CN108896475A - 一种模拟多环境因素的盐雾/紫外耦合加速试验方法 - Google Patents
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Abstract
一种模拟多环境因素的盐雾/紫外耦合加速试验方法，属于环境监测领域。本发明将紫外辐照、盐雾喷雾、温度控制、湿度监测等功能耦合在同一个工作室内同时进行试验，以模拟海洋大气自然环境中的多种环境因素(辐照、氯离子、温度、湿度等)对材料的耦合加速腐蚀/老化作用。本发明利用高纯石英玻璃保护传感器防止盐雾对金属探头造成的腐蚀，采用既耐盐雾又耐老化的搪瓷材料构成箱体结构内层，实现了对紫外光辐照度、盐雾喷雾量、温度、工作时间等参数的数字化反馈调节。该多环境因素耦合加速试验的方法可用于防护涂层/金属体系、高分子材料、金属材料的海洋大气环境腐蚀/老化加速试验。
Description
所属技术领域
本发明属于环境监测领域，涉及室内加速腐蚀/老化试验方法，具体为一种模拟多环境因素的盐雾/紫外耦合加速试验方法。
背景技术
海洋大气环境下工程设施材料服役过程中，受到多环境因素(氯离子、光辐射、温度、水、干湿交替、冷热交替等)带来的物理与化学多场耦合作用，其腐蚀/老化不可避免。长期的腐蚀/老化导致材料失效，给材料安全服役带来威胁，甚至带来突发事件和重大经济损失，因此多环境因素耦合条件下的材料失效评价至关重要。
材料的失效评价试验包括自然暴晒试验和室内加速试验。通过长期的自然暴晒试验来检验材料的防护性能，效果真实可靠，但试验周期过长。室内加速试验可以缩短材料评价周期，现今与海洋大气环境相关的室内加速试验方法主要有单一的紫外老化、盐雾腐蚀或两者串联循环试验，这些方法能较好的模拟单一的光辐射、或氯离子等对材料的作用，在材料选材评价中应用广泛，并诞生了系列标准(如：GB/T 31881-2015《汽车非金属部件及材料紫外加速老化试验方法》，仅适用于模拟非金属材料在光辐照条件的老化加速；GBT10125-2012《人造气氛腐蚀试验盐雾试验》，仅利用盐雾环境加速材料的腐蚀)。但是，材料在海洋大气环境中是受到光辐射、氯离子等多重因素的耦合作用，上述室内加速试验方法无法实现海洋大气环境中多重因素对材料腐蚀/老化的耦合作用的研究。目前关于模拟海洋大气环境中多重因素对材料腐蚀/老化的盐雾/紫外耦合加速试验方法尚未见报道，限制了海洋大气环境材料腐蚀/老化的评价与基础研究。
模拟多环境因素的盐雾/紫外耦合加速试验方法的难点之一在于选材的矛盾，盐雾环境会对金属结构造成破坏，而现盐雾试验箱用的高分子基复合材料会受到紫外光的辐射破坏；另一难点在于传感器上的金属探头会受到盐雾气氛的腐蚀，无法精确读数及长期使用。
发明内容
本发明提出一种模拟多环境因素的盐雾/紫外耦合加速试验方法，将紫外辐照、盐雾喷雾、温度控制、湿度监测等功能耦合在同一工作室内同时进行试验，以模拟海洋大气自然环境中的多种因素(辐照、氯离子、温度、湿度等)对材料的耦合加速腐蚀/老化作用，并利用石英玻璃隔离盐雾气氛以保护金属探头，采用既耐盐雾又耐老化的搪瓷材料构成箱体结构内层，解决了选材上的矛盾，实现了紫外、盐雾等多环境因素对材料的耦合加速腐蚀/老化作用,为材料海洋大气环境失效的评价提供一种更科学的方法。
一种模拟多环境因素的盐雾/紫外耦合加速试验方法，其特征是：紫外辐照、盐雾喷雾、温度控制、湿度监测等功能耦合在同一工作室内同时进行试验，并实现对紫外光辐照度、盐雾喷雾量、温度、工作时间参数的数字化设置及反馈调节,主控制模块位于工作室正面，控制紫外辐照模块、盐雾喷雾模块、温度控制模块、湿度监测模块、电力模块等；采用触摸屏幕数字化设置辐照度、温度环境等参数，参数设置采用反馈控制；盐雾喷雾量范围为1.0-2.0ml/80cm2/h，材料表面的紫外辐照度范围为0-1W/m2，温度控制范围为30℃-70℃。
进一步地，所述紫外辐照模块由紫外灯管及其镇流器、高纯石英玻璃、辐照度传感器组成；紫外灯管及其镇流器、辐照度传感器采用可弯曲线路与主控制模块连接；所述紫外辐照的紫外灯管被置于工作室两侧，分别由两块石英玻璃挡板隔开，石英玻璃挡板与紫外灯管排列平面、试样架工作面平行，紫外灯管排列平面与试样架工作面的垂直距离为50～70mm，保证紫外光辐射的均匀性；辐照度传感器被置于试样架工作面中央，采用可弯曲线路连接主控制模块，由高纯石英玻璃包裹保护；辐照度传感器被高纯石英玻璃包裹，被置于试样架工作面中心；试样架工作面与紫外灯管排列平面、石英玻璃平行，与工作室底面呈59-61°倾斜角。为减少盐雾对辐照度的削弱，紫外灯管光源实际工作辐照度高于辐照度传感器监测到的辐照度。
进一步地，所述盐雾喷雾模块由盐水箱、盐雾塔组成。盐雾塔垂直置于工作室中央，高于试样架，与试样架工作面成29-31°夹角，保证盐雾均匀性。盐水箱置于工作室下方，与盐雾塔相连。
进一步地，所述温度控制模块由加热电阻丝、温度传感器组成。加热电阻丝置于工作室底部，温度传感器置于工作室两侧，加热电阻丝、温度传感器与主控制模块相连。
进一步地，对于温度控制模块，实际反馈温度与设置温度偏差小于0.5℃视为成功控制，若实际反馈温度高于设置温度超过0.5℃，加热停止，自然降温，若实际反馈温度低于设置温度超过0.5℃，重新加热，温度若超过70℃，系统报警并终止程序。
进一步地，所述湿度监测系模块依靠湿度传感器实施，湿度传感器置于工作室两侧，湿度传感器与主控制模块相连。
进一步地，所述工作室内层采用既耐盐雾又耐老化的搪瓷材料，衔接处采用聚四氟乙烯密封，搪瓷材料和密封材料均可更换，克服选材上的困难。
本发明的有益效果是，盐雾喷雾、紫外辐照可在同一个工作室同时进行，传感器金属探头由石英玻璃保护，工作室由搪瓷材料保护，克服了选材上的困难，并保证环境参数数字化反馈控制，实现了对材料的盐雾/紫外多环境因素耦合老化加速。
附图说明
图1是本发明的主体结构示意图。
图中1-工作室，2-高纯石英玻璃挡板，3-紫外灯管，4-试样架，5-温度传感器，6-湿度传感器，7-主控制模块，8-电力模块，9-盐水箱，10-加热电阻丝，11-高纯石英玻璃罩，12-辐照度传感器，13-盐雾塔。
具体实施方式
一种模拟多环境因素的盐雾/紫外耦合加速试验方法，依靠工作室1、主控制模块7、紫外辐照模块、盐雾喷雾模块、温度控制模块、湿度监测模块、试样架4、电力模块8等实施。
所述紫外辐照模块的紫外灯管3被置于工作室1两侧，分别由两块石英玻璃挡板2隔开，石英玻璃挡板2与紫外灯管3排列平面、试样架工作面4平行，试样架工作面4与紫外灯管3排列平面的垂直距离为50mm。与工作室底面成30°。辐照度传感器12被置于试样架工作面4中央，由高纯石英玻璃罩11罩住。
所述盐雾喷雾模块中的盐雾塔13垂直置于工作室1中央，与盐水箱9相连。
所述温度控制模块中的加热电阻丝10于工作室1底部，温度传感器5位于工作室1两侧。
所述湿度监测模块中的湿度传感器6位于工作室1两侧。
本发明的工作程序是：将试样夹在试样架4上，通过主控制模块7设置试验参数、工作时间、循环次数，主控制模块控制盐雾喷嘴13喷雾、控制紫外灯管3点亮，控制加热电阻丝10加热。辐照度传感器12和温度传感器5分别获取材料表面的辐照度和温度，并反馈回主控制模块7，主控制模块依据实际环境参数和设定参数的差值动态调节。湿度传感器6获取工作室1中的湿度，反馈给主控制模块7显示。通过以上工作步骤，本方法可实现试样的多环境因素耦合加速。
Claims (7)
1.一种模拟多环境因素的盐雾/紫外耦合加速试验方法，其特征是：紫外辐照、盐雾喷雾、温度控制、湿度监测功能耦合在同一工作室内同时进行试验，并实现对紫外光辐照度、盐雾喷雾量、温度、工作时间参数的数字化设置及反馈调节；主控制模块位于工作室正面，控制紫外辐照模块、盐雾喷雾模块、温度控制模块、湿度监测模块、电力模块；采用触摸屏幕数字化设置辐照度、温度环境参数，参数设置采用反馈控制；盐雾喷雾量范围为1.0-2.0ml/80cm2/h，材料表面的紫外辐照度范围为0-1W/m2，温度控制范围为30℃-70℃。
2.根据权利要求1所述的一种模拟多环境因素的盐雾/紫外耦合加速试验方法，其特征是：所述紫外辐照模块由紫外灯管及其镇流器、高纯石英玻璃、辐照度传感器组成；紫外灯管及其镇流器、辐照度传感器采用可弯曲线路与主控制模块连接；所述紫外辐照的紫外灯管被置于主工作室两侧，分别由两块石英玻璃挡板隔开，石英玻璃挡板与紫外灯管排列平面、试样架工作面平行，紫外灯管排列平面与试样架工作面的垂直距离为50～70mm，保证紫外光辐射的均匀性；辐照度传感器被置于试样架工作面中央，采用可弯曲线路连接主控制模块，由高纯石英玻璃包裹保护；辐照度传感器被高纯石英玻璃包裹，被置于试样架工作面中心；试样架工作面与紫外灯管排列平面、石英玻璃平行，与工作室底面呈59-61°倾斜角。
3.根据权利要求1所述的一种模拟多环境因素的盐雾/紫外耦合加速试验方法，其特征是：所述盐雾喷雾模块由盐水箱、盐雾塔组成；盐雾塔垂直置于工作室中央，高于试样架，与试样架工作面成29-31°夹角，保证盐雾均匀性；盐水箱置于工作室下方，与盐雾塔相连。
4.根据权利要求1所述的一种模拟多环境因素的盐雾/紫外耦合加速试验方法，其特征是：所述温度控制模块由加热电阻丝、温度传感器组成；加热电阻丝置于工作室底部，温度传感器置于工作室两侧，加热电阻丝、温度传感器与主控制模块相连。
5.根据权利要求1或4所述的一种模拟多环境因素的盐雾/紫外耦合加速试验方法，其特征是：对于温度控制模块，实际反馈温度与设置温度偏差小于0.5℃视为成功控制，若实际反馈温度高于设置温度超过0.5℃，加热停止，自然降温，若实际反馈温度低于设置温度超过0.5℃，重新加热，温度若超过70℃，系统报警并终止程序。
6.根据权利要求1所述的一种模拟多环境因素的盐雾/紫外耦合加速试验方法，其特征是：所述湿度监测模块依靠湿度传感器实施，湿度传感器置于工作室两侧，湿度传感器与主控制模块相连。
7.根据权利要求1所述的一种模拟多环境因素的盐雾/紫外耦合加速试验方法，其特征是：所述工作室内层采用既耐盐雾又耐老化的搪瓷材料，衔接处采用聚四氟乙烯密封，搪瓷材料和密封材料均可更换。
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