CN103196819B - 一种适用于测试材料腐蚀行为的深海环境模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种适用于测试材料腐蚀行为的深海环境模拟装置。包括高压釜、模拟深海环境的静水压力控制系统和模拟环境监测控制系统；模拟深海环境的静水压力控制系统包括氮气瓶、氧气瓶、水箱、补液箱和液压泵，水箱中存放人工海水，由水泵向补液箱中注入人工海水，氮气瓶、氧气瓶与补液箱相连，液压泵连接于补液箱与高压釜之间将达到溶解氧含量要求的人工海水注入高压釜中述模拟环境监测控制系统包括复合传感器、工作电极、参比电极、温度控制装置、单片机信号处理器和计算机。能够模拟材料在深海环境下腐蚀介质的静水压力、环境温度、溶解氧含量、pH值、流速和盐度等特征环境参数，用于材料在模拟深海环境中相关腐蚀电化学行为的测试工作。

Description

一种适用于测试材料腐蚀行为的深海环境模拟装置

技术领域

本发明涉及的是一种用于进行材料腐蚀行为的深海环境模拟装置。

背景技术

深海蕴藏着极其丰富的自然资源，开发这些资源需要母船、水下作业机器人、深海空间站和深海运输管线等深海仪器设备，诸多的设备在深海环境中服役会不可避免地遭遇腐蚀问题。材料在深海环境中的腐蚀研究工作主要分为两类：一类是材料的深海挂片试验，此类实验西方国家在20世纪60年代就开始材料在深海环境腐蚀挂片研究，美国、挪威、英国、俄罗斯、印度等国在材料的实海腐蚀试验方面的累积了一定的研究数据，但此类研究工作技术难度高，对资金的投入要求巨大，不能进行在线的腐蚀电化学测试；另外一类是简单的环境参数模拟研究，如哈尔滨工程大学早期采用气压高压釜进行材料腐蚀行为研究，中科院金属研究所和北京科技大学也开展了类似研究工作。目前进行的研究工作装置侧重于利用高纯氮气对模拟深海环境的静水压力进行控制，对材料进行腐蚀实验和腐蚀电化学数据的测量，真实的深海环境其实是一种海水由于重力作用产生的静水压力，故目前的实验装置由于使用氮气加压尚不能真实地模拟深海环境，且测试结果由于大量使用人工操作引入误差，测试结果存在一定的差异，特别对需要长时间测试的诸如重防腐涂层一类的材料在模拟深海环境中的测试结果由于不能及时更换腐蚀介质且需要研究人员长期值守导致对测试装置试验结果影响较大，有可能掩盖材料腐蚀电化学数据的细微差别，故不能真实反映材料的腐蚀行为。因此，发明一种直接利用腐蚀介质加压提供静水压力、自动补液，同时能够实现模拟环境温度、溶解氧含量、流速、pH值和盐度等深海环境参数的计算机实时监控和自动控制，能够实现长时间无人值守，尽可能真实地模拟深海腐蚀环境的深海环境模拟装置变得十分必要。目前此类深海环境模拟装置还没有见诸报导。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能真实地模拟深海腐蚀环境，消除由于人为因素引入实验数据的误差，实现实验过程中的长时间无人值守成的适用于测试材料腐蚀行为的深海环境模拟装置。

本发明的目的是这样实现的：

包括高压釜、模拟深海环境的静水压力控制系统和模拟环境监测控制系统；

所述模拟深海环境的静水压力控制系统包括氮气瓶、氧气瓶、水箱、补液箱和液压泵，水箱中存放人工海水通过水位传感器器控制水泵自动控制开关、由水泵向补液箱中注入人工海水，氮气瓶、氧气瓶与补液箱相连，补液箱中安装有溶解氧传感器，液压泵连接于补液箱与高压釜之间将达到溶解氧含量要求的人工海水注入高压釜釜腔中；

所述模拟环境监测控制系统包括复合传感器、工作电极、参比电极、温度控制装置、单片机信号处理器和计算机，复合传感器、工作电极和参比电极安装于高压釜顶盖底部，温度控制装置与高压釜外套相连，复合传感器、温度控制装置与单片机信号处理器相连，单片机信号处理器与计算机相连，单片机信号处理器还与设置于补液箱上的氧气与氮气自动控制开关、溶解氧传感器、水泵自动控制开关、水位传感器以及液压泵相连。

本发明还可以包括：

1、在高压釜顶盖上安装无级变速电机，高压釜釜腔内部设置螺旋桨，无级变速电机与螺旋桨相连。

2、所述复合传感器为探测高压釜釜腔中人工海水的温度、静水压力、溶解氧含量、盐度和流速的传感器。

3、高压釜顶盖底部安置多组贯穿高压釜顶盖的电极安装套，所述工作电极、参比电极安装在电极安装套上。

4、高压釜釜盖处设置第一压力表和第二压力表，高压釜釜盖上安装有添加物加注口。

为了尽可能真实地模拟深海腐蚀环境，消除由于人为因素引入实验数据的误差，实现实验过程中的长时间无人值守成为可能。本发明提供了一种适用于测试材料腐蚀行为的深海环境模拟装置，该深海环境模拟装置利用人工海水液压加压，提供需要的静水压力，不仅能进行普通的材料腐蚀失重实验、腐蚀电化学数据的采集，实现环境参数温度、溶解氧含量、盐度、pH值、静水压力、腐蚀介质流速的有效控制，尤其还能够在实验数据的采集过程中实现环境参数的实时监控、实验装置长时间工作无人值守，能够长期稳定的提供模拟深海环境，实现深海腐蚀模拟装置尽可能真实模拟深海环境的特点。

本发明高压釜釜体所有零件采用钛合金代替常用的不锈钢进行加工制造，避免由于利用腐蚀介质人工海水直接进行加压获得静水压力，高压釜釜体和腐蚀介质的直接接触使常用的不锈钢釜体腐蚀的情况发生，影响深海模拟装置的有效使用。利用液压泵直接加注腐蚀介质，通过腐蚀介质的加入提供所需的静水压力，代替原来的氮气加压，利用自动控制设备控制液压泵工作时间控制静水压力。利用无级变速电动机为螺旋桨装置提供一个可以控制的人工海水流速。利用与计算机连接的传感器和自动控制部件为高压釜中的人工海水提供温度、溶解氧含量、pH值、静水压力、盐度和流速的稳定控制，实现深海环境模拟装置的环境参数实时监控、长时间工作无人值守、自动补液的有效使用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的深海环境模拟装置连续36小时工作温度控制检测结果。

图3a-图3b为80个大气压力条件下除氧30分钟后进行316L不锈钢EIS测试结果，其中图3a为Nyquist图；图3b为Bode图。

图4a-图4b为80个大气压力条件下进行316L不锈钢EIS测试结果，其中图4a为Nyquist图；图4b为Bode图。

图5为80个大气压力条件下除氧30分钟与未出氧条件下进行316L不锈钢动电位极化曲线测试结果。

具体实施方式

结合图1，水箱3中存放人工海水通过水位传感器器7控制水泵自动控制开关9使水泵4及时向补液箱5中注入人工海水，高纯氮气瓶1、高纯氧气瓶2与补液箱5相连，通过溶解氧传感器6控制氧气与氮气自动控制开关8使氮气和氧气通入补液箱，达到所需的溶解氧浓度；补液箱中的人工海水溶解氧含量达到设定要求时，液压泵10开始工作，将达到溶解氧含量要求的人工海水注入高压釜11釜腔中，高压釜11顶盖上安装无级变速电机15，与之相连的螺旋桨13深入高压釜釜腔内部，为人工海水提供所需的流速，高压釜11顶盖底部放置复合传感器12，探测高压釜釜腔中人工海水的温度、静水压力、溶解氧含量、盐度和流速等环境参数，高压釜11顶盖底部安置有6组贯穿高压釜11顶盖电极安装套14，用于安装工作电极、参比电极和对电极进行腐蚀电化学数据的测试；釜盖处设置第一压力表16和第二压力表17，用于对复合传感器12做有效补充，高压釜11釜盖上安装有添加物加注口18，用于实现不间断实验进行，向人工海水中加注缓蚀剂和其它实验物质的要求，温度控制装置19与高压釜外套相连，控制高压釜11釜腔中人工海水温度参数。氧气与氮气自动控制开关8、溶解氧传感器6、水泵自动控制开关9、水位传感器7、复合传感器12、液压泵10、无级变速电机15、温度控制装置19均与单片机信号处理器20相连，单片机信号处理器20与计算机21相连，实现计算机21对深海环境模拟装置环境参数的自动控制和长时间无人值守稳定工作。

Claims (3)

1.一种适用于测试材料腐蚀行为的深海环境模拟装置，包括高压釜、模拟深海环境的静水压力控制系统和模拟环境监测控制系统，

所述模拟深海环境的静水压力控制系统包括氮气瓶、氧气瓶、水箱、补液箱和液压泵，水箱中存放人工海水通过水位传感器控制水泵自动控制开关、由水泵向补液箱中注入人工海水，氮气瓶、氧气瓶与补液箱相连，补液箱中安装有溶解氧传感器，液压泵连接于补液箱与高压釜之间将达到溶解氧含量要求的人工海水注入高压釜釜腔中；

所述模拟环境监测控制系统包括复合传感器、工作电极、参比电极、温度控制装置、单片机信号处理器和计算机，复合传感器、工作电极和参比电极安装于高压釜顶盖底部，温度控制装置与高压釜外套相连，复合传感器、温度控制装置与单片机信号处理器相连，单片机信号处理器与计算机相连；

其特征是：

单片机信号处理器还与设置于补液箱上的氧气与氮气自动控制开关、溶解氧传感器、水泵自动控制开关、水位传感器以及液压泵相连；

在高压釜顶盖上安装无级变速电机，高压釜釜腔内部设置螺旋桨，无级变速电机与螺旋桨相连，高压釜釜盖处设置第一压力表和第二压力表，高压釜釜盖上安装有添加物加注口。

2.根据权利要求1所述的适用于测试材料腐蚀行为的深海环境模拟装置，其特征是：所述复合传感器为探测高压釜釜腔中人工海水的温度、静水压力、溶解氧含量、盐度和流速的传感器。

3.根据权利要求1或2所述的适用于测试材料腐蚀行为的深海环境模拟装置，其特征是：高压釜顶盖底部安置多组贯穿高压釜顶盖的电极安装套，所述工作电极、参比电极安装在电极安装套上。