CN113029923B - 一种干湿条件下通氧加速金属腐蚀的试验系统及其试验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种干湿条件下通氧加速金属腐蚀的试验系统及其试验方法，包括氧气供给装置、通氧控制装置、腐蚀容器装置、排气控制装置和腐蚀液供给装置及其试验方法。所述的氧气供给装置通过密封件与通氧控制装置相连接；所述的通氧控制装置通过密封弯头与腐蚀容器装置相连接；所述的腐蚀容器装置通过密封件与排气控制装置相连接，并通过密封弯头与腐蚀液供给装置相连接；所述的减压阀可通过调整旋钮来控制气体输出的压力，以保证氧气瓶中的氧气能够稳定输出；所述的定时电源控制器具有定时供断电的设置功能；本发明可以在充分考虑氧的情况下对金属在干湿交替腐蚀环境中的腐蚀规律进行研究，从而实现金属的耐蚀性评价。

Description

一种干湿条件下通氧加速金属腐蚀的试验系统及其试验方法
技术领域
本发明涉及室内试验领域，具体是金属在干湿交替环境下以及充分供氧条件下的腐蚀试验系统及其方法。
背景技术
金属材料种类繁多，已广泛应用于人们的日常生活中。由于自然界中较少存在金属的单质，大部分金属都是从它们的氧化物中冶炼而来的，因此在单质状态下它们也更容易被腐蚀，从而导致材料失效。其带来的损失往往是巨大的，据报道，2014年我国腐蚀成本超过2.1万亿人民币，约占当年国内生产总值(GDP)的3.34％，相当于人均承担1555元腐蚀成本。因此，对金属的腐蚀问题进行研究具有重要意义。
在金属的使用环境中，那些处于户外环境的金属比位于室内或密闭环境中的腐蚀的更严重，这是因为处于户外环境的金属长期遭受风吹日晒雨淋，实际位于一种干湿交替的腐蚀环境，因此更容易腐蚀。相对来说，干湿交替环境的金属处于一个加速腐蚀的状态，其问题更加严重。目前的研究手段主要为室内试验研究，根据相关的金属腐蚀试验规范，结束了几种模拟干湿条件下的金属腐蚀装置，主要分为转动型和提升型，这两类装置普遍存在的问题就是构造复杂、制作麻烦，且都用到了电机，较难维护。在Mining Technology期刊Transactions of the Institution of Mining and Metallurgy,Section A,(2016)报道了一种腐蚀装置，其原理和金属腐蚀规范介绍的提升型试验机是一致的，同样面临着相关问题。
其次，造成金属腐蚀的大部分原因是金属的氧化，因此氧在金属的腐蚀研究中扮演了重要的角色。但现有的研究都提到了氧的重要性，却较少的对腐蚀环境中的氧进行控制，这可能是造成相关腐蚀结果随机性的原因之一。
在金属腐蚀实验中，模拟干湿交替环境可以较好还原处于户外裸露状态下的金属腐蚀情形，对腐蚀环境中的氧进行充分的考虑和控制，可有效评价金属的耐蚀性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种试验系统及方法，能够自动实现干湿交替环境下的通氧加速腐蚀环境，并可以根据研究目的和试验需求调整金属试样品种、形状以及腐蚀溶液特性，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种干湿条件下通氧加速金属腐蚀的试验系统，包括氧气供给装置、通氧控制装置、腐蚀容器装置、排气控制装置和腐蚀液供给装置；所述氧气供给装置设有控制气阀、氧气瓶以及减压阀；所述通氧控制装置设置有通气电磁阀、密封件、导线以及定时电源控制器；所述腐蚀容器装置设有上部密封顶板、上部连接法兰、腐蚀器筒体、连接螺栓、底部连接法兰、底部密封底板以及密封弯头；所述排气控制装置设有导线、排气电磁阀、密封件以及定时电源控制器；所述腐蚀液供给装置设有腐蚀液箱体、竖向水管、密封弯头、水平水管、密封弯头以及密封件。
进一步地，所述的氧气供给装置通过密封件与通氧控制装置相连接；所述的通氧控制装置通过密封弯头与腐蚀容器装置相连接；所述的腐蚀容器装置通过密封件与排气控制装置相连接，并通过密封弯头与腐蚀液供给装置相连接。
进一步地，所述的减压阀包含锁紧螺栓、气压表、调整旋钮、进气口以及排气口，锁紧螺栓一端固定于进气口上，另一端与控制气阀。
进一步地，所述的通气电磁阀通过导线与定时电源控制器相连；所述的通气电磁阀包含进气口以及出气口；所述的进气口与密封件的一端连接，密封件的一端与排气口连接，从而实现氧气供给装置和通氧控制装置的连接。
进一步地，所述的腐蚀器筒体上下端分别设有上部连接法兰和底部连接法兰，上部密封顶板和底部密封底板通过连接螺栓分别与上部连接法兰、底部连接法密封连接。
进一步地，所述的上部密封顶板设有氧气进入管口以及废气排出管口，底部密封底板中心设有腐蚀液进出管口；所述的氧气进入管口与密封弯头一端连接，密封弯头的另一端与通气电磁阀的出气口相连，从而实现通氧控制装置和腐蚀容器装置的连接。
进一步地，所述的排气电磁阀通过导线与定时电源控制器相连接；所述的排气电磁阀设有进入口和排出口，其中，进入口与密封件一端相连接，密封件另一端与废气排出管口相连接，从而实现腐蚀容器装置和排气控制装置的连接。
进一步地，所述的腐蚀液箱体底部设有连接口，连接口、密封件、竖向水管、密封弯头、水平水管、密封弯头依次连接，密封弯头另一端与腐蚀液进出管口相连，从而实现装置腐蚀容器装置和腐蚀液箱体相连。
进一步地，所述的减压阀可通过调整旋钮来控制气体输出的压力，以保证氧气瓶中的氧气能够稳定输出。
进一步地，所述的通氧定时电源控制器和排气定时电源控制器应具备可定时供、断电功能。
所述的干湿条件下通氧加速金属腐蚀的试验方法，包括以下步骤：
1)制作金属试样，金属试样和形状应根据研究目的确定，不作硬性要求。腐蚀器筒体容积和金属试样表面积应要满足全浸腐蚀试验规范中对溶液体积与腐蚀试样表面积比的要求；
2)将制作好的试样放入腐蚀容器装置，并拧紧连接螺栓，使其处于密封状态；
3)将定时电源控制器调节至通电状态，通气电磁阀打开，通过旋转调整旋钮调节减压阀至试验压力要求，打开控制气阀，将减压、通气电磁阀内部气体排出；30秒后，将定时电源控制器调节至断电状态，通气电磁阀关闭；
4)根据研究目的配制腐蚀溶液，并将配制好的溶液倒入腐蚀液箱体内部，提升腐蚀液供给装置，使腐蚀液箱体底部与上部密封顶板处于同一水平位置，以保障腐蚀液供给装置的液面高于腐蚀容器装置；
5)根据研究目的，分别设置通氧定时电源控制器、排气定时电源控制器的通电时间和时长；
6)在排气定时电源控制器通电状态下，排气电磁阀开启，腐蚀液供给装置将在连通器原理作用下向腐蚀容器装置注满腐蚀液，排气定时电源控制器通电结束后，金属试样处于完全浸润状态；
7)在通氧定时电源控制器通电状态下,通气电磁阀开启,氧气开始注入腐蚀容器装置，并将其内部的腐蚀液挤出至腐蚀液供给装置，通氧定时电源控制器通电结束后，金属试样处于完全暴露状态；
8)通过定时设置功能，重复步骤6)和7),即可实现金属试样自动干湿加速腐蚀试验。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明结构简单、设计合理、运行高效，且充分保障了氧的参与和供给。通过定时电源控制器的定时供、断电功能，分别对通氧电磁阀和排气电磁阀进行开闭控制，从而实现氧气的注入和排出，模拟出干湿交替的腐蚀环境；通过定时功能的具体设置，改变腐蚀器装置内的干湿状态的持续时间，可用于研究不用干湿比条件下的金属腐蚀；通过改变腐蚀液的特性，可以研究不同有害离子等因素对金属腐蚀的影响。
附图说明
图1为本发明中整体结构示意图。
图2为本发明中氧气供给装置的结构示意图。
图3为本发明中通氧控制装置结构详图。
图4为本发明中腐蚀容器装置的结构和安装示意图。
图5为本发明中排气控制装置结构详图。
图6为本发明中腐蚀液供给装置结构示意图。
其中，1-氧气供给装置；101-控制气阀；102-氧气瓶；103-减压阀；103-1-锁紧螺栓；103-2-气压表；103-3-调整旋钮；103-4-第一进气口；103-5-排气口；2-通氧控制装置；201-通气电磁阀；201-1-第二进气口；201-2-出气口；202-第一密封件；203-导线；204-通氧定时电源控制器；3-腐蚀容器装置；301-上部密封顶板；301-1-氧气进入管口；301-2-废气排出管口；302-上部连接法兰；303-腐蚀器筒体；304-连接螺栓；305-底部连接法兰；306-底部密封底板；306-1-腐蚀液进出管口；307-第一密封弯头；4-排气控制装置；401-导线；402-排气电磁阀；403-第二密封件；404-排气定时电源控制器；5-腐蚀液供给装置；501-腐蚀液箱体、502-竖向水管、503-第二密封弯头、504-水平水管；505-第三密封弯头；506-第三密封件。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述。应该了解，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-6所示的一种干湿条件下通氧加速金属腐蚀的试验系统，包括氧气供给装置1，控制气阀101，氧气瓶102，减压阀103，锁紧螺栓103-1，气压表103-2，调整旋钮103-3，第一进气口103-4，排气口103-5，通氧控制装置2，通气电磁阀201，第二进气口201-1，出气口201-2，第一密封件202，导线203，通氧定时电源控制器204，腐蚀容器装置3，上部密封顶板301，氧气进入管口301-1，废气排出管口301-2，上部连接法兰302，腐蚀器筒体303，连接螺栓304，底部连接法兰305，底部密封底板306，腐蚀液进出管口306-1，第一密封弯头307，排气控制装置4，导线401，排气电磁阀402，第二密封件403，排气定时电源控制器404，腐蚀液供给装置5，腐蚀液箱体501，竖向水管502，第二密封弯头503，水平水管504，第三密封弯头505，第三密封件506。
其中，氧气供给装置1通过第一密封件202与通氧控制装置2相连接；通氧控制装置2通过第一密封弯头307与腐蚀容器装置3相连接；腐蚀容器装置3通过第二密封件403与排气控制装置4相连接，并通过第三密封弯头505与腐蚀液供给装置5相连接。
其中，减压阀103包含锁紧螺栓103-1、气压表103-2、调整旋钮103-3、第一进气口103-4以及排气口103-5，锁紧螺栓103-1一端固定于第一进气口103-4上，另一端与控制气阀101。
其中，通气电磁阀201通过导线203与通氧定时电源控制器204相连；所述的通气电磁阀201包含第二进气口201-1以及出气口201-2；第二进气口201-1与第一密封件202的一端连接，第一密封件202的一端与排气口103-5连接，从而实现氧气供给装置1和通氧控制装置2的连接。
其中，腐蚀器筒体303上下端分别设有上部连接法兰302和底部连接法兰305，上部密封顶板301和底部密封底板306通过连接螺栓304分别与上部连接法兰302、底部连接法兰305密封连接。
其中，上部密封顶板301设有氧气进入管口301-1以及废气排出管口301-2，底部密封底板306中心设有腐蚀液进出管口306-1；氧气进入管口301-1与第一密封弯头307一端连接，第一密封弯头307的另一端与通气电磁阀201的出气口201-2相连，从而实现通氧控制装置2和腐蚀容器装置3的连接。
其中，排气电磁阀402通过导线401与排气定时电源控制器404相连接；排气电磁阀402设有进入口402-1和排出口402-2，其中，进入口402-1与第二密封件403一端相连接，第二密封件403另一端与废气排出管口301-2相连接，从而实现腐蚀容器装置3和排气控制装置4的连接。
其中，腐蚀液箱体501底部设有连接口501-1，连接口501-1、第三密封件506、竖向水管502、第二密封弯头503、水平水管504、第三密封弯头505依次连接，第三密封弯头505另一端与腐蚀液进出管口306-1相连，从而实现装置腐蚀容器装置3和腐蚀液箱体501相连。
其中，减压阀103可通过调整旋钮103-3来控制气体输出的压力，以保证氧气瓶102中的氧气能够稳定输出。
其中，通氧定时电源控制器204和排气定时电源控制器404应具备可定时供、断电功能。
上述的干湿条件下通氧加速金属腐蚀的试验方法，包括以下步骤：
1)制作金属试样，金属试样和形状应根据研究目的确定，不作硬性要求，腐蚀器筒体303容积和金属试样表面积应要满足全浸腐蚀试验规范中对溶液体积与腐蚀试样表面积比的要求；
2)将制作好的试样放入腐蚀容器装置3，并拧紧连接螺栓304，使其处于密封状态；
3)将通氧定时电源控制器204调节至通电状态，通气电磁阀201打开，通过旋转调整旋钮103-3调节减压阀103至试验压力要求，打开控制气阀101，将减压阀103、通气电磁阀201内部气体排出；30秒后，将通氧定时电源控制器204调节至断电状态，通气电磁阀201关闭；
4)根据研究目的配制腐蚀溶液，并将配制好的溶液倒入腐蚀液箱体501内部，提升腐蚀液供给装置5，使腐蚀液箱体501底部与上部密封顶板301处于同一水平位置，以保障腐蚀液供给装置5的液面高于腐蚀容器装置3；
5)根据研究目的，分别设置通氧定时电源控制器204、排气定时电源控制器404的通电时间和时长；
6)在排气定时电源控制器404通电状态下，排气电磁阀402开启，腐蚀液供给装置5将在连通器原理作用下向腐蚀容器装置3注满腐蚀液，排气定时电源控制器404通电结束后，金属试样处于完全浸润状态；
7)在通氧定时电源控制器204通电状态下,通气电磁阀201开启,氧气开始注入腐蚀容器装置3，并将其内部的腐蚀液挤出至腐蚀液供给装置5，通氧定时电源控制器204通电结束后，金属试样处于完全暴露状态；
8)通过定时设置功能，重复步骤6)和7),即可实现金属试样自动干湿加速腐蚀试验。
显然，本发明不限于上述实施例的细节。上述实施例应被视为是示范性的，而非限制性的。本发明的范围由所附权利要求限定，且包括落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化。权利要求中的任何附图标记不应被视为对所涉及的权利要求具有限制性。
此外，本说明书应被视为一个整体，上述实施方式并非本发明唯一的独立技术方案，实施例中的技术方案可经适当组合调整，形成本领域技术人员可理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种干湿条件下通氧加速金属腐蚀的试验系统，其特征在于，包括氧气供给装置(1)、通氧控制装置(2)、腐蚀容器装置(3)、排气控制装置(4)和腐蚀液供给装置(5)；所述氧气供给装置(1)设有控制气阀(101)、氧气瓶(102)以及减压阀(103)；所述通氧控制装置(2)设置有通气电磁阀(201)、第一密封件(202)、导线(203)以及通氧定时电源控制器(204)；所述腐蚀容器装置(3)设有上部密封顶板(301)、上部连接法兰(302)、腐蚀器筒体(303)、连接螺栓(304)、底部连接法兰(305)、底部密封底板(306)以及第一密封弯头(307)；所述排气控制装置(4)设有导线(401)、排气电磁阀(402)、第二密封件(403)以及排气定时电源控制器(404)；所述腐蚀液供给装置(5)设有腐蚀液箱体(501)、竖向水管(502)、第二密封弯头(503)、水平水管(504)、第三密封弯头(505)以及第三密封件(506)；所述的氧气供给装置(1)通过第一密封件(202)与通氧控制装置(2)相连接；所述的通氧控制装置(2)通过所述第一密封弯头(307)与腐蚀容器装置(3)相连接；所述的腐蚀容器装置(3)通过所述第二密封件(403)与排气控制装置(4)相连接，并通过所述第三密封弯头(505)与腐蚀液供给装置(5)相连接；所述的减压阀(103)包含锁紧螺栓(103-1)、气压表(103-2)、调整旋钮(103-3)、第一进气口(103-4)以及排气口(103-5)，锁紧螺栓(103-1)一端固定于所述第一进气口(103-4)上，另一端与控制气阀(101)。
2.根据权利要求1所述的一种干湿条件下通氧加速金属腐蚀的试验系统,其特征在于，所述的通气电磁阀(201)通过导线(203)与通氧定时电源控制器(204)相连；所述的通气电磁阀(201)包含第二进气口(201-1)以及出气口(201-2)；所述的第二进气口(201-1)与第一密封件(202)的一端连接，所述第一密封件(202)的一端与排气口(103-5)连接，从而实现氧气供给装置(1)和通氧控制装置(2)的连接。
3.根据权利要求1所述的一种干湿条件下通氧加速金属腐蚀的试验系统，其特征在于，所述的腐蚀器筒体(303)上下端分别设有上部连接法兰(302)和底部连接法兰(305)，上部密封顶板(301)和底部密封底板(306)通过连接螺栓(304)分别与上部连接法兰(302)、底部连接法兰(305)密封连接。
4.根据权利要求3所述的一种干湿条件下通氧加速金属腐蚀的试验系统，其特征在于，所述的上部密封顶板(301)设有氧气进入管口(301-1)以及废气排出管口(301-2)，底部密封底板(306)中心设有腐蚀液进出管口(306-1)；所述的氧气进入管口(301-1)与第一密封弯头(307)一端连接，所述第一密封弯头(307)的另一端与通气电磁阀(201)的出气口(201-2)相连，从而实现通氧控制装置(2)和腐蚀容器装置(3)的连接。
5.根据权利要求1所述的一种干湿条件下通氧加速金属腐蚀的试验系统，其特征在于，所述的排气电磁阀(402)通过导线(401)与排气定时电源控制器(404)相连接；所述的排气电磁阀(402)设有进入口(402-1)和排出口(402-2)，其中，进入口(402-1)与第二密封件(403)一端相连接，所述第二密封件(403)另一端与废气排出管口(301-2)相连接，从而实现腐蚀容器装置(3)和排气控制装置(4)的连接。
6.根据权利要求1所述的一种干湿条件下通氧加速金属腐蚀的试验系统，其特征在于，所述的腐蚀液箱体(501)底部设有连接口(501-1)，连接口(501-1)、第三密封件(506)、竖向水管(502)、第二密封弯头(503)、水平水管(504)、第三密封弯头(505)依次连接，所述第三密封弯头(505)另一端与腐蚀液进出管口(306-1)相连，从而实现装置腐蚀容器装置(3)和腐蚀液箱体(501)相连。
7.根据权利要求1所述的一种干湿条件下通氧加速金属腐蚀的试验系统，其特征在于，所述的减压阀(103)可通过调整旋钮(103-3)来控制气体输出的压力，以保证氧气瓶(102)中的氧气能够稳定输出。
8.根据权利要求1所述的一种干湿条件下通氧加速金属腐蚀的试验系统，其特征在于，所述的通氧定时电源控制器(204)和排气定时电源控制器(404)具备可定时供、断电功能。
9.一种如权利要求1-8任一所述的干湿条件下通氧加速金属腐蚀的试验系统的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)制作金属试样，金属试样和形状应根据研究目的确定，不作硬性要求，腐蚀器筒体(303)容积和金属试样表面积应要满足全浸腐蚀试验规范中对溶液体积与腐蚀试样表面积比的要求；
2)将制作好的试样放入腐蚀容器装置(3)，并拧紧连接螺栓(304)，使其处于密封状态；
3)将通氧定时电源控制器(204)调节至通电状态，通气电磁阀(201)打开，通过旋转调整旋钮(103-3)调节减压阀(103)至试验压力要求，打开控制气阀(101)，将减压阀(103)、通气电磁阀(201)内部气体排出；30秒后，将通氧定时电源控制器(204)调节至断电状态，通气电磁阀(201)关闭；
4)根据研究目的配制腐蚀溶液，并将配制好的溶液倒入腐蚀液箱体(501)内部，提升腐蚀液供给装置(5)，使腐蚀液箱体(501)底部与上部密封顶板(301)处于同一水平位置，以保障腐蚀液供给装置(5)的液面高于腐蚀容器装置(3)；
5)根据研究目的，分别设置通氧定时电源控制器(204)、排气定时电源控制器(404)的通电时间和时长；
6)在排气定时电源控制器(404)通电状态下，排气电磁阀(402)开启，腐蚀液供给装置(5)将在连通器原理作用下向腐蚀容器装置(3)注满腐蚀液，排气定时电源控制器(404)通电结束后，金属试样处于完全浸润状态；
7)在通氧定时电源控制器(204)通电状态下,通气电磁阀(201)开启,氧气开始注入腐蚀容器装置(3)，并将其内部的腐蚀液挤出至腐蚀液供给装置(5)，通氧定时电源控制器(204)通电结束后，金属试样处于完全暴露状态；
8)通过定时设置功能，重复步骤6)和7),即可实现金属试样自动干湿加速腐蚀试验。
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