一種深淺海交變腐蝕環境模擬裝置的製作方法
2023-05-25 04:50:01 2
專利名稱：一種深淺海交變腐蝕環境模擬裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於海洋腐蝕與防護技術領域，涉及一種深淺海交變腐蝕環境模擬裝置，通過控制壓力、溫度、溶解氧和PH值等參數的周期性變化，模擬不同深度海水交變的腐蝕環境，並在此環境下實現材料性能測試，可用於評價材料在深淺海交變環境中的各項性能
坐寸O
背景技術：
海洋環境對金屬材料而言是一種苛刻的自然環境，服役於海洋環境的各種工程結構不可避免的要遭受海水腐蝕，深海環境對材料結構和功能可靠性的要求遠高於陸地和淺海，與淺海環境相比，深海環境的壓力、溶解氧含量、鹽度、溫度和pH值等發生變化時，材料的腐蝕行為、電化學保護技術和參數等也發生變化。因此，國內外均開展了深海腐蝕研究，以期為深海裝備的設計選材提供依據。深海腐蝕研究主要包括深海實海試驗和試驗室模擬試驗，實海模擬實驗可獲得材料在實際深海環境中的性能數據，但需要投入大量的人力、物力，投資高、周期長，觀測困難，特別是在深海環境條件下，試驗失敗率高，試樣丟損率大，因此，近年來，在實海試驗及對實海環境參數的收集的基礎上，又開展了試驗室模擬試驗研究，建立了深海環境模擬實驗裝置，通過對壓力、溫度和溶解氧等參數的控制，實現對深海環境進行模擬，從而為深海腐蝕研究提供了更為便利的條件。目前的相關研究表明，除環境參數本身對材料腐蝕性能的影響外，環境參數的交替變化也會影響材料的性能，如壓力的交變可能引起材料的應力腐蝕、加速塗層老化等，但目前尚未見有可進行深淺海交變環境的模擬試驗裝置和相應的評價方法的公開報導。
發明內容
本發明的目的在於克服現有技術存在的缺點，尋求設計提供一種深淺海交變環境的模擬裝置，使用該模擬裝置建立相應的試驗方法，對裝備結構材料在深淺海交變環境中進行性能評價、腐蝕行為規律與機理、塗層老化規律與機理、陰極保護材料性能評價等研究提供硬體平臺。為了實現上述目的，本發明通過中控臺輸入壓力交變模擬曲線，調整高壓往復泵轉速，調整高壓洩壓閥，從而進行壓力交變調整，通過電磁截止閥和電磁換向閥進行保持壓力設置；在建立後臺關聯資料庫上，根據不同實海深度下對應的溶解氧和溫度等數據進行相應的調整，實現深淺海交變環境的模擬，其交變周期可控且連續可調；採用三電極試驗臺架，解決高壓下試樣的固定問題與接線處透水等問題，通過穿壁耐壓及防水絕緣深水接頭進行信號提取，實現對材料在深淺海交變環境下腐蝕行為的實時測量，通過評價材料在深淺海交變環境中的性能獲得其環境適應性數據。本發明按功能區分包括壓力交變系統、鹽度調節系統、pH值調節系統、溫度控制系統、溶解氧調節系統、輔助調節系統、背壓閥、中央控制臺和上位計算機，通過調節介質溫度、介質溶解氧和PH值模擬深海或高壓環境參數，再通過壓力交變系統，按照設置壓力曲線進行壓力改變，實現模擬深海交變環境，實現對該環境下的材料性能評價、腐蝕機理研究、陰極保護材料電化學性能評價、有機和金屬塗層的性能與防護效果評價的試驗；主體結構包括實驗艙、背壓閥、數據採集控制器、上位計算機、變頻器、止回閥、高壓泵、阻尼器、氮氣罐、氧氣罐、製冷裝置、儲液罐、循環泵、攪拌機、攪拌室、閘閥、PH值測控單元和鹽度測控單元；內腔式罐狀結構的實驗艙頂部和側面分別與數據採集控制器電信息連通，構成檢測迴路，實驗艙的底部側面上通過背壓閥與儲液罐管道連通，實驗艙的底部另一側面上管道式通過阻尼器和止回閥接有高壓泵，高壓泵與儲液罐管道連通，並通過變頻器與數據採集控制器電信息連通；數據採集控制器還分別與攪拌室、攪拌機、製冷裝置、循環泵、儲液罐、氮氣罐與氧氣罐交匯點和上位計算機電信息連通，構成網絡一體式數據採集與分析處理系統；氮氣罐與氧氣罐的交匯點與儲液罐管道連接，製冷裝置與儲液罐管道電信連通，實現對儲液罐的溫度控制與調節；儲液罐的頂部一側通過閘閥與攪拌室管道連接，攪拌室的側面外固定制有攪拌機，實現對攪拌室中的攪拌；攪拌室內腔中分別與PH值測控單元和鹽度測控單元電信息連通並與數據採集控制器電信息連通，實現對攪拌室中的PH值和鹽度的控制與調節；循環泵通過管道分別與攪拌室和儲液罐底部內腔連通，實現液體的定量循環；上位計算機與數據採集控制器之間採用多端電纜電信息連通構成檢測參數的採集處理、分析與顯示系統，實現智能化參數採集檢測與調控。本發明涉及的深淺海交變腐蝕環境模擬裝置的實驗艙容積> 80L，壓力為O lOMPa，控制誤差彡±2% ;溫度為4 30°C，溫度波動彡土 1°C ;溶解氧為O 8ppm ;pH為7、；深淺海交變周期通過軟體進行設置，實現自動調節和控制，交變周期最小值為lmin，通過電磁閥的開關實現壓力交變，壓力交變的波形為方波、正弦波或線性變化；通過資料庫關聯出的信息調節及控制溫度、溶解氧等參數。本發明與現有技術相比，通過對壓力、溫度，溶解氧等參數的連續控制和調節，實現深淺交變海水環境的試驗室模擬，可以進行材料腐蝕性能評價、深海腐蝕機理研究，陰極保護材料電化學性能評價以及有機塗層和金屬塗層的性能與防護效果評價，其結構原理簡單，使用操作可靠，模擬效果真實，深淺海交變實驗效果好，實用性強，可廣泛用於各種海洋環境的模擬試驗。
:圖1為本發明的主體結構原理示意框圖。圖2為本發明涉及的實施例1的壓力交變關係示意圖。圖3為本發明涉及的實施例1的陽極溶解腐蝕形貌照片。圖4為本發明涉及的實施例2的壓力交變關係示意圖。圖5為本發明涉及的實施例2的陽極溶解腐蝕形貌照片。
具體實施方式
:下面通過實施例並結合附圖對本發明作進一步描述。本實施例按功能區分包括壓力交變系統、鹽度調節系統、pH值調節系統、溫度控制系統、溶解氧調節系統、輔助調節系統、背壓閥、中央控制臺和上位計算機，通過調節介質溫度、介質溶解氧和PH值模擬深海或高壓環境參數，再通過壓力交變系統，按照設置壓力曲線進行壓力改變，實現模擬深海交變環境，實現對該環境下的材料性能評價、腐蝕機理研究、陰極保護材料電化學性能評價、有機和金屬塗層的性能與防護效果評價的試驗；主體結構包括實驗艙1、背壓閥2、數據採集控制器3、上位計算機4、變頻器5、止回閥6、高壓泵7、阻尼器8、氮氣罐9、氧氣罐10、製冷裝置11、儲液罐12、循環泵13、攪拌機14、攪拌室15、閘閥16、pH值測控單元17和鹽度測控單元18 ;內腔式罐狀結構的實驗艙I頂部和側面分別與數據採集控制器3電信息連通，構成檢測迴路，實驗艙I的底部側面上通過背壓閥2與儲液罐12管道連通，實驗艙I的底部另一側面上管道式通過阻尼器8和止回閥6接有高壓泵7，高壓泵7與儲液罐12管道連通，並通過變頻器5與數據採集控制器3電信息連通；數據採集控制器3還分別與攪拌室15、攪拌機14、製冷裝置11、循環泵13、儲液罐12、氮氣罐9與氧氣罐10交匯點和上位計算機4電信息連通，構成網絡一體式數據採集與分析處理系統；氮氣罐9與氧氣罐10的交匯點與儲液罐12管道連接，製冷裝置11與儲液罐12管道電信連通，實現對儲液罐12的溫度控制與調節；儲液罐12的頂部一側通過閘閥16與攪拌室15管道連接，攪拌室15的側面外固定制有攪拌機14，實現對攪拌室15中的攪拌；攪拌室15內腔中分別與PH值測控單元17和鹽度測控單元18電信息連通並與數據採集控制器3電信息連通，實現對攪拌室15中的pH值和鹽度的控制與調節；循環泵13通過管道分別與攪拌室15和儲液罐12底部內腔連通，實現液體的定量循環；上位計算機4與數據採集控制器3之間採用多端電纜電信息連通構成檢測參數的採集處理、分析與顯示系統，實現智能化參數採集檢測與調控。本實施例採用在裝置上方帶有三孔的長板固定試樣；圓柱形PVC螺紋螺杆配合正方形蓋板固定陰極桶，兩節圓柱形筒代表兩組試樣，同時進行一組平行樣的測試。實施例1:本實施例對Al-Zn-1n-Mg-Ti (I 號)與 Al-Zn-1n-Mg-T1-Ga-Mn (2 號)進行電化學性能測試，試驗依照《犧牲陽極電化學性能試驗方法》GB/T 17848-1999，採用4天法試驗；
試驗壓力:3MPa與4.5MPa交變，交變時間關係如圖3所示；試驗時間:96小時；溫度:隨壓力(模擬深海深度)變化而變化；溶解氧:4ppm;實驗結果:如表I和表2 ；表I為開路電位與工作電位:
lOCP/V~[TdTv |2d/V |3d/V |4d/VT#-1.128 -1.062 -1.080 -1.004 -1.046
2#-1.112 -1.067 -1.099 -1.077 -1.057表2為電流效率:
1 1 I實際電容量/a.h/Kg 電流效率/%~I失重/g
權利要求
1.一種深淺海交變腐蝕環境模擬裝置，其特徵在於按功能區分包括壓力交變系統、鹽度調節系統、PH值調節系統、溫度控制系統、溶解氧調節系統、輔助調節系統、背壓閥、中央控制臺和上位計算機，主體結構包括實驗艙、背壓閥、數據採集控制器、上位計算機、變頻器、止回閥、高壓泵、阻尼器、氮氣罐、氧氣罐、製冷裝置、儲液罐、循環泵、攪拌機、攪拌室、閘閥、PH值測控單元和鹽度測控單元；內腔式罐狀結構的實驗艙頂部和側面分別與數據採集控制器電信息連通，構成檢測迴路，實驗艙的底部側面上通過背壓閥與儲液罐管道連通，實驗艙的底部另一側面上管道式通過阻尼器和止回閥接有高壓泵，高壓泵與儲液罐管道連通，並通過變頻器與數據採集控制器電信息連通；數據採集控制器還分別與攪拌室、攪拌機、製冷裝置、循環泵、儲液罐、氮氣罐與氧氣罐交匯點和上位計算機電信息連通，構成網絡一體式數據採集與分析處理系統；氮氣罐與氧氣罐的交匯點與儲液罐管道連接，製冷裝置與儲液罐管道電信連通，實現對儲液罐的溫度控制與調節；儲液罐的頂部一側通過閘閥與攪拌室管道連接，攪拌室的側面外固定制有攪拌機，實現對攪拌室中的攪拌；攪拌室內腔中分別與PH值測控單元和鹽度測控單元電信息連通並與數據採集控制器電信息連通，實現對攪拌室中的PH值和鹽度的控制與調節；循環泵通過管道分別與攪拌室和儲液罐底部內腔連通，實現液體的定量循環；上位計算機與數據採集控制器之間採用多端電纜電信息連通構成檢測參數的採集處理、分析與顯示系統，實現智能化參數採集檢測與調控。
2.根據權利要求1所述的深淺海交變腐蝕環境模擬裝置，其特徵在於模擬裝置的實驗艙容積彡80L，壓力為O IOMPa ;溫度為4 30°C;溶解氧為O 8ppm ；pH為7 9 ;深淺海交變周期最小值為lmin，通過電磁閥的開關實現壓力交變，壓力交變的波形為方波、正弦波或線性變化；通過資料庫關聯出的信息調節及控制溫度、溶解氧參數。
全文摘要
本發明屬於海洋腐蝕與防護技術領域，涉及一種深淺海交變腐蝕環境模擬裝置，通過控制壓力、溫度、溶解氧和pH值等參數的周期性變化，模擬不同深度海水交變的腐蝕環境，並在此環境下實現材料性能測試，用於評價材料在深淺海交變環境中的各項性能等，包括壓力交變系統、鹽度調節系統、pH值調節系統、溫度控制系統、溶解氧調節系統、輔助調節系統、背壓閥、中央控制臺和上位計算機，通過調節介質溫度、介質溶解氧和pH值模擬深海或高壓環境參數，再通過壓力交變系統，按照設置壓力曲線進行壓力改變，實現模擬深海交變環境，對材料性能評價；其結構原理簡單，使用操作可靠，模擬效果真實，深淺海交變實驗效果好，實用性強。
文檔編號G01N17/00GK103076273SQ20121042191
公開日2013年5月1日 申請日期2012年10月29日 優先權日2012年10月29日
發明者馬力, 張繁, 閆永貴, 張海兵 申請人:中國船舶重工集團公司第七二五研究所