CN111337419B - 一种模拟海浪冲击环境加速材料腐蚀的试验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种模拟海浪冲击环境加速材料腐蚀的试验装置，包括：造浪模块、控温模块、供氧模块、循环模块；造浪模块包括造浪机，造浪机包括平推机以及由平推机驱动的平板组成，控温模块包括加热丝和温度传感器；供氧模块包括充氧泵，充氧泵位于测试池的底部左侧，充氧泵的出气口通过管道与测试池的内部连通；循环模块包括回流管和循环泵组成，挡板的右侧与测试池之间的空间组成回流槽，挡板的顶部开设有溢流孔，循环泵的进水口和出水口通过回流管分别与回流槽和测试池的内部左侧连通；该设备自动化程度高，检测方法操作简单，检测周期短，试验结果重现性高，可较好地模拟材料在海洋中的腐蚀情况。
Description
技术领域
本发明属于试验设备技术领域，具体涉及一种模拟海浪冲击环境加速材料腐蚀的试验装置，本发明还提供了一种模拟海浪冲击环境加速材料腐蚀的试验方法。
背景技术
在对海洋的开发和利用过程中，离不开各种金属材料，而海水是一种具有强腐蚀性的电解质，海洋环境涵盖了温度、湿度、海盐、海浪冲击等诸多因素，海洋环境中应用的各种海洋工程材料时刻经受着复杂恶劣环境的考验。目前，海洋工程材料防腐主要是依靠重防腐涂料及电化学保护的手段，而新的材料在应用前的检测手段主要有：实海挂片试验、盐雾腐蚀试验、电化学试验。实海挂片试验虽然准确性高但存在以下不足：一是试验工作量大，消耗大量人力物力；二是试验周期长，无法及时满足新材料研发需求；三是试验条件不可控，导致重现性差。静态盐雾腐蚀试验虽保证了试验结果的重现性，但仍然存在加速腐蚀效果不理想，检测周期长，与实际工况相关性低的缺点；电化学腐蚀试验虽然测试时间短，但应用环境与实际工况差别很大，仅是辅助测试手段。面对日益增长的海洋工程材料检测需求，开发一种相关性好，加速明显的新检测设备及测试方法显得极为迫切。
发明内容
本发明的目的在于提供一种模拟海浪冲击环境加速材料腐蚀的试验装置及方法，本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，采用海浪冲击模拟实海工况，改变原有试验室静态盐雾腐蚀试验模式，提高试验室检测结果与实海工况的相关性；采用对试验溶液充氧增加氧浓度，提高氧去极化效率，增加腐蚀反应速率，缩短试验周期，为实海选材及材料寿命预估提供有力支撑。本发明的试验方法通过控制浪高可同时模拟海浪冲击区、全浸区、飞溅区及海洋大气环境的腐蚀情况，贴近实际工况，便于多维度评价材料耐蚀性。以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种模拟海浪冲击环境加速材料腐蚀的试验装置，包括：造浪模块、控温模块、供氧模块、循环模块；
所述造浪模块包括造浪机，所述造浪机包括平推机以及由平推机驱动的平板组成，所述平推机位于测试池的顶部左侧，所述平板位于所述测试池的内部，所述平推机由控制面板控制，所述控制面板安装在所述测试池的右侧壁上；
所述控温模块包括加热丝和温度传感器，所述温度传感器安装在所述测试池内部顶部的右侧，所述控制面板根据所述温度传感器测试的温度的高低控制所述加热丝的关开；
所述供氧模块包括充氧泵，所述充氧泵位于所述所述测试池的底部左侧，所述充氧泵的出气口通过管道与所述测试池的内部连通；
所述循环模块包括回流管和循环泵组成，所述循环泵安装在所述测试池的底部，位于所述温度传感器的左右两侧所述测试池的内部分别安装有测试台和挡板，所述挡板的右侧与所述测试池之间的空间组成回流槽，所述挡板的顶部开设有溢流孔，所述循环泵的进水口和出水口通过所述回流管分别与所述回流槽和所述测试池的内部左侧连通；
所述控制面板控制所述充氧泵和所述循环泵的启停。
通过采用上述技术方案，通过造浪机可以造出不同高度的海浪，对测试材料进行拍打，测试材料必须牢固安装在测试台上，具体选材及安装参考GB5776-1986，推荐使用板材，海浪推移至溢流孔处经过回流管，在循环泵的作用下过滤后重新进入测试池，在整个腐蚀试验过程中充氧泵需不间断进行充氧；将测试材料分上中下三部分，分别插入液面以下三分之一部分用以模拟海面全浸区，浪高设定三分之一以模拟飞溅区及海浪冲击区，剩下三分之一模拟海洋大气环境，如此可以同时模拟海浪冲击区、全浸区、飞溅区及海洋大气环境的腐蚀情况。
优选的，所述平板为向左下插入所述测试池的顶部内部，所述平板与水平面的夹角在五十与八十度之间。
通过采用上述技术方案，可根据实际需求设置平板与水平面的夹角。
优选的，所述加热丝设有两个，所述加热丝安装在测试池的底部内壁的左右两侧。
通过采用上述技术方案，通过两个加热丝的共同作用，提高了加热效率。
本发明还提供一种模拟海浪冲击环境加速材料腐蚀的试验方法，包括如下步骤：
S1:加速腐蚀试验设计：模拟海浪冲击环境下和富氧环境下，人工加速海洋工程材料耐环境腐蚀性能试验；造浪机采用板式造浪，试验进行过程中充氧泵不间断充氧处理，提高氧浓度加速腐蚀进程；测试池海浪拍打测试材料后通过挡板，收集推移的海浪，过滤后通过循环泵再利用；
S2:加速腐蚀试验:针对一种特定的测试材料的耐海水腐蚀性，确定实际应用环境下的防腐需求，然后设置相应的试验参数进行试验，达到规定的试验时间后，评价腐蚀类型及腐蚀速率;根据材料实际使用环境处海浪频率，确定人工造浪的频率；通过造浪机可以造出不同高度的海浪，对测试材料进行拍打，测试材料必须牢固安装在测试台上，具体选材及安装参考GB5776-1986，推荐使用板材，海浪推移至溢流孔处经过回流管，在循环泵的作用下过滤后重新进入测试池，在整个腐蚀试验过程中充氧泵需不间断进行充氧；将测试材料分上中下三部分，分别插入液面以下三分之一部分用以模拟海面全浸区，浪高设定三分之一以模拟飞溅区及海浪冲击区，剩下三分之一模拟海洋大气环境，如此可以同时模拟海浪冲击区、全浸区、飞溅区及海洋大气环境的腐蚀情况；模拟测试池温度；模拟海水浓度；充氧处理等试验参数；
S3:结果分析：腐蚀试验结束后采用流动的缓水清洗测试材料表面，与未进行加速腐蚀试验的测试材料对比，根据试验材料种类与试验目的选择评价材料腐蚀形貌，确定腐蚀类型；部分金属可采用失重法测定腐蚀速率、局部腐蚀深度、点蚀密度、材料机械性能损失及晶间腐蚀情况；
S4：材料筛选：通过材料的腐蚀程度，进行分析后，对材料进行分析。
优选的，所述测试池内的人工海水采用去离子水和优级纯NaCl配置成质量分数为3.5%±0.5%的NaCl溶液，测试池处于35±5℃恒温环境。
通过采用上述技术方案，能够尽可能的实现模拟海水。
优选的，在S2加速腐蚀试验时，要求每次测试应该进行三次试验，以消除试验误差；将试验结果与实海暴露的试验数据进行对比，验证本模拟方法的模拟性、相关性、重现性；将试验结果与静态同期盐雾腐蚀试验对比，验证本模拟方法的加速性。
通过采用上述技术方案，通过多次试验以消除试验误差。
优选的，在S2加速腐蚀试验时，海浪冲击的频率需参考实海平均一小时海浪的海浪频率设定。
通过采用上述技术方案，能够尽可能的实现模拟海浪的频率。
本发明的技术效果和优点：本发明提出的一种模拟海浪冲击环境加速材料腐蚀的试验装置，与现有技术相比，具有以下优点：
1、该设备自动化程度高，检测方法操作简单，检测周期短，试验结果重现性高，可较好地模拟材料在海洋中的腐蚀情况；
2、通过充氧泵提高溶液氧浓度，提高应用前环境腐蚀试验的检测效率，提高试验相关性，加速海洋工程装备材料研发；
3、采用海浪冲击模拟实海工况，改变原有试验室静态盐雾腐蚀试验模式，提高试验室检测结果与实海工况的相关性；采用对试验溶液充氧增加氧浓度，提高氧去极化效率，增加腐蚀反应速率，缩短试验周期，为实海选材及材料寿命预估提供有力支撑；本发明的试验方法通过控制浪高可同时模拟海浪冲击区、全浸区、飞溅区及海洋大气环境的腐蚀情况，贴近实际工况，便于多维度评价材料耐蚀性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的试验方法的流程图。
附图标记：1、造浪机；2、充氧泵；3、循环泵；4、挡板；5、溢流孔；6、测试台；7、测试池；8、回流管；9、加热丝；10、温度传感器；11、控制面板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图1-2，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员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。
本发明提供了如图1所示，一种模拟海浪冲击环境加速材料腐蚀的试验装置，包括：造浪模块、控温模块、供氧模块、循环模块；
造浪模块包括造浪机1，造浪机1包括平推机以及由平推机驱动的平板组成，平推机位于测试池7的顶部左侧，平板位于测试池7的内部，平推机由控制面板11控制，控制面板11安装在测试池7的右侧壁上；
控温模块包括加热丝9和温度传感器10，温度传感器10安装在测试池7内部顶部的右侧，控制面板11根据温度传感器10测试的温度的高低控制加热丝9的关开；
供氧模块包括充氧泵2，充氧泵2位于测试池7的底部左侧，充氧泵2的出气口通过管道与测试池7的内部连通；
循环模块包括回流管8和循环泵3组成，循环泵3安装在测试池7的底部，位于温度传感器10的左右两侧测试池7的内部分别安装有测试台6和挡板4，挡板4的右侧与测试池7之间的空间组成回流槽，挡板4的顶部开设有溢流孔5，循环泵3的进水口和出水口通过回流管8分别与回流槽和测试池7的内部左侧连通；
控制面板11控制充氧泵2和循环泵3的启停。
通过采用上述技术方案，通过造浪机1可以造出不同高度的海浪，对测试材料进行拍打，测试材料必须牢固安装在测试台6上，具体选材及安装参考GB5776-1986，推荐使用板材，海浪推移至溢流孔5处经过回流管8，在循环泵3的作用下过滤后重新进入测试池7，在整个腐蚀试验过程中充氧泵2需不间断进行充氧；将测试材料分上中下三部分，分别插入液面以下三分之一部分用以模拟海面全浸区，浪高设定三分之一以模拟飞溅区及海浪冲击区，剩下三分之一模拟海洋大气环境，如此可以同时模拟海浪冲击区、全浸区、飞溅区及海洋大气环境的腐蚀情况。
如图1所示，较佳地，平板为向左下插入测试池7的顶部内部，平板与水平面的夹角在五十与八十度之间。
通过采用上述技术方案，可根据实际需求设置平板与水平面的夹角。
如图1所示，较佳地，加热丝9设有两个，加热丝9安装在测试池7的底部内壁的左右两侧。
通过采用上述技术方案，通过两个加热丝9的共同作用，提高了加热效率。
如图2所示，本发明还提供一种模拟海浪冲击环境加速材料腐蚀的试验方法，包括如下步骤：
S1:加速腐蚀试验设计：模拟海浪冲击环境下和富氧环境下，人工加速海洋工程材料耐环境腐蚀性能试验；造浪机1采用板式造浪，试验进行过程中充氧泵2不间断充氧处理，提高氧浓度加速腐蚀进程；测试池7海浪拍打测试材料后通过挡板4，收集推移的海浪，过滤后通过循环泵3再利用；
S2:加速腐蚀试验:针对一种特定的测试材料的耐海水腐蚀性，确定实际应用环境下的防腐需求，然后设置相应的试验参数进行试验，达到规定的试验时间后，评价腐蚀类型及腐蚀速率;根据材料实际使用环境处海浪频率，确定人工造浪的频率；通过造浪机1可以造出不同高度的海浪，对测试材料进行拍打，测试材料必须牢固安装在测试台6上，具体选材及安装参考GB5776-1986，推荐使用板材，海浪推移至溢流孔5处经过回流管8，在循环泵3的作用下过滤后重新进入测试池7，在整个腐蚀试验过程中充氧泵2需不间断进行充氧；将测试材料分上中下三部分，分别插入液面以下三分之一部分用以模拟海面全浸区，浪高设定三分之一以模拟飞溅区及海浪冲击区，剩下三分之一模拟海洋大气环境，如此可以同时模拟海浪冲击区、全浸区、飞溅区及海洋大气环境的腐蚀情况；模拟测试池7温度；模拟海水浓度；充氧处理等试验参数；
S3:结果分析：腐蚀试验结束后采用流动的缓水清洗测试材料表面，与未进行加速腐蚀试验的测试材料对比，根据试验材料种类与试验目的选择评价材料腐蚀形貌，确定腐蚀类型；部分金属可采用失重法测定腐蚀速率、局部腐蚀深度、点蚀密度、材料机械性能损失及晶间腐蚀情况；
S4：材料筛选：通过材料的腐蚀程度，进行分析后，对材料进行分析。
较佳地，测试池7内的人工海水采用去离子水和优级纯NaCl配置成质量分数为3.5%±0.5%的NaCl溶液，测试池7处于35±5℃恒温环境。
通过采用上述技术方案，能够尽可能的实现模拟海水。
较佳地，在S2加速腐蚀试验时，要求每次测试应该进行三次试验，以消除试验误差；将试验结果与实海暴露的试验数据进行对比，验证本模拟方法的模拟性、相关性、重现性；将试验结果与静态同期盐雾腐蚀试验对比，验证本模拟方法的加速性。
通过采用上述技术方案，通过多次试验以消除试验误差。
较佳地，在S2加速腐蚀试验时，海浪冲击的频率需参考实海平均一小时海浪的海浪频率设定。
通过采用上述技术方案，能够尽可能的实现模拟海浪的频率。
综上，本试验装置由造浪模块、控温模块、供氧模块、循环模块组成，通过造浪机1制造海浪，通过充氧泵2提高溶液氧浓度，提高应用前环境腐蚀试验的检测效率，提高试验相关性，加速海洋工程装备材料研发；
采用海浪冲击模拟实海工况，改变原有试验室静态盐雾腐蚀试验模式，提高试验室检测结果与实海工况的相关性；采用对试验溶液充氧增加氧浓度，提高氧去极化效率，增加腐蚀反应速率，缩短试验周期，为实海选材及材料寿命预估提供有力支撑。本发明的试验方法通过控制浪高可同时模拟海浪冲击区、全浸区、飞溅区及海洋大气环境的腐蚀情况，贴近实际工况，便于多维度评价材料耐蚀性。 该设备自动化程度高，检测方法操作简单，检测周期短，试验结果重现性高，可较好地模拟材料在海洋中的腐蚀情况。
最后应说明的是：以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种模拟海浪冲击环境加速材料腐蚀的试验装置，其特征在于，包括：造浪模块、控温模块、供氧模块、循环模块；
所述造浪模块包括造浪机(1)，所述造浪机(1)包括平推机以及由平推机驱动的平板组成，所述平推机位于测试池(7)的顶部左侧，所述平板位于所述测试池(7)的内部，所述平推机由控制面板(11)控制，所述控制面板(11)安装在所述测试池(7)的右侧壁上；
所述控温模块包括加热丝(9)和温度传感器(10)，所述温度传感器(10)安装在所述测试池(7)内部顶部的右侧，所述控制面板(11)根据所述温度传感器(10)测试的温度的高低控制所述加热丝(9)的关开；
所述供氧模块包括充氧泵(2)，所述充氧泵(2)位于所述测试池(7)的底部左侧，所述充氧泵(2)的出气口通过管道与所述测试池(7)的内部连通；
所述循环模块包括回流管(8)和循环泵(3)组成，所述循环泵(3)安装在所述测试池(7)的底部，位于所述温度传感器(10)的左右两侧所述测试池(7)的内部分别安装有测试台(6)和挡板(4)，所述挡板(4)的右侧与所述测试池(7)之间的空间组成回流槽，所述挡板(4)的顶部开设有溢流孔(5)，所述循环泵(3)的进水口和出水口通过所述回流管(8)分别与所述回流槽和所述测试池(7)的内部左侧连通；测试池(7)海浪拍打测试材料后通过挡板(4)，收集推移的海浪，过滤后通过循环泵(3)再利用；
所述控制面板(11)控制所述充氧泵(2)和所述循环泵(3)的启停。
2.根据权利要求1所述的一种模拟海浪冲击环境加速材料腐蚀的试验装置，其特征在于：所述平板为向左下插入所述测试池(7)的顶部内部，所述平板与水平面的夹角在五十与八十度之间。
3.根据权利要求1所述的一种模拟海浪冲击环境加速材料腐蚀的试验装置，其特征在于：所述加热丝(9)设有两个，所述加热丝(9)安装在测试池(7)的底部内壁的左右两侧。
4.一种模拟海浪冲击环境加速材料腐蚀的试验方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1:加速腐蚀试验设计：模拟海浪冲击环境下和富氧环境下，人工加速海洋工程材料耐环境腐蚀性能试验；造浪机(1)采用板式造浪，试验进行过程中充氧泵(2)不间断充氧处理，提高氧浓度加速腐蚀进程；测试池(7)海浪拍打测试材料后通过挡板(4)，收集推移的海浪，过滤后通过循环泵(3)再利用；
S2:加速腐蚀试验:针对一种特定的测试材料的耐海水腐蚀性，确定实际应用环境下的防腐需求，然后设置相应的试验参数进行试验，达到规定的试验时间后，评价腐蚀类型及腐蚀速率;根据材料实际使用环境处海浪频率，确定人工造浪的频率；通过造浪机(1)可以造出不同高度的海浪，对测试材料进行拍打，测试材料牢固安装在测试台(6)上，海浪推移至溢流孔(5)处经过回流管(8)，在循环泵(3)的作用下过滤后重新进入测试池(7)，在整个腐蚀试验过程中充氧泵(2)需不间断进行充氧；将测试材料分上中下三部分，分别插入液面以下三分之一部分用以模拟海面全浸区，浪高设定三分之一以模拟飞溅区及海浪冲击区，剩下三分之一模拟海洋大气环境，如此可以同时模拟海浪冲击区、全浸区、飞溅区及海洋大气环境的腐蚀情况；模拟测试池(7)温度；模拟海水浓度；充氧处理试验参数；
S3:结果分析：腐蚀试验结束后采用流动的缓水清洗测试材料表面，与未进行加速腐蚀试验的测试材料对比，根据试验材料种类与试验目的选择评价材料腐蚀形貌，确定腐蚀类型；部分金属采用失重法测定腐蚀速率、局部腐蚀深度、点蚀密度、材料机械性能损失及晶间腐蚀情况；
S4：材料筛选：通过材料的腐蚀程度，进行分析后，对材料进行分析。
5.根据权利要求4所述的一种模拟海浪冲击环境加速材料腐蚀的试验方法，其特征在于：所述测试池(7)内的人工海水采用去离子水和优级纯NaCl配置成质量分数为3.5%±0.5%的NaCl溶液，测试池(7)处于35±5℃恒温环境。
6.根据权利要求4所述的一种模拟海浪冲击环境加速材料腐蚀的试验方法，其特征在于：在S2加速腐蚀试验时，每次测试进行三次试验，以消除试验误差；将试验结果与实海暴露的试验数据进行对比，验证本模拟方法的模拟性、相关性、重现性；将试验结果与静态同期盐雾腐蚀试验对比，验证本模拟方法的加速性。
7.根据权利要求4所述的一种模拟海浪冲击环境加速材料腐蚀的试验方法，其特征在于：在S2加速腐蚀试验时，海浪冲击的频率参考实海平均一小时海浪的海浪频率设定。
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