现温度的交变；冷凝装置、加热装置、温度传感器、温度电子感应开关和温度控制器根据电学原理电信息连接组成温度控制装置；温度控制装置、溶液含氧量控制装置、盐度控制装置和pH值控制装置组合连通并通过环境因素交变电子感应开关实现对腐蚀溶液槽内的腐蚀溶液的含氧量、盐度和pH值的控制；温度控制器中制有数据采集装置。