CN104390905A - 一种模拟海洋多环境因素耦合腐蚀的试验方法及试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟海洋多环境因素耦合腐蚀的试验方法及试验系统，该试验系统包括一个环境试验舱，环境试验舱中加入人造海水和海沙，需要进行海洋腐蚀性能测试的样品放入其中，模拟海洋大气区、浪花飞溅区、潮差区、海水全浸区、海底沉积物区五个海洋腐蚀区，在所有样品周围设有紫外光系统、海水加热系统、造浪系统、潮差系统、淋雨系统和造风系统，在环境模拟舱外设有测控系统、紫外光调节系统、温度调节系统、造浪调节系统、潮差调节系统、淋雨调节系统、造风调节系统和水源，用以模拟海洋多环境因素耦合腐蚀条件。该试验系统操作简单，能够对海洋腐蚀环境进行模拟试验。本发明同时公开了模拟海洋多环境因素耦合腐蚀的试验方法。

Description

一种模拟海洋多环境因素耦合腐蚀的试验方法及试验系统

技术领域

本发明涉及海洋多环境因素模拟试验方法，具体是指一种模拟海洋多环境因素耦合腐蚀的试验方法及试验系统。

背景技术

进入21世纪，全球化已是大势所趋，各国经济来往越来越密切，海洋运输对世界的改变是巨大的。就中国而言，进出口货运总量的约90％都是利用海上运输。而海洋运输最重要的是解决海洋环境腐蚀问题。海洋环境是一种特定的非常复杂的腐蚀环境，在这种环境中，海水本身就是一种很强的腐蚀介质，同时波、浪、潮、流等又对金属构件产生低频往复应力和冲击作用，再加上海洋微生物、附着生物及它们的代谢产物等都对腐蚀过程产生直接或间接的加速作用。

腐蚀不仅对我国的资源、能源造成了非常大的浪费，而且对一些钢铁、水泥、混凝土等材料的腐蚀也进一步导致了相应的码头、船舶、桥梁发生突发性的灾难事件，给人们的生产生活安全带来了严重的危害。现在海洋腐蚀现象非常明显也非常严重，一直都是极受关注亟待解决的问题。试验研究海洋用材料的腐蚀行为与机理对于解决这个问题是很重要的。

目前材料海洋腐蚀试验主要是通过实海挂样，在海洋自然环境下试验。对于内陆地区，实海挂样十分不便，而对于沿海地区，也存在非常多问题：耗费大量人力和物力，试验周期长、样品易丢失等。国内现也有一些海洋环境腐蚀模拟试验设备，主要是针对单一海洋环境条件进行设计的，这对与复杂的海洋环境模拟不够全面，不能较真实反映材料在复杂海洋环境中的腐蚀行为与机理，对于研究开发耐腐蚀性能材料提供不了可靠依据。

因此，开展海洋环境腐蚀模拟试验方法研究，特别是能够较全面真实模拟海洋环境腐蚀状态，以更为准确方便地获取海洋用材料的腐蚀行为与机理信息是十分有必要的工作。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种模拟海洋多环境因素耦合腐蚀的试验方法，该试验方法成本低、易于模拟海洋各种不同环境因素耦合腐蚀，能够对研究海洋用材料腐蚀行为与机理的海洋腐蚀环境进行模拟试验。

本发明的上述目的采用如下技术方案来实现的：一种模拟海洋多环境因素耦合腐蚀的试验方法，该方法包括如下步骤：

(1)设置一个环境试验舱，在环境试验舱中加入人造海水和海沙，需要进行海洋腐蚀性能测试的样品放入其中，选取多个样品，有的样品完全浸入海水中，有的样品部分浸入海水、部分暴露在空气中，有的样品完全暴露在空气中，用于模拟海洋大气区、浪花飞溅区、潮差区、海水全浸区、海底沉积物区五个不同的海洋腐蚀区；

(2)在所有样品周围设置紫外光系统、海水加热系统、造浪系统、潮差系统、淋雨系统和造风系统，在环境模拟舱外设置测控系统、紫外光调节系统、温度调节系统、造浪调节系统、潮差调节系统、淋雨调节系统、造风调节系统和水源；

(3)通过测控系统操控相应的紫外光系统、海水加热系统、造浪系统、潮差系统、淋雨系统和造风系统，通过紫外光调节系统、温度调节系统、造浪调节系统、潮差调节系统、淋雨调节系统、造风调节系统调节对应的紫外光系统、海水加热系统、造浪系统、潮差系统、淋雨系统和造风系统，来模拟海洋多环境因素耦合腐蚀条件，对相应的样品进行海洋腐蚀性能测试，其中，

模拟晴天环境时，测控系统启动紫外光系统，同时，启动紫外光调节系统，将紫外辐照达到要求值；

模拟海洋温度时，测控系统启动海水加热系统，并调制温度调节系统，使海水达到现实海水温度；

模拟波浪环境时，测控系统启动造浪系统，并调制造浪调节系统，造浪周期在4～10s；

模拟潮差环境时，测控系统启动潮差系统，并调制潮差调节系统，将潮差设为半日潮或全日潮；

模拟刮风环境时，测控系统启动造风系统，并控制造风系统以0～20m/s的风速；

模拟淋雨环境时，测控系统启动淋雨系统，并调制淋雨系统与水源之间设置的管道上的电磁阀，使雨滴与样品表面碰撞时的角度成45°。

本发明可以做如下改进：模拟刮风环境时，测控系统同时启动和控制淋雨系统，以模拟刮风淋雨环境。

本发明可以做如下改进：模拟刮风环境时，测控系统同时启动和控制造浪系统，以模拟刮风起浪环境。

本发明可以做如下进一步改进：模拟刮风起浪环境时，测控系统同时启动和控制淋雨系统，以模拟刮风起浪淋雨环境。

本发明可以做如下改进：模拟晴天环境时，测控系统同时启动和控制刮风系统，以模拟晴天刮风环境。

本发明可以做如下进一步改进：模拟晴天刮风环境时，测控系统同时启动和控制造浪系统，以模拟晴天刮风起浪环境。

本发明的目的之二是提供一种模拟海洋多环境因素耦合腐蚀的试验系统，该试验系统操作简单，易于模拟海洋各种不同环境因素耦合腐蚀，能够对研究海洋用材料腐蚀行为与机理的海洋腐蚀环境进行模拟试验。

本发明的上述目的采用如下技术方案来实现的：一种模拟海洋多环境因素耦合腐蚀的试验系统，其特征在于：所述试验系统包括一个环境试验舱，所述环境试验舱中加入人造海水和海沙，需要进行海洋腐蚀性能测试的样品放入其中，所述样品为多个，有的样品完全浸入海水中，有的样品部分浸入海水、部分暴露在空气中，有的样品完全暴露在空气中，用于模拟海洋大气区、浪花飞溅区、潮差区、海水全浸区、海底沉积物区五个不同的海洋腐蚀区，在所有样品周围设有紫外光系统、海水加热系统、造浪系统、潮差系统、淋雨系统和造风系统，在所述环境模拟舱外设有测控系统、紫外光调节系统、温度调节系统、造浪调节系统、潮差调节系统、淋雨调节系统、造风调节系统和水源，所述的测控系统分别与紫外光系统、海水加热系统、造浪系统、潮差系统、淋雨系统和造风系统相连接，所述测控系统能够操控相应的紫外光系统、海水加热系统、造浪系统、潮差系统、淋雨系统和造风系统进行工作，用以模拟海洋多环境因素耦合腐蚀条件，从而对样品进行海洋腐蚀性能测试，所述的紫外光调节系统、温度调节系统、造浪调节系统、潮差调节系统、淋雨调节系统、造风调节系统分别与对应的紫外光系统、海水加热系统、造浪系统、潮差系统、淋雨系统和造风系统相连接，起到调节作用。

本试验系统可以模拟多种海洋环境，诸如模拟刮风环境时，测控系统同时启动和控制淋雨系统，以模拟刮风淋雨环境；

模拟刮风环境时，测控系统同时启动和控制造浪系统，以模拟刮风起浪环境；

模拟刮风环境时，测控系统同时启动和控制淋雨系统和造浪系统，以模拟刮风起浪淋雨环境；

模拟晴天环境时，测控系统同时启动和控制刮风系统，以模拟晴天刮风环境；

模拟晴天环境时，测控系统同时启动和控制刮风系统和造浪系统，以模拟晴天刮风起浪环境；

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)由于本发明在环境试验舱中加入海水、海沙和样品，在样品周围设有紫外光系统、海水加热系统、造浪系统、潮差系统、淋雨系统和造风系统，在环境模拟舱外设有测控系统、紫外光调节系统、温度调节系统、造浪调节系统、潮差调节系统、淋雨调节系统、造风调节系统和水源，因此，可以根据试验的实际需要，来选择各种不同的功能要求，用于模拟多种单一的海洋环境。

(2)由于本发明在一个环境试验舱中可以模拟多种不同的海洋环境，因此可以很有效的降低试验成本。

(3)由于本发明还可以同事使用多种功能要求，可以高效地模拟多种复杂的海洋环境，弥补了现有方法单一、不准确、不全面等不足。

(4)本发明成本低、易于真实模拟海洋各种不同环境，可以用于海洋码头、船舶、桥梁等领域的试验研究和材料耐腐蚀性能测试等。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明模拟海洋多环境因素耦合腐蚀的试验系统的示意框图。

附图标记说明

1、环境试验舱； 2、紫外光系统； 3、海水加热系统； 4、造浪系统；5、潮差系统； 6、淋雨系统； 7、造风系统； 8、测控系统；9监控系统； 10、紧急关闭系统； 11、水源； 12紫外光调节系统；13、温度调节系统； 14、造浪调节系统； 15、潮差调节系统；16、淋雨调节系统； 17、造风调节系统； 100、样品

具体实施方式

如图1所示的一种模拟海洋多环境因素耦合腐蚀的试验系统，该试验系统包括一个环境试验舱1，环境试验舱1中加入适量的人造海水和海沙，加入人造海水和海沙的量依据试验需要来定，需要进行海洋腐蚀性能测试的样品100放入其中，样品100为多个，有的样品100完全浸入海水中，有的样品100部分浸入海水、部分暴露在空气中，有的样品100完全暴露在空气中，用于模拟海洋大气区、浪花飞溅区、潮差区、海水全浸区、海底沉积物区五个不同的海洋腐蚀区，在所有样品100周围设有紫外光系统2、海水加热系统3、造浪系统4、潮差系统5、淋雨系统6和造风系统7，在环境模拟舱外设有测控系统8、紫外光调节系统12、温度调节系统13、造浪调节系统14、潮差调节系统15、淋雨调节系统16、造风调节系统17和水源11。

本发明中，测控系统8分别与紫外光系统2、海水加热系统3、造浪系统4、潮差系统5、淋雨系统6和造风系统7相连接，测控系统8能够操控相应的紫外光系统2、海水加热系统3、造浪系统4、潮差系统5、淋雨系统6和造风系统7进行工作，用以模拟海洋多环境因素耦合腐蚀条件，从而对样品100进行海洋腐蚀性能测试，紫外光调节系统12、温度调节系统13、造浪调节系统14、潮差调节系统15、淋雨调节系统16、造风调节系统17分别与对应的紫外光系统2、海水加热系统3、造浪系统4、潮差系统5、淋雨系统6和造风系统7相连接，起到调节作用。

本发明同时开公开了一种模拟海洋多环境因素耦合腐蚀的试验方法，该方法包括如下步骤：

(1)设置一个环境试验舱1，在环境试验舱1中加入人造海水和海沙，需要进行海洋腐蚀性能测试的样品100放入其中，选取多个样品100，有的样品100完全浸入海水中，有的样品100部分浸入海水、部分暴露在空气中，有的样品100完全暴露在空气中，用于模拟海洋大气区、浪花飞溅区、潮差区、海水全浸区、海底沉积物区五个不同的海洋腐蚀区；

(2)在所有样品100周围设置紫外光系统2、海水加热系统3、造浪系统4、潮差系统5、淋雨系统6和造风系统7，在环境模拟舱外设置测控系统8、紫外光调节系统12、温度调节系统13、造浪调节系统14、潮差调节系统15、淋雨调节系统16、造风调节系统17和水源11；

(3)通过测控系统8操控相应的紫外光系统2、海水加热系统3、造浪系统4、潮差系统5、淋雨系统6和造风系统7，通过紫外光调节系统12、温度调节系统13、造浪调节系统14、潮差调节系统15、淋雨调节系统16、造风调节系统17调节对应的紫外光系统2、海水加热系统3、造浪系统4、潮差系统5、淋雨系统6和造风系统7，来模拟海洋多环境因素耦合腐蚀条件，对相应的样品100进行海洋腐蚀性能测试，其中，

模拟晴天环境时，测控系统8启动紫外光系统2，同时，启动紫外光调节系统12，将紫外辐照达到要求值；

模拟海洋温度时，测控系统8启动海水加热系统3，并调制温度调节系统13，使海水达到现实海水温度；

模拟波浪环境时，测控系统8启动造浪系统4，并调制造浪调节系统14，造浪周期在4～10s；

模拟潮差环境时，测控系统8启动潮差系统5，并调制潮差调节系统15，将潮差设为半日潮或全日潮；

模拟刮风环境时，测控系统8启动造风系统7，并控制造风系统7以0～20m/s的风速；

模拟淋雨环境时，测控系统8启动淋雨系统6，并调制淋雨系统6与水源11之间设置的管道上的电磁阀，使雨滴与样品100表面碰撞时的角度成45°。

本发明中，环境试验舱1为环境模拟试验的场所，环境试验舱1需要满足试验条件：

环境试验舱1加入海水和海沙。

环境试验舱1需要能够满足机构强度、结构刚度和稳定性要求。

试验样品100连成一长串，悬挂于样品架上，使得有的样品完全浸入海水中，有的样品部分浸入海水、部分暴露在空气中，有的样品完全暴露在空气中。

紫外光系统2包含两根UV340紫外灯管和辐照传感器。其中紫外灯管距离样品50mm，辐照传感器与样品100同平面。

海水加热系统3包含四个电加热器和一个温度传感器。四个加热器均匀分布在海水当中，温度传感器放置于海水中间处。

造浪系统4采用摇板式造浪，通过造波板的机械运动对水体施加扰动而产生波动，形成波浪。系统包括造波板、传动系统、减速器和电动机四部分。减速器和电动机都位于环境试验舱外面，给造浪系统4提供动力。

潮差系统5通过样品上下直线往复运动来实现潮差模拟，电机驱动定滑轮上的钢丝绳使得吊挂在样品架上的样品上下移动，有效地模拟海洋潮差状态。

淋雨系统6包含多个方向可调节的喷头，每个喷头都通过水管道与水源连接，水管道上设置有控制的电磁阀。

造风系统7在环境试验舱壁面上装有多个鼓风机，风向是单一风向，由舱壁指向试验舱中心的样品。

水源11是自来水。

测控系统8主要是由中央控制柜和上述各海洋环境模拟系统在现场设置的独立电控柜组成。比如在环境试验舱1内设置的辐照传感器、温度传感器、风速传感器和水压传感器等。中央控制柜可以对各海洋环境模拟系统的试验参数进行设定，也可以将收集到的各个传感器测量到的试验状态情况进行实时监测，还可以根据预先设定好的试验参数对各环境模拟系统的设备进行启停控制、紧急关机等操作。各个海洋环境模拟系统的电控柜根据中央电控柜的指令来对各自系统设备的运作进行进一步的控制调节、显示等操作。

在环境试验舱1里面设一个与测控系统进行电连接的监控系统9，用来监视记录环境试验舱内的试验情况，并对整个试验舱内试验的全过程进行摄像记录。

本发明进行海洋环境腐蚀模拟试验时，可以进行模拟如下多种海洋环境因素：：

1、进行模拟晴天环境时，测控系统8启动紫外光系统2，并通过辐照传感器接收到的辐照来调制紫外光调节系统12，控制紫外灯管的功率输出，将紫外辐照达到要求值。

2、进行模拟海洋温度时，测控系统8启动海水加热系统3，并通过温度传感器接收到的温度信息调制温度调节系统13，当测定值温度低于设置值时，电加热器通电加热，是海水从低温以较快的速率，及dT/dt>10K/h上升至接近设置值，使海水接近或达到现实海水温度。

3、进行模拟波浪环境时，测控系统8启动造浪系统4，并调制造浪调节系统14，控制电机功率和转速，使得造浪周期在4～10s，并调节摇板摆幅，控制人工造浪波高为一个样品高。

4、进行模拟潮差环境时，测控系统8启动潮差系统5，并调制潮差调节系统15，将潮差设为半日潮或全日潮。半日潮的潮差周期为12小时，全日潮的潮差周期为24小时。

5、进行模拟刮风环境时，测控系统8启动造风系统7，并控制造风系统7依照预先设定好的风向和风速工作，0～20m/s可调的风速，造风时间依据试验要求可调节，可以持续不断的吹风，也可以依据控制曲线要求进行吹风。

6、进行模拟淋雨环境时，测控系统8启动淋雨系统6，并调制淋雨系统6与水源之间水管道上的电磁阀，使雨滴与试样表面碰撞时的角度成45°，淋雨时间依据试验要求可调节。

7、进行模拟刮风淋雨环境时，测控系统8同时启动、控制造风系统7和淋雨系统6，测控系统8对造风系统7和淋雨系统6的具体控制方法如上所述，在此不再赘述。

8、进行模拟刮风起浪环境时，测控系统8同时启动、控制造浪系统4和造风系统7，测控系统8对造浪系统4和造风系统7的具体控制方法如上所述，在此不再赘述。

9、进行模拟刮风起浪淋雨环境时，测控系统8同时启动、控制造风系统7、造浪系统4和淋雨系统6，测控系统8对造风系统7、造浪系统4和淋雨系统6的具体控制方法如上所述，在此不再赘述。

10、进行模拟晴天刮风环境时，测控系统8同时启动、控制紫外光系统2和刮风系统7，测控系统8对紫外光系统2和造风系统7的具体控制方法如上所述，在此不再赘述。

11、进行模拟晴天刮风起浪环境时，测控系统8同时启动、控制紫外光系统2、刮风系统7和造浪系统4，测控系统8对紫外光系统2、造风系统7和造浪系统4的具体控制方法如上所述，在此不再赘述。

本发明的上述实施例并不是对本发明保护范围的限定，本发明的实施方式不限于此，凡此种种根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，对本发明上述结构做出的其它多种形式的修改、替换或变更，均应落在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种模拟海洋多环境因素耦合腐蚀的试验方法，该方法包括如下步骤：

(1)设置一个环境试验舱，在环境试验舱中加入人造海水和海沙，需要进行海洋腐蚀性能测试的样品放入其中，选取多个样品，有的样品完全浸入海水中，有的样品部分浸入海水、部分暴露在空气中，有的样品完全暴露在空气中，用于模拟海洋大气区、浪花飞溅区、潮差区、海水全浸区、海底沉积物区五个不同的海洋腐蚀区；

(2)在所有样品周围设置紫外光系统、海水加热系统、造浪系统、潮差系统、淋雨系统和造风系统，在环境模拟舱外设置测控系统、紫外光调节系统、温度调节系统、造浪调节系统、潮差调节系统、淋雨调节系统、造风调节系统和水源；

(3)通过测控系统操控相应的紫外光系统、海水加热系统、造浪系统、潮差系统、淋雨系统和造风系统，通过紫外光调节系统、温度调节系统、造浪调节系统、潮差调节系统、淋雨调节系统、造风调节系统调节对应的紫外光系统、海水加热系统、造浪系统、潮差系统、淋雨系统和造风系统，来模拟海洋多环境因素耦合腐蚀条件，对相应的样品进行海洋腐蚀性能测试，其中，

模拟晴天环境时，测控系统启动紫外光系统，同时，启动紫外光调节系统，将紫外辐照达到要求值；

模拟海洋温度时，测控系统启动海水加热系统，并调制温度调节系统，使海水达到现实海水温度；

模拟波浪环境时，测控系统启动造浪系统，并调制造浪调节系统，造浪周期在4～10s；

模拟潮差环境时，测控系统启动潮差系统，并调制潮差调节系统，将潮差设为半日潮或全日潮；

模拟刮风环境时，测控系统启动造风系统，并控制造风系统以0～20m/s的风速；

模拟淋雨环境时，测控系统启动淋雨系统，并调制淋雨系统与水源之间设置的管道上的电磁阀，使雨滴与样品表面碰撞时的角度成45°。

2.根据权利要求1所述的模拟海洋多环境因素耦合腐蚀的试验方法，其特征在于：模拟刮风环境时，测控系统同时启动和控制淋雨系统，以模拟刮风淋雨环境。

3.根据权利要求1所述的模拟海洋多环境因素耦合腐蚀的试验方法，其特征在于：模拟刮风环境时，测控系统同时启动和控制造浪系统，以模拟刮风起浪环境。

4.根据权利要求3所述的模拟海洋多环境因素耦合腐蚀的试验方法，其特征在于：模拟刮风起浪环境时，测控系统同时启动和控制淋雨系统，以模拟刮风起浪淋雨环境。

5.根据权利要求1所述的模拟海洋多环境因素耦合腐蚀的试验方法，其特征在于：模拟晴天环境时，测控系统同时启动和控制刮风系统，以模拟晴天刮风环境。

6.根据权利要求5所述的模拟海洋多环境因素耦合腐蚀的试验方法，其特征在于：模拟晴天刮风环境时，测控系统同时启动和控制造浪系统，以模拟晴天刮风起浪环境。

7.一种模拟海洋多环境因素耦合腐蚀的试验系统，其特征在于：所述试验系统包括一个环境试验舱，所述环境试验舱中加入人造海水和海沙，需要进行海洋腐蚀性能测试的样品放入其中，所述样品为多个，有的样品完全浸入海水中，有的样品部分浸入海水、部分暴露在空气中，有的样品完全暴露在空气中，用于模拟海洋大气区、浪花飞溅区、潮差区、海水全浸区、海底沉积物区五个不同的海洋腐蚀区，在所有样品周围设有紫外光系统、海水加热系统、造浪系统、潮差系统、淋雨系统和造风系统，在所述环境模拟舱外设有测控系统、紫外光调节系统、温度调节系统、造浪调节系统、潮差调节系统、淋雨调节系统、造风调节系统和水源，所述的测控系统分别与紫外光系统、海水加热系统、造浪系统、潮差系统、淋雨系统和造风系统相连接，所述测控系统能够操控相应的紫外光系统、海水加热系统、造浪系统、潮差系统、淋雨系统和造风系统进行工作，用以模拟海洋多环境因素耦合腐蚀条件，从而对样品进行海洋腐蚀性能测试，所述的紫外光调节系统、温度调节系统、造浪调节系统、潮差调节系统、淋雨调节系统、造风调节系统分别与对应的紫外光系统、海水加热系统、造浪系统、潮差系统、淋雨系统和造风系统相连接，起到调节作用。