CN104764688A - 干湿循环紫外光照自动腐蚀试验箱及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明模拟海洋环境中潮汐区内有机材料的劣化的干湿循环紫外光照自动腐蚀试验箱及试验方法，箱体内部设置平行紫外光源系统、调节式试样挂架和温度探测系统，箱体外的顶面正中间位置设有电动提升装置，电动提升装置正下方钢性连接调节式试样挂架，调节式试样挂架上装有腐蚀试样；箱体顶面上还设置排风冷却系统和总控制系统；调节式试样挂架由调节螺栓和两个相同的试样台架组成；每个试样台架具有调节式试样挂架支撑杆、试样支座和横向支撑杆，腐蚀试样装在试样支座上；通过总控制系统联动控制干湿循环周期、紫外光光源、温度探头和通风冷却系统，电动提升装置定时自动提升和下降，自动化程度高，提高了实验结果的可靠性。

Description

干湿循环紫外光照自动腐蚀试验箱及试验方法

技术领域

本发明涉及一种腐蚀试验装置及方法，具体是模拟海洋环境中潮汐区内有机材料的劣化的试验箱及试验方法，广泛应用于有机涂层的防护性能评价和其他有机材料的寿命评估。

背景技术

海洋环境具有湿度大、温度高、腐蚀介质浓度高、紫外照射强等特征，且各环境条件变化频繁，因而各种材料腐蚀劣化较快，尤其是有机材料在海洋环境下的劣化失效尤为迅速。位于海洋潮汐区内的有机材料在干湿交替和强紫外光照射的双重作用下迅速失效，因此掌握潮汐区内有机材料的劣化规律、分析各种有机材料在潮汐区的失效特征具有重要意义。然而，潮汐区的现场腐蚀试验除受地理位置、现场条件等限制外，其实验周期较长且腐蚀数据和结果采集困难。因此，通常在实验室开展模拟潮汐区的腐蚀试验研究，而当前的模拟潮汐区环境多数是单纯的干湿交替，鲜有将干湿交替和紫外照射相结合起来考虑。仅有的将干湿交替和紫外照射相结合的模拟试验装置，其主要由升降螺杆、悬挂式试样挂架、紫外光源、实验箱体等组成，该试验装置通过转动升降螺杆将腐蚀试样浸泡于溶液或将其从溶液中取出以实现干湿交替，通过手动开启紫外光源以实现干湿交替和紫外照射，该试验装置操作过程全部为手动控制，因而获得的腐蚀参数误差较大，实验耗费大量人力，且实验操作人员容易受紫外光照辐射伤害。此外，其中的悬挂式试样挂架要求在腐蚀试样打孔以便将其悬挂在试样挂架上，而试样孔径处往往在腐蚀试验中优先腐蚀进而干扰实验结果。

发明内容

为解决潮汐区现场腐蚀试验周期长、腐蚀结果和数据采集困难，而现有的模拟试验装置不能精确控制相关参数、耗费大量人力等问题，本发明提出一种集合干湿交替和紫外光照射的自动腐蚀试验箱及试验方法，通过可编程控制器实现紫外光源、温度、干湿循环周期等相关腐蚀参数的精确自动控制。

  为实现以上目的，本发明干湿循环紫外光照自动腐蚀试验箱采用以下技术方案：腐蚀试验箱最外部是一个箱体，箱体下部分是方形的溶液浸泡区域、上部分是方形的干燥和紫外光光照区域，溶液浸泡区域中装有腐蚀性溶液，干燥和紫外光照区域的左右两边向外突出；箱体内部设置平行紫外光源系统、调节式试样挂架和温度探测系统，有两个平行紫外光源系统在箱体上部分向外突出的左右内壁上面对面地相互平行设置，温度探测系统位于其中一个平行紫外光源系统的上方；箱体外的顶面正中间位置设有电动提升装置，电动提升装置正下方钢性连接调节式试样挂架，调节式试样挂架上装有腐蚀试样；箱体顶面上还设置排风冷却系统和总控制系统；总控制系统通过控制线分别连接平行紫外光源系统、电动提升装置和排风冷却系统，总控制系统通过数据线连接温度探测系统。

进一步地，调节式试样挂架由调节螺栓和两个相同的试样台架组成，两个试样台架一左一右布置且通过调节螺栓连接；每个试样台架具有调节式试样挂架支撑杆、试样支座和横向支撑杆，有多个调节式试样挂架支撑杆的上端和下端各固定连接一个水平的横向支撑杆，在每个调节式试样挂架支撑杆上由上至下固定设置多个试样支座，腐蚀试样装在试样支座上。

本发明干湿循环紫外光照自动腐蚀试验箱的试验方法采用以下技术方案：其特征是包括以下步骤：

1）控制系统控制电动提升装置工作，带动调节式试样挂架和腐蚀试样下降至浸泡于腐蚀性溶液，到达设定的浸泡时间后，电动提升装置带动调节式试样挂架提出溶液并上升至箱体的上部分，使腐蚀试样与平行紫外光源系统的高度相等；总控制系统控制平行紫外光源系统和温度探测系统启动，对腐蚀试样进行紫外光照；

2）当温度探测系统检测到箱体内的温度超过设定的实验温度时，总控制系统控制排风冷却系统开启；当温度探测系统检测到箱体内的温度低于实验温度时，排风冷却系统关闭；当紫外光照时间达到设定时间，总控制系统控制平行紫外光源系统和温度探测系统均关闭，完成一次干湿交替和紫外光照循环实验；

3）重复步骤1）至2）直至完成设定的干湿交替和紫外光照循环次数；总控制系统控制电动提升装置、平行紫外光源系统、温度探测系统和排风冷却系统均关闭。

4）取下调节式试样挂架上的腐蚀试样，打开箱体底部锥形溶液导流口排出腐蚀溶液。

本发明采用上述技术方案后具有的有益效果是：

   1、本发明集干湿循环和紫外光照为一体，实现干湿循环和紫外光照的自动交替试验，可模拟有机材料在海洋潮汐区的腐蚀和失效，可对干湿交替周期、紫外光照时间、温度等参数进行精确控制，便于准确掌握腐蚀因素与材料劣化规律间的关联，同时节约大量人力、物力资源，降低实验成本且提高了实验效率。

   2、本发明通过总控制系统联动控制干湿循环周期、紫外光光源、温度探头和通风冷却系统，电动提升装置定时自动提升和下降，自动化程度高，只需在试验开始前设定干湿交替时间、实验温度、循环周期等参数，试验箱自动完成相关试验流程和实验参数的调节与控制，各试验参数在总控制系统中实时显示。

3、本发明实验箱体的紫外线照射区域可实现恒温控制，避免因长时间紫外光照射导致箱体内温度升高。通过总控制系统控制的温度和通风冷却在电动提升装置提升完成后自动开启，当温度探测系统测量的温度达到设定温度时，通风冷却系统启动，通过通风冷却保持腐蚀实验箱内温度恒定。

 4、本发明中的可调式试样挂架和平行紫外光源使试验箱内各腐蚀试样的腐蚀条件完全相同，腐蚀试样挂架通过调节螺母控制两个挂架间距，通过两个挂架夹紧腐蚀式样，与常见的悬挂腐蚀试样相比，可以避免挂片试样打孔处优先腐蚀对整个试样腐蚀试验的影响，提高了实验结果的可靠性和有效性，可信度高，重现性好。

  5、本发明在试验箱顶部设置的旋转式顶盖和紫外光源照射区域设定的横拉门式结构，可在不拆卸可调式试样挂架条件下检查腐蚀试样，对实验数据的采集、结果观察方便。

6、本发明安全性高。不锈钢外壳避免紫外光，加强了实验人员的安全性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式进一步阐述本发明；

图1为本发明干湿循环紫外光照自动腐蚀试验箱的结构主视图；

  图2 为图1所示腐蚀试验箱开启横拉门且转动顶盖后的正视图；

  图 3为图1所示及遮帘式通风口的布置示意图；

图4为图1所示腐蚀试验箱内部的调节式试样挂架的左视放大图。

  图中：1.箱体；2.平行紫外光源系统；3.电动提升装置；4.调节式试样挂架；5.排风冷却系统；6.温度探测系统；7.总控制系统；8.横拉门；9.转动轴；10.旋转式盖板；11.调节式试样挂架支撑杆；12.试样支座；13.调节螺栓；14.遮帘式通风口；15.过滤网；16.横向支撑杆。

具体实施方式

 参见图1-3，本发明干湿循环紫外光照自动腐蚀试验箱的最外部是一个箱体1，箱体1是方形。箱体1下部分是方形的溶液浸泡区域、上部分是方形的干燥和紫外光光照区域。溶液浸泡区域中装有腐蚀性溶液，溶液浸泡区域的上下高度H2为 500～800 mm，紫外光照区域的上下高度H1为700～1000 mm。其中上部分结构中左右两边向外突出，突出部分作为干燥和紫外光光源布置区域，上部分向外突部分的左右方向宽度为150～200 mm，以便紫外光源的高压汞灯和灯罩的布置。

箱体1内部设置平行紫外光源系统2、可调式试样挂架4和温度探测系统6。平行紫外光源系统2有两个，是高压汞紫外灯，两个平行紫外光源系统2在箱体1上部分向外突出的左右内壁上面对面地设置，相互平行，有利于提高腐蚀样品表面的光照强度的均匀性。温度探测系统6靠近且位于其中一个平行紫外光源系统2的上方。

箱体1外的顶面正中间位置安装电动提升装置3，调节式试样挂架4位于电动提升装置3的正下方，并且调节式试样挂架4上端钢性连接电动提升装置3，使调节式试样挂架4悬挂在箱体1内且调节式试样挂架4随着电动提升装置3上下竖直直线运动。

箱体1顶面上还设置排风冷却系统5，排风冷却系统5位于电动提升装置3的旁侧。排风冷却系统5的通风量为50~150m³/h。

箱体1的顶面盖板是旋转式盖板10，电动提升装置3固定在旋转式盖板10的正中间，旋转式盖板10的右侧通过竖直的转动轴9连接于箱体1的右侧，旋转式盖板10可绕转动轴9旋转后打开，同时带动电动提升装置3、排风冷却系统5和调节式试样挂架4移动，使调节式试样挂架4移动到箱体1外部，便于安装和取下试样。

在箱体1的上部分前侧设置一个向左拉的横拉门8。在箱体1上部分的左右侧壁上还面对面地开一个遮帘式通风口14，遮帘式通风口14处安装.过滤网15。温度探测系统6和同侧的遮帘式通风口14分别位于箱体1的前后端，即温度探测系统6和遮帘式通风口14两者分开，分别位于同侧的一个平行紫外光源系统2的前后。温度探测系统6的探测温度范围为-50~120℃。

在箱体1顶面处安装排风冷却系统5和总控制系统7，总控制系统7通过控制线分别连接平行紫外光源系统2、排风冷却系统5和电动提升装置3，总控制系统7通过数据线连接温度探测系统6。总控制系统7控制平行紫外光源系统2的照射和关闭，控制排风冷却系统5的工作和停止，控制电动提升装置3的提升和下降。温度探测系统6检测箱体1内的温度，并将温度信息传送给总控制系统7。

总控制系统7 由控制面板、时间控制组件、温度控制组件、紫外光源控制组件、通风控制组件和循环计数器构成。控制面板通过耐高温耐腐蚀的导线与时间控制组件、温度控制组件、紫外光源控制组件、通风控制组件和循环计数器分别相连。通过耐高温耐腐蚀的导线将时间控制组件分别与电动提升装置3和平行紫外光源系统2相连、将温度控制组件与温度探测系统6相连、将紫外光源控制组件与平行紫外光源系统2相连接、将通风控制组件与排风冷却系统5相连。通过控制面板和时间控制组件控制调节式试样挂架4的腐蚀浸泡时间和紫外光源系统2的光照时间。通过控制面板、温度控制组件、通风控制组件控制温度探测系统6和排风冷却系统5以调节试验箱的箱体1内温度，通过控制面板和循环计数器控制干湿循环周期数。

参见图1和图4，调节式试样挂架4由316L不锈钢加工而成，调节式试样挂架4具有调节式试样挂架支撑杆11、试样支座12和横向支撑杆16。调节式试样挂架支撑杆11呈竖直方向，采用直径在3～5 mm的不锈钢丝，多个调节式试样挂架支撑杆11的上端和下端各固定连接一个横向支撑杆16，横向支撑杆16呈水平方向。横向支撑杆16采用直径在10～16 mm的不锈钢棒。在每个调节式试样挂架支撑杆11上由上至下固定设置多个试样支座12，试样支座12采用1～2 mm不锈钢片。由两根横向支撑杆16、多个调节式试样挂架支撑杆11和多个试样支座12组成了一个试样台架。可调式试样挂架4由两个相同的试样台架和4个调节螺栓13组成，两个试样台架一左一右布置，两个试样台架通过调节螺栓13连接，以调节两个试样台架之间的间距，进而将矩形腐蚀试样通过试样支座12固定在调节式试样挂架4上，保证腐蚀试样的两个平面呈竖直布置。同一个试样台架中的相邻两个调节式试样挂架支撑杆11间距为15～25 mm。调节式试样挂架4的前后方向宽度为400～600 mm，上下高度为500～700 mm。通过调节螺栓13紧固后的两个试样台架的左右方向的间距为2～4 mm。整个调节式试样挂架4位于两个平行紫外光源系统2之间的中垂面上。

  电动提升装置3由行程为300～500 mm，推力500～2000 KN，推动速率为5～20 mm/s。

温度探测系统6由耐蚀性好的贵金属温度探头组成，探测温度范围为-50~120℃。

排风冷却系统5采用外吸式通风机，其通风效率为200~500m³/h。

在箱体1溶液浸泡区域顶部处的外侧设置容量为2~4 L的锥形漏斗以便添加溶液；箱体1的底板为锥形设计，设计一个锥形溶液导流口。

箱体1具有双层结构，内层为2～5mm厚的高强玻璃，外层为厚度为2～5mm厚的不锈钢钢板组成。

总控制系统7具有暂停功能，实验过程中需采集实验数据、观察腐蚀结果时，从总控制系统7暂停实验，然后拉动箱体1上部分的横拉门8，向右转动出旋转盖板10，即可对转动到箱体1外的调节式试样挂架4上的腐蚀试样进行分析、观察。

试验箱在试验时，按以下步骤完成试验：

  1、向左拉动横拉门8，向右旋转盖板10，将溶液加入箱体1中的下部分。

  2、拧开调节式试样挂架4上端的调节螺栓13，将试样直接装在试样支座12上，拧紧调节螺栓13。

3、向左转动旋转式盖板10封闭好箱体1的顶面，向右关闭横拉门8。

4、按照实验要求，在控制面板上设定浸泡时间，紫外光照时间、实验温度、循环次数。例如：设定浸泡时间8小时、紫外光照时间4小时、实验温度30度、循环次数50次。

5、由总控制系统7控制电动提升装置3工作，带动调节式试样挂架4下降至箱体1的下部分，将调节式试样挂架4和腐蚀试样浸泡于溶液中，时间控制组件开始计时。腐蚀试样浸泡到达设定的浸泡时间8小时后，电动提升装置3带动调节式试样挂架4上升至箱体1的上部分，将调节式试样挂架4和腐蚀试样提出溶液，使调节式试样挂架4的腐蚀试样与平行紫外光源系统2的高度相等。此时总控制系统7控制平行紫外光源系统2和温度探测系统6启动，平行紫外光源系统2对腐蚀试样进行紫外光照，时间控制组件开始紫外光照计时。当温度探测系统6检测到箱体1内的温度超过设定的实验温度30度时，总控制系统7控制排风冷却系统5开启；当温度探测系统6检测到箱体1内的温度低于实验温度30度时，总控制系统7控制排风冷却系统5关闭。当紫外光照时间达到设定的4小时时，总控制系统7控制平行紫外光源系统2和温度探测系统6均关闭，此时，循环计数器计1次循环周期，完成一次干湿交替和紫外光照循环实验。然后，控制电动提升装置3带动调节式试样挂架4再次下降，开始新的干湿交替和紫外光照循环实验周期。

6、在完成50次干湿交替和紫外光照循环周期后，总控制系统7控制电动提升装置3、平行紫外光源系统2、温度探测系统6和排风冷却系统5均关闭，循环计数器显示50。

7、向左拉动横拉门8，向右旋转盖板10，拧开调节式试样挂架4上部调节螺栓13，取下试样支座12上的腐蚀试样，拧紧调节螺栓13。

8、打开箱体1底部锥形溶液导流口，排出腐蚀溶液，并将旋转式盖板10复位，用清水将试样支座12和箱体1清洗干净。

Claims (8)

1.一种干湿循环紫外光照自动腐蚀试验箱，最外部是一个箱体（1），其特征是：箱体（1）下部分是方形的溶液浸泡区域、上部分是方形的干燥和紫外光光照区域，溶液浸泡区域中装有腐蚀性溶液，干燥和紫外光照区域的左右两边向外突出；箱体（1）内部设置平行紫外光源系统（2）、调节式试样挂架（4）和温度探测系统（6），有两个平行紫外光源系统（2）在箱体（1）上部分向外突出的左右内壁上面对面地相互平行设置，温度探测系统（6）位于其中一个平行紫外光源系统（2）的上方；箱体（1）外的顶面正中间位置设有电动提升装置（3），电动提升装置（3）正下方钢性连接调节式试样挂架（4），调节式试样挂架（4）上装有腐蚀试样；箱体（1）顶面上还设置排风冷却系统（5）和总控制系统（7）；总控制系统（7）通过控制线分别连接平行紫外光源系统（2）、电动提升装置（3）和排风冷却系统（5），总控制系统（7）通过数据线连接温度探测系统（6）。

2.根据权利要求1所述干湿循环紫外光照自动腐蚀试验箱，其特征是：调节式试样挂架（4）由调节螺栓（13）和两个相同的试样台架组成，两个试样台架一左一右布置且通过调节螺栓（13）连接；每个试样台架具有调节式试样挂架支撑杆（11）、试样支座（12）和横向支撑杆（16），有多个调节式试样挂架支撑杆（11）的上端和下端各固定连接一个水平的横向支撑杆（16），在每个调节式试样挂架支撑杆（11）上由上至下固定设置多个试样支座（12），腐蚀试样装在试样支座（12）上。

3.根据权利要求2所述干湿循环紫外光照自动腐蚀试验箱，其特征是：同一个试样台架中的相邻两个调节式试样挂架支撑杆（11）间距为15～25 mm，调节式试样挂架（4）的前后方向宽度为400～600 mm，上下高度为500～700 mm；调节螺栓（13）连接后的两个试样台架的左右方向的间距为2～4 mm，整个调节式试样挂架（4）位于两个平行紫外光源系统（2）之间的中垂面上。

4.根据权利要求1所述干湿循环紫外光照自动腐蚀试验箱，其特征是：箱体（1）的顶面盖板是旋转式盖板（10），电动提升装置（3）固定设在旋转式盖板（10）的正中间，旋转式盖板（10）的右侧通过竖直的转动轴（9）连接于箱体（1）的右侧，旋转式盖板（10）可绕转动轴（9）旋转后打开。

5.根据权利要求1所述干湿循环紫外光照自动腐蚀试验箱，其特征是：在箱体（1）的上部分前侧设置一个向左拉的横拉门（8）。

6.根据权利要求1所述干湿循环紫外光照自动腐蚀试验箱，其特征是：在箱体（1）上部分的左右侧壁上面对面地开一个遮帘式通风口（14），遮帘式通风口（14）处设过滤网（15）。

7.根据权利要求1所述一种干湿循环紫外光照自动腐蚀试验箱，其特征是：总控制系统（7 ）由控制面板、时间控制组件、温度控制组件、紫外光源控制组件、通风控制组件和循环计数器构成，控制面板与时间控制组件、温度控制组件、紫外光源控制组件、通风控制组件和循环计数器分别相连，时间控制组件分别与电动提升装置（3）和平行紫外光源系统（2）相连，温度控制组件与温度探测系统（6）相连，紫外光源控制组件与平行紫外光源系统（2）相连，通风控制组件与排风冷却系统（5）相连。

8.一种如权利要求1所述干湿循环紫外光照自动腐蚀试验箱的试验方法，其特征是包括以下步骤：

1）控制系统（7）控制电动提升装置（3）工作，带动调节式试样挂架（4）和腐蚀试样下降至浸泡于腐蚀性溶液，到达设定的浸泡时间后，电动提升装置（3）带动调节式试样挂架（4）提出溶液并上升至箱体（1）的上部分，使腐蚀试样与平行紫外光源系统（2）的高度相等；总控制系统（7）控制平行紫外光源系统（2）和温度探测系统（6）启动，对腐蚀试样进行紫外光照；

2）当温度探测系统（6）检测到箱体（1）内的温度超过设定的实验温度时，总控制系统（7）控制排风冷却系统（5）开启；当温度探测系统（6）检测到箱体（1）内的温度低于实验温度时，排风冷却系统（5）关闭；当紫外光照时间达到设定时间，总控制系统（7）控制平行紫外光源系统（2）和温度探测系统（6）均关闭，完成一次干湿交替和紫外光照循环实验；

3）重复步骤1）至2）直至完成设定的干湿交替和紫外光照循环次数；总控制系统（7）控制电动提升装置（3）、平行紫外光源系统（2）、温度探测系统（6）和排风冷却系统（5）均关闭；

4）取下调节式试样挂架（4）上的腐蚀试样，打开箱体（1）底部锥形溶液导流口排出腐蚀溶液。