CN105987873A - 一种深海用涂料的模拟加速腐蚀试验方法及寿命预测方法 - Google Patents

Abstract

一种深海用涂料的模拟加速腐蚀试验方法，采用3.5％NaCl溶液作为试验介质，选取压力交变作为深海环境影响有机涂层老化的主要因素，并结合电化学交流阻抗方法进行原位监测，将失效历程与腐蚀试验结果相结合，获得有机涂层的腐蚀规律。一种深海用涂料的模拟加速腐蚀试验的寿命预测方法，建立一种人工神经网络模型，采用加速试验的参数压力及涂层的性能为输入，涂层的使用寿命为输出，该网络模型经过大量数据组训练之后，能够对处于不同压力下性能达到某一特定数值时的涂层的使用寿命作出预测。本发明的优点：适用于防护涂层在实验室内开展深海环境下模拟加速试验的场合，结合涂层失效过程中的电化学信息评价涂层的防护性能及使用寿命。

Description

一种深海用涂料的模拟加速腐蚀试验方法及寿命预测方法

技术领域

本发明涉及有机涂层的监测领域，涉及一种深海用涂料的模拟加速腐蚀试验方法及寿命预测方法。

背景技术

随着海洋事业日益发展，深海环境下作业设施越来越多。其中，服役金属材料主要防护手段之一即为在材料表面施加重防腐涂层。深海环境具有更为严苛的环境特点，对材料结构和功能可靠性的要求远高于陆地和浅海，因此，尽早地对涂层的性能和失效做出评价及预测具有十分重要的意义。目前深海腐蚀研究主要包括深海实海试验和实验室模拟试验，其中，实验室加速模拟试验可以避免实海试验高投入、长周期、观测困难的特点，而得到了广泛的采用。在实验室建立深海环境模拟装置，通过对压力、温度和溶解氧等参数的控制，实现对深海环境的模拟，通过增大环境参数的作用，可以实现涂层的快速失效。

基于实验室模拟试验的寿命预测方法可以有效减少试验周期及费用。寿命预测方法可分为物理模型方法和数据驱动方法两大类。物理模型方法通过失效机制建立失效发展模型，能够准确地对寿命做出预测，然而，真实反应失效机制的失效模型是很难建立的。由于监测数据和使役性能会随材料失效而变化，数据驱动方法通过建立监测数据与服役时间的关系，分析监测数据、使役性能和服役时间的相关性，对涂层寿命作出预测。

人工神经网络作为一种有效的数据处理方法，具有自学习能力、非线性、强制逼近的特点，已有研究者将其应用于材料腐蚀领域的研究。由于该方法在处理复杂、非线性问题方面具有独特的优势，而有机涂层的失效恰恰是多因素耦合作用导致的多种性能整体下降的结果，因而人工神经网络方法可以用于有机涂层的评价与预测。

发明内容

本发明的目的在于提供一种深海用涂料的模拟加速腐蚀试验方法及寿命预测方法，采用压力交变对涂层进行快速试验，利用电化学交流阻抗技术进行原位监测，以人工神经网络方法为数据分析手段，对涂层进行快速的评价预测。

本发明提供了一种深海用涂料的模拟加速腐蚀试验方法，其特征在于：采用3.5％NaCl溶液作为试验介质，选取压力交变作为深海环境影响有机涂层老化的主要因素，并结合电化学交流阻抗方法进行原位监测，将失效历程与腐蚀试验结果相结合，获得有机涂层的腐蚀规律，具体内容包括：

(1)试验装置：主体结构包括配有自动升降装置的高压釜、数控恒温槽以及氮气瓶；高压釜采用TA2钛合金加工制成，两者由周向分布的主螺栓、螺母紧固连接，釜体与釜盖依靠接触面的高精度和光洁度达到密封效果；釜盖上配有气相阀，利用高压氮气瓶通过进气口向釜内通入惰性气体实现气体加压；釜盖上装有压力表和爆破膜安全装置以确保安全；釜盖上还开了三个电极孔，并配有专门的电极套以满足密封的要求，可实现相应的原位电化学测试；

(2)交变压力加速试验：采用3.5％NaCl溶液为试验介质，试验温度保持在室温；交变压力条件设置为：交变幅度为常压与高静水压循环加载，以12小时为一个海水压力的交变周期，前半个周期为6小时，在高静水压下浸泡；后半个周期为6小时，在常压下浸泡，依次交替进行，浸泡20个周期共240小时；为了保证交变实验过程中高压釜内氧供应的充足，每次卸压后都需将釜盖打开，使空气能够充分的流通；

(3)涂层性能结果：利用电化学交流阻抗技术对涂层进行原位监测；以Bode图中频率f＝0.01Hz时的涂层阻抗Z作为反映浸泡时间t时涂层性能的指标。

一种深海用涂料的模拟加速腐蚀试验的寿命预测方法，其特征在于：建立一种人工神经网络模型，采用加速试验的参数压力及涂层的性能为输入，涂层的使用寿命为输出，该网络模型经过大量数据组训练之后，能够对处于不同压力下性能达到某一特定数值时的涂层的使用寿命作出预测，具体内容包括：

(1)建立数据库：将权利要求1所述的压力p、浸泡时间t、涂层阻抗Z建立数据库；

(2)人工神经网络模型训练：利用Matlab软件创建一人工神经网络模型，以压力p、涂层阻抗Z为网络输入，以浸泡时间t为网络输出，利用建立的数据库对该网络模型进行训练；

(3)利用训练好的人工神经网络模型进行预测：该训练好的网络模型即可对任意压力下涂层阻抗为某一值的涂层预测其使用时间，并进而预测其剩余使用寿命。

本发明的优点：

本发明所述的深海用涂料的模拟加速腐蚀试验方法及寿命预测方法，适用于防护涂层在实验室内开展深海环境下模拟加速试验的场合，结合涂层失效过程中的电化学信息评价涂层的防护性能及使用寿命。

附图说明

下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1为本发明深海环境模拟装置结构示意图；

图2为本发明采用的人工神经网络模型示意图；

图3为办发明采用的人工神经网络模型的训练结果示意图；

图4为本发明采用的人工神经网络模型的预测结果示意图；

图中，1.氮气瓶，2.气压阀，3.高压固态参比电极，4.热电偶，5.工作电极，6.辅助电极，7.压力表，8.自动升降装置，9.循环管路，10.控温箱，11.测温装置，12.高压釜。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供了一种深海用涂料的模拟加速腐蚀试验方法，其特征在于：采用3.5％NaCl溶液作为试验介质，选取压力交变作为深海环境影响有机涂层老化的主要因素，并结合电化学交流阻抗方法进行原位监测，将失效历程与腐蚀试验结果相结合，获得有机涂层的腐蚀规律，具体内容包括：

(1)试验装置：主体结构包括配有自动升降装置的高压釜、数控恒温槽以及氮气瓶；高压釜采用TA2钛合金加工制成，两者由周向分布的主螺栓、螺母紧固连接，釜体与釜盖依靠接触面的高精度和光洁度达到密封效果；釜盖上配有气相阀，利用高压氮气瓶通过进气口向釜内通入惰性气体实现气体加压；釜盖上装有压力表和爆破膜安全装置以确保安全；釜盖上还开了三个电极孔，并配有专门的电极套以满足密封的要求，可实现相应的原位电化学测试；

(2)交变压力加速试验：采用3.5％NaCl溶液为试验介质，试验温度保持在室温；交变压力条件设置为：交变幅度为常压与高静水压循环加载，以12小时为一个海水压力的交变周期，前半个周期为6小时，在高静水压下浸泡；后半个周期为6小时，在常压下浸泡，依次交替进行，浸泡20个周期共240小时；为了保证交变实验过程中高压釜内氧供应的充足，每次卸压后都需将釜盖打开，使空气能够充分的流通；

(3)涂层性能结果：利用电化学交流阻抗技术对涂层进行原位监测；以Bode图中频率f＝0.01Hz时的涂层阻抗Z作为反映浸泡时间t时涂层性能的指标。

一种深海用涂料的模拟加速腐蚀试验的寿命预测方法，其特征在于：建立一种人工神经网络模型，采用加速试验的参数压力及涂层的性能为输入，涂层的使用寿命为输出，该网络模型经过大量数据组训练之后，能够对处于不同压力下性能达到某一特定数值时的涂层的使用寿命作出预测，具体内容包括：

(1)建立数据库：将权利要求1所述的压力p、浸泡时间t、涂层阻抗Z建立数据库；

(2)人工神经网络模型训练：利用Matlab软件创建一人工神经网络模型，以压力p、涂层阻抗Z为网络输入，以浸泡时间t为网络输出，利用建立的数据库对该网络模型进行训练；

(3)利用训练好的人工神经网络模型进行预测：该训练好的网络模型即可对任意压力下涂层阻抗为某一值的涂层预测其使用时间，并进而预测其剩余使用寿命。

采用压力交变对有机涂层进行加速试验，交变幅度为常压与高静水压循环加载，以12小时为一个海水压力的交变周期，前半个周期(6小时)在高静水压下浸泡，后半个周期(6小时)在常压下浸泡，依次交替进行，浸泡20个周期共240小时高静水压选取了4个不同的压力值，包括3.5MPa、6.0MPa、8.1MPa、10.0MPa，共进行了4次不同交变压力下的加速试验。

利用电化学交流阻抗技术对涂层进行原位监测，以频率f＝0.01Hz时的涂层阻抗Z作为反映涂层性能的指标，将每次测试的浸泡时间t、压力值p、涂层阻抗Z作为一组数据(t,p,Z)，将所有测试后的数据结果建立数据库。

利用Matlab软件建立反馈型前馈网络(BP-ANN)模型，参数设置为：输入层与隐层传递函数为logsig，隐层与输出层传递函数为logsig，训练函数为trainlm，误差函数为MSE，误差期望为0.01。

采用(t,p,Z)数据库进行训练，将压力值p、涂层阻抗Z作为网络模型输入，浸泡时间t作为网络模型输出，附图3为训练结果。

将未参与训练的数据输入网络模型进行预测，附图4为预测结果，预测值与实测值极为接近，准确率达到84.8％，可见，该方法能够对涂层的使用寿命做出较为准确的预测。

Claims (2)

1.一种深海用涂料的模拟加速腐蚀试验方法，其特征在于：采用3.5％NaCl溶液作为试验介质，选取压力交变作为深海环境影响有机涂层老化的主要因素，并结合电化学交流阻抗方法进行原位监测，将失效历程与腐蚀试验结果相结合，获得有机涂层的腐蚀规律，具体内容包括：

(1)试验装置：主体结构包括配有自动升降装置的高压釜、数控恒温槽以及氮气瓶；高压釜采用TA2钛合金加工制成，两者由周向分布的主螺栓、螺母紧固连接，釜体与釜盖依靠接触面的高精度和光洁度达到密封效果；釜盖上配有气相阀，利用高压氮气瓶通过进气口向釜内通入惰性气体实现气体加压；釜盖上装有压力表和爆破膜安全装置以确保安全；釜盖上还开了三个电极孔，并配有专门的电极套以满足密封的要求，可实现相应的原位电化学测试；

(2)交变压力加速试验：采用3.5％NaCl溶液为试验介质，试验温度保持在室温；交变压力条件设置为：交变幅度为常压与高静水压循环加载，以12小时为一个海水压力的交变周期，前半个周期为6小时，在高静水压下浸泡；后半个周期为6小时，在常压下浸泡，依次交替进行，浸泡20个周期共240小时；为了保证交变实验过程中高压釜内氧供应的充足，每次卸压后都需将釜盖打开，使空气能够充分的流通；

(3)涂层性能结果：利用电化学交流阻抗技术对涂层进行原位监测；以Bode图中频率f＝0.01Hz时的涂层阻抗Z作为反映浸泡时间t时涂层性能的指标。

2.一种基于权利要求1所述的深海用涂料的模拟加速腐蚀试验的寿命预测方法，其特征在于：建立一种人工神经网络模型，采用权利要求1所述的加速试验的参数压力及涂层的性能为输入，涂层的使用寿命为输出，该网络模型经过大量数据组训练之后，能够对处于不同压力下性能达到某一特定数值时的涂层的使用寿命作出预测，具体内容包括：

(1)建立数据库：将权利要求1所述的压力p、浸泡时间t、涂层阻抗Z建立数据库；

(2)人工神经网络模型训练：利用Matlab软件创建一人工神经网络模型，以压力p、涂层阻抗Z为网络输入，以浸泡时间t为网络输出，利用建立的数据库对该网络模型进行训练；

(3)利用训练好的人工神经网络模型进行预测：该训练好的网络模型即可对任意压力下涂层阻抗为某一值的涂层预测其使用时间，并进而预测其剩余使用寿命。