CN201130145Y - 一种多功能环境控制加速腐蚀实验箱 - Google Patents
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Abstract
一种多功能环境控制加速腐蚀实验箱，属于模拟环境腐蚀试验装置领域。包括主工作箱及下箱体两部分组成，主工作箱分为由电机驱动层、试样架及远红外控温系统层和大型恒温水浴槽层(可盛有恒温水浴介质)构成，下箱体主要由各种监控仪器组成；本实用新型可进行多种实验室模拟腐蚀实验及加速腐蚀实验，如干湿交替(循环周浸)、恒温恒湿、不同腐蚀性气体(SO2和/或NOx及其他气体)环境控制及模拟海水浸泡和冲刷等单一或组合试验，特别适合于中小型加速腐蚀实验室的建设。
Description
技术领域
本实用新型涉及测试材料的耐气候，耐腐蚀，或耐光照性能的电化学测量领域，尤其涉及一种可实现干湿交替(循环周浸)、恒温恒湿、不同腐蚀性气体环境控制及模拟海水浸泡和冲刷等的模拟环境腐蚀试验装置。
背景技术
目前实验室模拟/加速腐蚀试验是通过配制相应的模拟腐蚀溶液并控制温度、湿度、pH值等相关参数，在实验室内利用特殊的腐蚀实验装置对材料的腐蚀性能进行评价，具有操作简便，试验条件控制准确，结果重现性好，试验周期短等优点，特别适合于各类新试制材料的耐蚀性能评估及对材料的成分、工艺和应用范围进行及时的筛选和确定，对指导新材料的研发具有不可或缺的重要参考价值。而用于实验室模拟/加速腐蚀试验的设备主要有盐雾腐蚀实验箱、恒温恒湿腐蚀实验箱、周期浸润腐蚀实验箱等，均已形成了相关的专利。
公开号为CN2792608，公开日为2006年07月05日，公开了一种恒温恒湿实验箱；公开号为CN2119662，公开日为1992年10月21日，公开了一种节能型恒定湿热实验箱；公开号为CN2757120，公开日为2006年02月08日，公开了一种盐雾腐蚀实验箱；公开号为CN2491826，公开日为2002年05月15日，公开了一种周期浸润腐蚀实验箱。上述4种模拟/加速腐蚀实验装置，目前国内外均有定型商品出售，代表性生产厂家有美国的Q-Panel公司和Singleton公司及日本的SUGA公司等。
但是就一般情况而言，各种材料的使用环境条件并非是单一腐蚀因子的作用，而是多因素的联合作用。以大气腐蚀为例，腐蚀不仅受材料表面水膜中的电化学腐蚀过程控制，同时还受大气中气体污染物(如SO2、NOx、CO2)和空气中的粉尘(如烟尘粒子、盐粒子等)等综合影响。此外，日照时间、风速、降雨量等自然因素也影响水膜状态，因而对大气腐蚀也有一定的影响。因此，为更加客观准确地评价材料的腐蚀性能，实验室模拟/加速腐蚀设备应向多因素、多功能、多用途等方向发展。
所以上述4项专利发明及商业化产品的缺点是均只能单一的进行一种方式或条件下的模拟/加速腐蚀实验，难以用于评价多因素条件对材料腐蚀行为的影响。如盐雾腐蚀实验箱通过压缩空气雾化一定浓度的盐水，模拟材料在氯离子沉积环境条件下(如海滨或海洋环境)的腐蚀行为；恒温恒湿腐蚀实验箱通过对箱体内的温度及湿度的综合调控，模拟高温高湿腐蚀环境；周期浸润腐蚀实验箱采用一定浓度的NaHSO3溶液，通过调节箱体内温度与湿度，并利用红外灯烘烤，模拟户外大气环境中干湿交替的腐蚀行为。由此可见，为了实现不同环境条件腐蚀状况的评价，往往需要采用不同的实验设备或装置。
公开号为CN2716831，公开日为2005年08月10日的国内专利一种多功能盐雾腐蚀实验箱与本实用新型较为类似，其提供了一种与疲劳试验机配套进行腐蚀疲劳实验的小型装置，可用以实现盐雾、温度及湿度等多种腐蚀环境因素作用下的疲劳实验等。但该发明专利仅为疲劳试验机的配套装置，仅能实现两种模拟腐蚀实验功能，且试样和设备只针对疲劳性能测试，不具有通用性。
发明内容
为解决已有设备存在的上述问题，使一种设备同时具有进行常见腐蚀环境下的各种腐蚀评价试验功能，本实用新型提供了一种多功能环境控制实验室加速腐蚀实验箱。通过实验参数控制及配备的辅助装置可实现多功能化，即利用本实用新型装置可实现干湿交替(循环周浸)、恒温恒湿、不同腐蚀性气体环境控制及模拟海水浸泡和冲刷等单一或组合试验，具有一机多能，可同时进行多因素复杂腐蚀环境条件下的模拟/加速腐蚀实验。
本实用新型为了实现干湿交替(循环周浸)、恒温恒湿、不同腐蚀性气体环境控制及模拟海水浸泡和冲刷等各项功能，具体如下：
本实用新型装置主要部分(部件)的技术特征如下：
一种多功能环境控制加速腐蚀实验箱，包括主工作箱及下箱体两部分组成，其特征是：
所述的主工作箱为三层结构，其下层部分为一带有水浴加热器的大型恒温水浴槽，为精确调节主工作箱内湿度，在主工作箱的箱体外部设置了增湿装置；主工作箱中层部分为一试样架，试样悬挂在试样架上；在主工作箱的箱体内壁设置有远红外加热传感系统、进/排气系统和排湿系统；主工作箱上层结构为与试样架相连接的设置在箱体外的驱动装置。
所述的下箱体的侧面为主控制面板；下箱体上还设置了恒温水浴控制系统；下箱体下端设置了固定式支座。
优选的是所述的水浴加热器其内盛有恒温水浴介质(通常为水，当试验温度接近100℃时，可采用甘油，以避免介质的高速蒸发)，水浴加热器底部设有隔板，隔板上部放置模拟溶液槽，其内部装有模拟工作溶液。
优选的是所述的试样架具体结构为试样架上打有连接杆固定孔，该试样架通过固定螺栓与连接杆固定连接，在试样架上规则分布有试样悬挂孔，试样固定吊钩固定钩挂在两个试样悬挂孔上，试样则安装在试样固定吊钩上。
优选的是所述的试样架可为方形或圆形试样架。
优选的是所述的远红外加热传感系统由装有聚焦隔热灯罩的远红外烘烤加热灯、顶端缠有气象纱布且该气象纱布浸润在湿球水盒内的湿度传感器和温度传感器所组成，远红外烘烤加热灯用于加热箱体工作室并烘烤干燥试样，为避免局部过热效应并提高烘烤加热效果，远红外烘烤加热灯装有聚焦隔热灯罩。
优选的是所述的进/排气系统和排湿系统具体为在主工作箱一侧箱体上设置的供工作气体引入主工作箱内的SO2进气口、NOX进气口、在主工作箱上部的气体排出口和通风排湿孔，当需要在环境中引入其他腐蚀性气体时，也可经这两个进气口通入。尾气经气体排出口排出工作箱并进入尾气处理装置进行无害化处理。
优选的是所述的与试样架相连接的设置在箱体外的驱动装置具体结构为试样架通过连接杆和垂直电机相连，通过垂直电机的作用使试样旋转，垂直电机再通过换向齿轮箱和导杆与水平电机相连，可使试样架按一定的周期上下移动，导杆下端固定于垂直电机上，水平电机则固定于电机支座上，连接杆与主工作箱之间还设置了密封轴套，起减少摩擦作用的同时也起密封作用。
优选的是所述的下箱体的侧面主控制面板具体由垂直电机控制系统、水平电机控制系统和温度及湿度控制开关所组成。
优选的是所述的下箱体恒温水浴控制系统主要由数字调谐器、温度数显仪和水浴温度控制开关组成。
通过各项试验参数的调整与组合，本装置可控环境参数范围如下：
(1)水浴(工作溶液温度)：室温-100℃；
(2)工作箱环境温度：室温-95±1℃；
(3)工作箱环境相对湿度：RH 30-98％；
(4)试样浸入溶液控制时间：0-99min或h；
(5)试样在箱体环境停留控制时间：0-99min或h；
(6)试样烘烤温度范围：60-80±1℃；
(7)试样冲刷腐蚀旋转线速度：0-15m/s；
(8)腐蚀气体浓度(体积百分比)：5×10-6-95％；
(9)腐蚀气体流量：0-100ml/min。
本实用新型具有如下有益效果：
本实用新型结构简单，制造成本低廉，通用性强，工作稳定，实验参数控制精确。通过实验参数和过程调整，并配合相应的辅助装置，在本实用新型上可进行多种实验室模拟腐蚀实验及加速腐蚀实验，如干湿交替(循环周浸)、恒温恒湿、不同腐蚀性气体(SO2和/或NOx及其他气体)环境控制及模拟海水浸泡和冲刷等单一或组合试验，特别适合于中小型加速腐蚀实验室的建设。
附图说明
图1为本实用新型的主体结构示意图；
图2为可选圆形试样架附件结构示意图；
图3为本实用新型实施例试样在40℃3.5％NaCl中的冲刷腐蚀的失重-时间关系曲线示意图；
图中1-主控制面板，2-温度及湿度控制开关，3-垂直电机控制系统，4-水平电机控制系统，5-主工作箱，6-远红外烘烤加热灯，7-聚焦隔热灯罩，8-湿球水盒，9-气象纱布，10-湿度传感器，11-温度传感器，12-气体排出口，13-密封轴套，14-连接杆，15-垂直电机，16-换向齿轮箱，17-导杆，18-水平电机，19-电机支座，20-通风排湿孔，21-固定螺栓，22-试样悬挂孔，23-方形试样架，24-试样，25-试样固定吊钩，26-SO2进气口，27-NOX进气口，28-模拟溶液槽，29-模拟工作溶液，30-大型恒温水浴槽，31-恒温水浴介质，32-增湿装置，33-隔板，34-水浴加热器，35-数字调谐器，36-下箱体，37-固定式支座，38-温度数显仪，39-水浴温度控制开关，40-连接杆固定孔，41-圆形试样架。
具体实施内容
为了显示本装置的各项功能和实用效果，下面给出通过该装置进行的周期浸润腐蚀实验、海水冲刷腐蚀实验和湿热腐蚀实验的实施例：
实施例1-耐候钢的周期浸润腐蚀实验
周期浸润腐蚀实验是评价耐候钢耐大气腐蚀性能的主要手段，本装置实现周期浸润腐蚀实验的工作原理为：试样架23与位于主工作箱5上面的水平电机18相连，通过时间继电器、上下限位控制开关，实现试样24在一定的行程范围内按设定的周期上下循环运动，以使试样周期性浸入和离开模拟工作溶液29，远红外加热灯6可以加热并烘烤试样24，从而达到干/湿周期交替加速腐蚀的目的(此时模拟工作溶液29选用特定浓度的NaHSO3溶液)。
样品选用B480NQR型热轧耐候钢，其化学成分为：C：0.0873，Si：0.287，Mn：0.420，P：0.09，S：0.0044，Cr：0.66，Ni：0.23，Al：0.074，Cu：0.31。实验方法参照TB/T2375-93标准。
具体操作过程如下：
(1)配制0.01M NaHSO3溶液，加入模拟溶液槽28至规定刻度，挂置样品，关闭试验箱门。
(2)开启控制面板电源开关，干球和湿球温度分别设定为45℃和41℃。
(3)设定恒温水浴温度为45℃，按下水浴温度控制开关，启动恒温水浴加热系统。
(4)启动时间继电器、上下限位控制开关，设定试样溶液中浸15min，干燥45min，运行8h后保持在干燥的条件下16h，总计24h为一个周期周期。
(5)启动远红外灯开关，调节其供电电压，使试样表面烘烤最高温度达70℃。
(6)启动增湿装置32。
实验总时间为35d，实验过程中试样的宏观形貌变化结合锈层物质的特性可推知，在周浸试验72h的腐蚀初期，主要生成无保护性的橙黄色的γ-FeOOH，随后随腐蚀进行，在162h左右开始逐渐转变为褐色的α-FeOOH，在630h左右表面锈层逐渐稳定，呈褐色，对基材起到保护作用。
该实验的溶液和参数完全按相关标准确定，达到了循环周浸腐蚀评价的要求。
实施例2-20#钢镀锌、镀铝涂层的模拟流动海水冲刷腐蚀实验
利用本装置实现流动海水冲刷腐蚀实验的工作原理为：采用圆形试样架41并安装完毕试样后，可先通过水平电机18使导杆17向下移动，将试样浸入模拟溶液槽28中的模拟工作溶液29，随后启动垂直电机15，利用其具有的调频功能实现试样按设定的线速度在模拟工作溶液29中旋转运动，从而模拟具有不同流速的介质对试样的流动冲刷腐蚀行为。
样品选用20#钢及镀锌、镀铝20#钢，实验介质选用3.5％NaCl溶液，实验时间设定为100h。实验的具体过程如下：
(1)配制3.5％NaCl溶液，加入模拟溶液槽28至规定刻度，挂置样品，关闭试验箱门。
(2)安装圆形试样架41于连接杆14上，并将待测试样安放于试样架41上。
(3)根据实际的工况设定试样中心的线速度为1m/s。根据v＝r×ω(v为试样旋转线速度；ω为圆盘转动角频率；r为试样中心到圆盘中心的距离)计算，
设定垂直电机15的转速ω。
(4)设定恒温水浴温度为40℃，开启水浴温度控制开关，启动恒温水浴加热系统。
(5)通过水平电机18使导杆17下移，将试样浸入模拟溶液中。
(6)停止水平电机18，启动垂直电机15，调节至所需的频率，使试样在腐蚀介质中按一定的线速度旋转运动，模拟流动介质对试样的冲刷腐蚀行为，并开始记录时间。
图3为试样在40℃3.5％NaCl中的冲刷腐蚀的失重-时间关系曲线。从图中可以看出，镀锌20#钢管的略有失重，其失重-时间关系曲线基本为一条直线；20#钢失重严重，其失重-时间关系曲线为一条折线，在40h内为一直线，40h后直线斜率变小；镀铝20#钢失重较大，超过了20#钢。100h后，实验测定的三种试样的腐蚀失重速度分别为-0.14281g/m2·h，-1.55736g/m2·h和-0.77951g/m2·h。折算成年腐蚀速率分别为-0.17538mm/a，-5.05277mm/a，-0.86987mm/a。
可见，利用本装置的模拟流动冲刷腐蚀行为功能可定量评价钢板及其涂层的耐蚀性能，根据所得实验结果可以调整并筛选涂层工艺，获得具有最佳耐蚀性能的涂层体系。
实施例3-热轧带钢的恒温恒湿腐蚀实验
利用本装置实现恒温恒湿加速腐蚀实验的工作原理为：位于加热主工作箱5内的远红外加热灯6的工作电压可根据实验需要进行调节，从而使其输出功率可控，实现不同的加热烘烤效果。另外，本实用新型配备增湿装置32，通过控制面板1上的控制开关采用干湿球控温控湿技术，可精确调节主工作箱5内的温度及湿度，使主工作箱5内的温度及湿度达到实验设定要求。
以SS400热轧带钢为例，沿板宽方向连续取样，在恒温恒湿(45℃，75％RH)的条件下进行了10min的模拟加速锈蚀试验，通过锈蚀程度考察样品表面氧化皮保护性的差异。
本实验的具体操作过程如下：
(1)开启控制面板电源开关，干球和湿球温度分别设定为45℃和41℃。
(3)设定恒温水浴温度为45℃，按下水浴温度控制开关，启动恒温水浴加热系统。
(4)启动远红外灯开关，调节其供电电压，利用远红外灯加热主工作箱5，使其内的温度恒定至45℃。
(5)启动增湿装置32，进行湿度及温度可控的恒温恒湿加速腐蚀实验。
10min后取出样品，观察试样锈蚀宏观表面形貌。
结果表明：热轧带钢表面沿板宽方向的腐蚀行为明显不同，其原因是钢卷冷却过程中，钢卷芯部及边部的冷却速率和供氧量存在差异，导致沿板宽方向钢板表面四次氧化皮的结构和组成不同，因而导致了耐蚀性能的不同。
本实用新型结构简单，制造成本低廉，通用性强，工作稳定，实验参数控制精确。通过实验参数和过程调整，并配合相应的辅助装置，在本实用新型上可进行多种实验室模拟腐蚀实验及加速腐蚀实验，如干湿交替(循环周浸)、恒温恒湿、不同腐蚀性气体(SO2和/或NOx及其他气体)环境控制及模拟海水浸泡和冲刷等单一或组合试验，特别适合于中小型加速腐蚀实验室的建设。
本实用新型可广泛应用于测试材料的耐气候，耐腐蚀，或耐光照性能的电化学测量领域。
Claims (9)
1. 一种多功能环境控制加速腐蚀实验箱，包括主工作箱(5)及下箱体(36)两部分组成，其特征是：
所述的主工作箱(5)为三层结构，其下层部分为一带有水浴加热器(34)的大型恒温水浴槽(30)，在主工作箱的箱体外部设置增湿装置(32)；
主工作箱中层部分为一试样架(23)，试样(24)悬挂在试样架上；
在主工作箱的箱体内壁设置有远红外加热传感系统、进/排气系统和排湿系统；主工作箱上层为与试样架相连接的设置在箱体外的驱动装置；
所述下箱体(36)的侧面设置主控制面板(1)；下箱体上还设置有恒温水浴控制系统；下箱体下端设置固定式支座(37)。
2. 如权利要求1所述的多功能环境控制加速腐蚀实验箱，其特征是所述的水浴加热器(34)内盛有恒温水浴介质(31)，水浴加热器底部设有隔板(33)，隔板上部放置模拟溶液槽(28)，其内部装有模拟工作溶液(29)。
3. 如权利要求1所述的多功能环境控制加速腐蚀实验箱，其特征是所述的试样架(23)上打有连接杆固定孔(40)，该试样架通过固定螺栓(21)与连接杆(14)固定连接，在试样架上规则分布有试样悬挂孔(22)，试样固定吊钩(25)固定钩挂在两个试样悬挂孔上，试样(24)则安装在试样固定吊钩上。
4. 如权利要求1所述的一种多功能环境控制加速腐蚀实验箱，其特征是所述的试样架可为方形或圆形试样架(41)。
5. 如权利要求1所述的多功能环境控制加速腐蚀实验箱，其特征是所述的远红外加热传感系统由装有聚焦隔热灯罩(7)的远红外烘烤加热灯(6)、顶端缠有气象纱布(9)且该气象纱布浸润在湿球水盒(8)内的湿度传感器(10)和温度传感器(11)所组成。
6. 如权利要求1所述的多功能环境控制加速腐蚀实验箱，其特征是所述的进/排气系统和排湿系统具体为在主工作箱一侧箱体上设置的供工作气体引入主工作箱内的SO2进气口(26)、NOX进气口(27)、在主工作箱上部的气体排出口(12)和通风排湿孔(20)。
7. 如权利要求1所述的多功能环境控制加速腐蚀实验箱，其特征是所述的驱动装置具体结构为试样架通过连接杆(14)和垂直电机(15)相连接，垂直电机再通过换向齿轮箱(16)和导杆(17)与水平电机(18)相连，导杆下端固定于垂直电机上，水平电机则固定于电机支座(19)上，连接杆与主工作箱之间还设置了密封轴套(13)。
8. 如权利要求1所述的多功能环境控制加速腐蚀实验箱，其特征是所述下箱体的侧面主控制面板(1)具体由垂直电机控制系统(3)、水平电机控制系统(4)和温度及湿度控制开关(2)所组成。
9. 如权利要求1所述的一种多功能环境控制加速腐蚀实验箱，其特征是所述的下箱体恒温水浴控制系统主要由数字调谐器(35)、温度数显仪(38)和水浴温度控制开关(39)组成。
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