CN103454208B

CN103454208B - 一种干湿交替腐蚀环境模拟试验装置

Info

Publication number: CN103454208B
Application number: CN201310371000.8A
Authority: CN
Inventors: 张繁; 马力; 张海兵; 李亮
Original assignee: 725th Research Institute of CSIC
Current assignee: 725th Research Institute of CSIC
Priority date: 2013-08-23
Filing date: 2013-08-23
Publication date: 2015-12-23
Anticipated expiration: 2033-08-23
Also published as: CN103454208A

Abstract

本发明属于金属材料加速腐蚀与防护技术领域，涉及一种干湿交替腐蚀环境模拟试验装置，试验箱内部底端上制有试验架，试验箱左侧制有液位传感器，液位传感器上部制有排气阀，液位传感器下部制有第一温度传感器；试验箱右侧制有湿度传感器；试验箱内设置有喷嘴；喷雾储水箱的上端安装有第二温度传感器，喷雾储水箱内制有第一加热装置，喷雾储水箱右侧管线上制有电磁开关阀；储水箱内制有第二加热装置，储水箱左侧管线上分别制有第一电磁换向阀、循环泵和第二电磁换向阀；高压罐顶部左侧制有压力传感器，高压罐顶部右侧制有第三温度传感器，高压罐内部右侧制有第三加热装置；其结构简单，原理科学可靠，操作简便，自动化程度高。

Description

一种干湿交替腐蚀环境模拟试验装置

技术领域：

本发明属于金属材料加速腐蚀与防护技术领域，涉及一种干湿交替腐蚀环境模拟试验装置，能够对温度、溶解氧、pH值和湿度各项腐蚀相关参数进行控制，实现在实验室内模拟干湿交替的腐蚀环境，用于在干湿交替交替环境下的材料耐腐蚀性能评价与腐蚀机理研究、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。

背景技术：

海洋环境是一种苛刻的自然腐蚀环境，材料在海洋环境中均存在不同程度的腐蚀问题，处于干湿交替的部位为腐蚀的重灾区，如潜艇上层建筑、压载舱、船舶和海洋平台的水线区域等，在实际服役过程中，浸水时海水润湿结构表面，发生腐蚀，腐蚀产物滞留于结构表面；在浮出水面后，结构表面仍然存留海水电解质膜，且其盐度逐渐浓缩，暴露在空气中的薄液膜的氧气供应充分，氧气极化作用使金属腐蚀不断加速，为解决干湿交替部位的腐蚀问题，需掌握材料的干湿交替环境适应性数据。目前，材料的环境适应性数据由两种方法获得：一是实海环境评价，二是试验室模拟评价，实海环境试验投资高，风险大，周期长，因此试验室模拟评价的方法为更有效的方法，现有的模拟试验装置包括盐雾腐蚀试验箱、高低温湿热试验箱和周期间浸试验箱；盐雾试验箱仅能模拟常温高盐雾环境，无法模拟低温和干湿交替环境；高低温湿热试验箱能够进行高温、湿度控制，但没有盐雾控制和干湿交替；周期间浸试验箱主要进行常温～80℃的间浸试验，不能满足对于干燥状态下湿度和低温的控制，无法进行湿度、pH值和低温参数的调节，可控性差，且与实际干湿交替环境存在较大差异，造成试验结果与实际情况存在较大偏差，达不到模拟试验的基本目的。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计提供一种干湿交替腐蚀环境模拟试验装置，根据实际海洋干湿交替环境监测环境数据，在全浸状态下进行盐度、pH值监测和温度参数的调节，在干燥状态下通过气体喷雾控制湿度，采用加热储气罐，通过喷射高温气体间接控温，并通过介质循环、间接加热、空冷与直冷的方式，完成干燥与全浸状态下高低温的全自动切换，实现材料的耐腐蚀性能评价与腐蚀机理研究、阴极保护材料的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。

为了实现上述目的，本发明的主体结构包括第一温度传感器、试验箱、试验架、喷嘴、第一电磁阀、第一电磁换向阀、循环泵、第二电磁换向阀、第二电磁阀、电磁开关阀、储水箱、液位传感器、排气阀、湿度传感器、第二温度传感器、喷雾储水箱、第一加热装置、第二加热装置、气压泵、止回阀、高压罐、第三加热装置、减压阀、压力传感器和第三温度传感器；长方体结构的试验箱内部底端上固定制有试验架，试验箱的左侧固定制有液位传感器，液位传感器的上部制有排气阀，液位传感器的下部制有第一温度传感器；试验箱右侧靠近顶端处固定制有湿度传感器；试验箱内设置有喷嘴，喷嘴通过设置有第二电磁阀的管线与喷雾储水箱固定连接；喷雾储水箱的上端固定安装制有第二温度传感器，喷雾储水箱内制有第一加热装置，喷雾储水箱右侧管线上制有电磁开关阀，喷雾储水箱通过右侧管线与储水箱连接；长方体结构的储水箱内制有第二加热装置，储水箱左侧管线上分别制有第一电磁换向阀、循环泵和第二电磁换向阀；试验箱底部通过制有第一电磁阀的管线与高压罐相连，高压罐左侧通过制有止回阀的管线与气压泵连接；高压罐顶部左侧制有压力传感器，高压罐通过制有加压阀的管线与喷雾储水箱相连；高压罐顶部右侧制有第三温度传感器，高压罐内部右侧制有第三加热装置；试验箱、第一电磁换向阀、循环泵、第二电磁换向阀和电磁开关阀构成装置的干湿交替主要系统，通过循环泵和第一电磁换向阀、第二电磁换向阀的换向功能，使介质在试验箱和储水箱之间循环，从而使试验箱处于干燥或者全浸状态；第一电磁阀、气压泵、止回阀、高压罐、第三加热装置、减压阀、压力传感器和第三温度传感器联合实现控制试验箱干燥状态下的温度，第二电磁阀、第二温度传感器、喷雾储水箱、第一加热装置、第二加热装置和气压泵联合实现控制试验箱干燥状态下的湿度；第一电磁换向阀、循环泵、第二电磁换向阀、电磁开关阀和储水箱联合实现控制试验箱在全浸状态下的温度。

本发明采用常规的基于Labview图像化编程语言开发的软件测量温度、湿度、pH值和溶解氧，同时根据测量信号与输入对应的控制值进行比较，通过PID控制器，即比例-积分-微分控制器进行输出，控制对应的参数；通过人机对话界面，输入控制参数，经过中控台对相应动作元器件发出不同控制指令，实现对试验箱内干燥状态、全浸状态的参数进行控制，从而模拟实际干湿交替环境，同时设计三电极试验台架，通过穿壁耐压和防水绝缘深水接头进行信号提取，实现材料干湿交替环境下试验环境参数以及全浸状态下电化学参数的实时测量。

本发明涉及的试验箱容积不小于80L，温度为4～60℃，温度自动控制并连续可调；湿度为5%～95%RH，湿度连续可调，控制误差为±5%；pH值为7～9，自动控制并连续可调。

本发明涉及的干湿交替周期通过常规的基于Labview图像化编程语言开发的软件进行设置，实现自动调节和控制，干燥时间和全浸时间均可调，最小值为10min，最大值为999小时，循环周期为0～99次；通过电磁阀换向和电动泵的动作实现干湿交替，同时根据所处状态，对溶解氧温度、pH值、温度和湿度参数进行调节。

本发明实现干湿交替的具体过程为：启动装置后先进行查询液位，如果达不到液位要求，则加入介质，液位达到要求后进行下一步全浸试验，同时计时器开始计时；再根据各传感器测量值以及程序设定控制值，进行参数控制，同时进行定时查询，直到定时结束前一直进行全浸参数控制；定时结束后，排出介质，进行干燥状态试验，同时再次定时开始，根据各传感器的测量值以及设定控制值，进行干燥状态下参数控制，直到再次定时完成；再次定时结束后进行周期查询，未完成则跳转到全浸试验进行下一周期，直到查询周期完成后关闭装置。

本发明实现湿度控制的具体步骤为：先对试验箱所处状态进行查询，如果不处于干燥状态，则湿度控制停止；如果处于干燥状态，则根据湿度传感器测量值，与程序设定值，进行PID（比例-积分-微分）控制，湿度测量值小于湿度设定值，则打开喷雾开关，同时延时继电器开始动作，延时继电器动作完成后，进行下一步计时查询，计时未完成则一直等待，计时完成则返回状态查询。

本发明与现有技术相比，其结构简单，原理科学可靠，操作简便，自动化程度高，可以进行材料腐蚀性能评价、深海腐蚀机理研究、阴极包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。

附图说明;

图1为本发明的主体结构原理示意图。

图2为本发明涉及的软件操作界面示意图。

图3为本发明涉及的干湿交替控制系统的工作流程示意框图。

图4为本发明涉及的湿度控制系统的工作流程示意框图。

图5为本发明实施例1涉及的交变时间曲线图。

图6为本发明实施例1涉及的阳极腐蚀形貌图。

图7为本发明实施例2涉及的交变时间曲线图。

图8为本发明实施例2涉及的阳极腐蚀形貌图。

具体实施方式：

下面通过实施例并结合附图作进一步说明。

本实施例的主体结构包括第一温度传感器1、试验箱2、试验架3、喷嘴4、第一电磁阀5、第一电磁换向阀6、循环泵7、第二电磁换向阀8、第二电磁阀9、电磁开关阀10、储水箱11、液位传感器12、排气阀13、湿度传感器14、第二温度传感器15、喷雾储水箱16、第一加热装置17、第二加热装置18、气压泵19、止回阀20、高压罐21、第三加热装置22、减压阀23、压力传感器24和第三温度传感器25；长方体结构的试验箱2内部底端上固定制有试验架3，试验箱2的左侧固定制有液位传感器12，液位传感器12的上部制有排气阀13，液位传感器12的下部制有第一温度传感器1；试验箱2右侧靠近顶端处固定制有湿度传感器14；试验箱2内设置有喷嘴4，喷嘴4通过设置有第二电磁阀9的管线与喷雾储水箱16固定连接；喷雾储水箱16的上端固定安装制有第二温度传感器15，喷雾储水箱16内制有第一加热装置17，喷雾储水箱16右侧管线上制有电磁开关阀10，喷雾储水箱16通过右侧管线与储水箱11连接；长方体结构的储水箱11内制有第二加热装置18，储水箱11左侧管线上分别制有第一电磁换向阀6、循环泵7和第二电磁换向阀8；试验箱2底部通过制有第一电磁阀5的管线与高压罐21相连，高压罐21左侧通过制有止回阀20的管线与气压泵19连接；高压罐21顶部左侧制有压力传感器24，高压罐21通过制有加压阀23的管线与喷雾储水箱16相连；高压罐21顶部右侧制有第三温度传感器25，高压罐21内部右侧制有第三加热装置22；试验箱2、第一电磁换向阀6、循环泵7、第二电磁换向阀8和电磁开关阀10构成装置的干湿交替主要系统，通过循环泵7和第一电磁换向阀6、第二电磁换向阀8的换向功能，使介质在试验箱2和储水箱10之间循环，从而使试验箱2处于干燥或者全浸状态；第一电磁阀5、气压泵19、止回阀20、高压罐21、第三加热装置22、减压阀23、压力传感器24和第三温度传感器25联合实现控制试验箱2干燥状态下的温度，第二电磁阀9、第二温度传感器15、喷雾储水箱16、第一加热装置17、第二加热装置18和气压泵19联合实现控制试验箱2干燥状态下的湿度；第一电磁换向阀6、循环泵7、第二电磁换向阀8、电磁开关阀10和储水箱11联合实现控制试验箱2在全浸状态下的温度。

实施例1：

本实施例采用干湿交替腐蚀环境模拟试验装置对Al-Zn-In-Mg-Ti（1#）与Al-Zn-In-Mg-Ti-Ga-Mn（2#）进行电化学性能测试，采用4天法进行试验，试验时间为96小时，试验条件为4小时全浸与4小时干燥交替，溶解氧为6ppm，温度为25摄氏度，pH值为8，其控制曲线如图5所示，测试结果5表1和表2：

表1：开路电位与全浸时工作电位

编号	OCP/V	1d/V	2d/V	3d/V	4d/V
						1#	-1.128	-1.062	-1.08	-1.004	-1.046
2#	-1.112	-1.067	-1.099	-1.077	-1.057

表2：电流效率

编号	实际电容量/A·h/Kg	电流效率/%	失重/g
				1#	2496	85.6	0.4366
2#	2665	90.3	0.4442

实施例2：

本实施例采用干湿交替腐蚀环境模拟试验装置对Al-Zn-In-Mg-Ti（1#）与Al-Zn-In-Mg-Ti-Ga-Mn（2#）进行电化学性能测试，采用10天法试验，试验时间为96小时；试验条件为2小时全浸与6小时干燥交替，溶解氧为6ppm，温度为25摄氏度，pH值为8，其控制曲线如图7所示，测试结果如表3和表4所示。表3：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：电流效率

Claims

1.一种干湿交替腐蚀环境模拟试验装置，其特征在于主体结构包括第一温度传感器、试验箱、试验架、喷嘴、第一电磁阀、第一电磁换向阀、循环泵、第二电磁换向阀、第二电磁阀、电磁开关阀、储水箱、液位传感器、排气阀、湿度传感器、第二温度传感器、喷雾储水箱、第一加热装置、第二加热装置、气压泵、止回阀、高压罐、第三加热装置、减压阀、压力传感器和第三温度传感器；长方体结构的试验箱内部底端上固定制有试验架，试验箱的左侧固定制有液位传感器，液位传感器的上部制有排气阀，液位传感器的下部制有第一温度传感器；试验箱右侧靠近顶端处固定制有湿度传感器；试验箱内设置有喷嘴，喷嘴通过设置有第二电磁阀的管线与喷雾储水箱固定连接；喷雾储水箱的上端固定制有第二温度传感器，喷雾储水箱内制有第一加热装置，喷雾储水箱右侧管线上制有电磁开关阀，喷雾储水箱通过右侧管线与储水箱连接；长方体结构的储水箱内制有第二加热装置，储水箱左侧管线上分别制有第一电磁换向阀、循环泵和第二电磁换向阀；试验箱底部通过制有第一电磁阀的管线与高压罐相连，高压罐左侧通过制有止回阀的管线与气压泵连接；高压罐顶部左侧制有压力传感器，高压罐通过制有加压阀的管线与喷雾储水箱相连；高压罐顶部右侧制有第三温度传感器，高压罐内部右侧制有第三加热装置；试验箱、第一电磁换向阀、循环泵、第二电磁换向阀和电磁开关阀构成装置的干湿交替主要系统，通过循环泵和第一电磁换向阀、第二电磁换向阀的换向功能，使介质在试验箱和储水箱之间循环，从而使试验箱处于干燥或者全浸状态；第一电磁阀、气压泵、止回阀、高压罐、第三加热装置、减压阀、压力传感器和第三温度传感器联合实现控制试验箱干燥状态下的温度，第二电磁阀、第二温度传感器、喷雾储水箱、第一加热装置和气压泵联合实现控制试验箱干燥状态下的湿度；第一电磁换向阀、循环泵、第二电磁换向阀、电磁开关阀和储水箱联合实现控制试验箱在全浸状态下的温度。

2.根据权利要求1所述的干湿交替腐蚀环境模拟试验装置，其特征在于采用常规的基于Labview图像化编程语言开发的软件测量温度、湿度、pH值和溶解氧，同时根据测量信号与输入对应的控制值进行比较，通过PID控制器进行输出，控制对应的参数；通过人机对话界面，输入控制参数，经过中控台对相应动作元器件发出不同控制指令，实现对试验箱内干燥状态、全浸状态的参数进行控制，从而模拟实际干湿交替环境，同时设计三电极试验台架，通过穿壁耐压和防水绝缘深水接头进行信号提取，实现材料干湿交替环境下试验环境参数以及全浸状态下电化学参数的实时测量。

3.根据权利要求1所述的干湿交替腐蚀环境模拟试验装置，其特征在于涉及的试验箱容积不小于80L，温度为4～60℃，温度自动控制并连续可调；湿度为5％～95％RH，湿度连续可调，控制误差为±5％；pH值为7～9，自动控制并连续可调。

4.根据权利要求1所述的干湿交替腐蚀环境模拟试验装置，其特征在于干湿交替周期通过常规的基于Labview图像化编程语言开发的软件进行设置，实现自动调节和控制，干燥时间和全浸时间均可调，最小值为10min，最大值为999小时，循环周期为0～99次；通过电磁阀换向和循环泵的动作实现干湿交替，同时根据所处状态，对溶解氧、pH值、温度和湿度参数进行调节。

5.根据权利要求1所述的干湿交替腐蚀环境模拟试验装置，其特征在于实现干湿交替的具体过程为：启动装置后先进行查询液位，如果达不到液位要求，则加入介质，液位达到要求后进行下一步全浸试验，同时计时器开始计时；再根据各传感器测量值以及程序设定控制值，进行参数控制，同时进行定时查询，直到定时结束前一直进行全浸参数控制；定时结束后，排出介质，进行干燥状态试验，同时再次定时开始，根据各传感器的测量值以及设定控制值，进行干燥状态下参数控制，直到再次定时完成；再次定时结束后进行周期查询，未完成则跳转到全浸试验进行下一周期，直到查询周期完成后关闭装置。

6.根据权利要求1所述的干湿交替腐蚀环境模拟试验装置，其特征在于实现湿度控制的具体步骤为：先对试验箱所处状态进行查询，如果不处于干燥状态，则湿度控制停止；如果处于干燥状态，则根据湿度传感器测量值，与程序设定值，进行PID控制，若湿度测量值小于湿度设定值，则打开喷雾开关，同时延时计时器开始动作，延时计时器动作完成后，进行下一步计时查询，计时未完成则一直等待，计时完成则返回状态查询。