CN113218856A - 一种模拟材料在深海流体环境的加速试验装置及试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种模拟材料在深海流体环境的加速试验装置及试验方法，将待研究材料安装在工作电极固定器内，保证与工作电极引线电导通的同时其余部分绝缘，采用水或人工海水作为高压釜内溶液，采用液压或气压将高压釜内静水压力调节至某一具体数值(0‑50MPa)；调节旋转系统将流速调节至某一具体数值(0‑2000rpm)；在该试验条件下持续浸泡待研究材料，采用电化学阻抗谱或极化曲线针对不同时间点进行原位监测并评估其服役状态。本发明通过加入旋转流体模拟系统及特有的电极设计方案能够直接实现深海压力及流场耦合环境的模拟，更加接近深海环境下涂层或金属材料的实际服役环境；同时可进行原位的电化学测试，从而获得准确的加速试验装置及试验方法。
Description
技术领域
本发明涉及材料加速试验评价领域，具体涉及一种模拟材料在深海流体环境的加速试验装置及试验方法。
背景技术
深海环境下材料的使用安全性及使用寿命已成为海洋经济发展亟待解决的关键问题。为了全面了解材料在深海环境中的腐蚀及失效情况，国内外数十年来进行了各种实海试验。然而，实海试验周期长、投入大、丢样率高，开展模拟深海环境的材料加速试验研究具有重要的现实意义。
目前金属、涂层在海洋环境下的加速试验方法一般分别采用湿热、紫外、盐雾试验等材料普通评价标准，并未有直接针对材料在深海海水特有的含压力、流场特点的环境中进行评价。现有的实验室内海洋环境模拟系统如高压釜等，均属于静态海洋或深海模拟装置，缺乏相应的流体工况模拟装置。其它领域内针对流体环境模拟的设备除了无压力条件模拟外，亦没有压力与流体耦合环境下开展原位电化学评价所对应的设计。因此研发一种模拟深海压力及流体耦合环境的加速试验装置及相对应的材料加速试验方法具有十分重要的实际意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种模拟材料在深海流体环境的加速试验装置及试验方法，通过加入旋转流体模拟系统及特殊的电极设计方案不仅实现了深海压力及流场耦合环境的模拟，同时可进行原位的电化学测试，从而获得准确的加速试验装置及试验方法。
本发明的技术方案是：
一种模拟材料在深海流体环境的加速试验装置，包括静态夹持压力釜、旋转流体模拟系统和电化学测量电极体系；
所述静态夹持高压釜包括高压釜体、釜盖及工作电极固定器；
所述旋转流体模拟系统包括电机、旋转轴及旋转圆筒；
所述电化学测量电极体系包括工作电极、对电极、参比电极及各自引线；
所述工作电极固定器位于高压釜体内壁底部，成环形结构；具有8个卡槽，可同时固定8个普通样品或7个样品与一个工作电极；用于固定工作电极并避免除该电极正面以外的其它部位与釜内溶液接触，工作电极固定器上端连接工作电极引线；
所述旋转轴穿过并位于高压釜盖中央，上端连接电机，下端连接旋转圆筒；
所述工作电极、对电极及参比电极均通过各自引线固定在高压釜盖上并可与外界电连通；
所述旋转圆筒外壁与工作电极、对电极及参比电极表面可在直线距离1cm至5cm间调节。
如权利要求1所述的一种模拟材料在深海流体环境的加速试验装置，其优选方案为所述旋转流体模拟系统通过电力或磁力驱动，利用控制器可实现0-2000rpm转速、0-1000h连续旋转时间的控制。
如权利要求1所述的一种模拟材料在深海流体环境的加速试验装置，其优选方案为所述工作电极为待研究材料，可为金属或涂装材料；对电极选取与工作电极面积大小相等的铂片作为材料；参比电极选取Ag/AgCl耐压电极。
如权利要求1所述的一种模拟材料在深海流体环境的加速试验装置，其优选方案为所述工作电极固定器为电绝缘材料，可选取但不局限于聚四氟乙烯；对电极、参比电极位于工作电极固定器与旋转圆筒之间。
如权利要求1所述的一种模拟材料在深海流体环境的加速试验装置，其优选方案为所述电化学测量电极体系，可保证压力釜维持0-50Mpa固定压力、旋转流体模拟系统0-2000rpm旋转期间，通过外接电化学工作站实现原位电化学测量。
一种模拟材料在深海流体环境的加速试验方法，其特征在于：所述方法的具体步骤如下：
将待研究材料安装在工作电极固定器内，保证与工作电极引线电导通的同时其余部分绝缘，采用水或人工海水作为高压釜内溶液，采用液压或气压将高压釜内静水压力调节至某一具体数值(0-50MPa)；调节旋转系统将流速调节至某一具体数值(0-2000rpm)；在该试验条件下持续浸泡待研究材料，采用电化学阻抗谱或极化曲线针对不同时间点进行原位监测并评估其服役状态。
本发明的有益效果：本发明所述的模拟材料在深海流体环境的加速试验装置及试验方法，通过加入旋转流体模拟系统及特有的电极设计方案能够直接实现深海压力及流场耦合环境的模拟，更加接近深海环境下涂层或金属材料的实际服役环境；同时可进行原位的电化学测试，从而获得准确的加速试验装置及试验方法。
附图说明
图1.深海流体环境加速试验装置的正视图；
图2.深海流体环境加速试验装置的俯视图；
图3.采用深海流体环境加速试验装置进行原位电化学阻抗谱测试获得的Nyquist图。
具体实施方式
以下用实施例对本发明作更一步的描述，这些实施例仅仅是对本发明最佳实施方式的描述，并不对本发明的范围有任何限制。
实施例1
本实施例中，一种模拟材料在深海流体环境的加速试验装置，其特征在于：包括静态夹持压力釜、旋转流体模拟系统和电化学测量电极体系；
所述静态夹持高压釜包括高压釜体、釜盖及工作电极固定器；
所述旋转流体模拟系统包括电机、旋转轴及旋转圆筒；
所述电化学测量电极体系包括工作电极、对电极、参比电极及各自引线；
所述工作电极固定器位于高压釜体内壁底部，成环形结构；具有8个卡槽，同时固定7个样品与一个工作电极；用于固定工作电极并避免除该电极正面以外的其它部位与釜内溶液接触，工作电极固定器上端连接工作电极引线；
所述旋转轴穿过并位于高压釜盖中央，上端连接电机，下端连接旋转圆筒；
所述工作电极、对电极及参比电极均通过各自引线固定在高压釜盖上并可与外界电连通；
所述旋转圆筒外壁与工作电极表面距离调节至3cm；
如权利要求1所述的一种模拟材料在深海流体环境的加速试验装置，其特征在于：所述旋转流体模拟系统通过电力或磁力驱动，利用控制器将转速设定为1000rpm、进行连续12h的浸泡试验；
如权利要求1所述的一种模拟材料在深海流体环境的加速试验装置，其特征在于：所述工作电极为待研究的有机涂层/Q235钢基体样品；对电极选取与工作电极面积大小相等的铂片作为材料；参比电极选取Ag/AgCl耐压电极；
如权利要求1所述的一种模拟材料在深海流体环境的加速试验装置，其特征在于：所述工作电极固定器为电绝缘材料，选取聚四氟乙烯；对电极、参比电极位于工作电极固定器与旋转圆筒之间；
如权利要求1所述的一种模拟材料在深海流体环境的加速试验装置，其特征在于：所述电化学测量电极体系，采用氮气加压将压力釜压力设定为10Mpa、旋转流体模拟系统1000rpm。旋转期间，通过外接普林斯顿P4000A电化学工作站进行原位电化学测量；
一种模拟材料在深海流体环境的加速试验方法，其特征在于：所述方法的具体步骤如下：
(1)将70mm×15mm×2mm的涂层/金属样品安装在工作电极固定器内，保证与工作电极引线电导通的同时其余部分绝缘，采用水或人工海水作为高压釜内溶液，采用气压将高压釜内压力调节至10MPa；调节旋转系统将流速调节至1000rpm；在该试验条件下持续12小时浸泡待研究材料，采用电化学阻抗谱针对不同时间点进行原位监测并评估其服役状态。
实施例1中的深海流体环境的加速试验装置正视图如图1所示。
图2为深海流体环境的加速试验装置俯视图。
图3为采用深海流体环境加速试验装置进行原位电化学阻抗谱测试获得的Nyquist图。阻抗测试结果表明，该试验装置可较好地进行深海动态流体环境下的原位电化学测试。
Claims (6)
1.一种模拟材料在深海流体环境的加速试验装置，其特征在于：包括静态夹持压力釜、旋转流体模拟系统和电化学测量电极体系；
所述静态夹持高压釜包括高压釜体、釜盖及工作电极固定器；
所述旋转流体模拟系统包括电机、旋转轴及旋转圆筒；
所述电化学测量电极体系包括工作电极、对电极、参比电极及各自引线；
所述工作电极固定器位于高压釜体内壁底部，成环形结构；具有8个卡槽，可同时固定8个普通样品或7个样品与一个工作电极；用于固定工作电极并避免除该电极正面以外的其它部位与釜内溶液接触，工作电极固定器上端连接工作电极引线；
所述旋转轴穿过并位于高压釜盖中央，上端连接电机，下端连接旋转圆筒；
所述工作电极、对电极及参比电极均通过各自引线固定在高压釜盖上并可与外界电连通；
所述旋转圆筒外壁与工作电极、对电极及参比电极表面可在直线距离1cm至5cm间调节。
2.如权利要求1所述的一种模拟材料在深海流体环境的加速试验装置，其特征在于：所述旋转流体模拟系统通过电力或磁力驱动，利用控制器可实现0-2000rpm转速、0-1000h连续旋转时间的控制。
3.如权利要求1所述的一种模拟材料在深海流体环境的加速试验装置，其特征在于：所述工作电极为待研究材料，可为金属或涂装材料；对电极选取与工作电极面积大小相等的铂片作为材料；参比电极选取Ag/AgCl耐压电极。
4.如权利要求1所述的一种模拟材料在深海流体环境的加速试验装置，其特征在于：所述工作电极固定器为电绝缘材料，可选取但不局限于聚四氟乙烯；对电极、参比电极位于工作电极固定器与旋转圆筒之间。
5.如权利要求1所述的一种模拟材料在深海流体环境的加速试验装置，其特征在于：所述电化学测量电极体系，可保证压力釜维持0-50Mpa固定压力、旋转流体模拟系统0-2000rpm旋转期间，通过外接电化学工作站实现原位电化学测量。
6.一种模拟材料在深海流体环境的加速试验方法，其特征在于：所述方法的具体步骤如下：
将待研究材料安装在工作电极固定器内，保证与工作电极引线电导通的同时其余部分绝缘，采用水或人工海水作为高压釜内溶液，采用液压或气压将高压釜内静水压力调节至某一具体数值(0-50MPa)；调节旋转系统将流速调节至某一具体数值(0-2000rpm)；在该试验条件下持续浸泡待研究材料，采用电化学阻抗谱或极化曲线针对不同时间点进行原位监测并评估其服役状态。
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|---|---|---|---|---|
| CN110988063A (zh) * | 2019-11-27 | 2020-04-10 | 中国科学院金属研究所 | 实现深海高压高流速水溶液体系下电化学测试电极系统 |
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| CN203587481U (zh) * | 2013-10-29 | 2014-05-07 | 中国石油化工集团公司 | 一种高压硫化氢试验装置 |
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