专利名称：一种船用紧固件及防护涂层的模拟加速腐蚀试验方法
技术领域：
本发明属于海洋腐蚀与防护技术领域，涉及一种船用紧固件及防护涂层的模拟加速腐蚀试验方法，适用于紧固件及其防护涂层在实验室内开展海洋环境下模拟加速腐蚀性能的试验场合，结合过程中的电化学信息评价紧固件及其防护涂层的环境腐蚀性能。
背景技术：
海水是一种很强的腐蚀性介质，船舶上各种钢铁构件在海洋环境中很容易遭受严重的腐蚀，其中船用紧固件的腐蚀是诸多突出的腐蚀问题之一，腐蚀易造成紧固件的有效直径显著减小、机械强度大大降低，严重影响到紧固件联接装置的可靠性和功能，甚至危及船舶的安全。只有科学地评价紧固件及其防护涂层在使用环境中的腐蚀性能，才能有效地使用紧固件，从而提高其环境适应性、安全性和维修性。船用紧固件所处的腐蚀环境非常严酷，船体内部相对封闭的高温、高湿、高盐雾的腐蚀环境以及海水间浸、海水飞溅和干湿交替条件下严酷腐蚀都对紧固件及其防护涂层产生极大的破坏作用。目前，船用紧固件材料腐蚀试验研究方法可分为实海暴露腐蚀试验(又称现场试验)和实验室模拟加速腐蚀试验，实海暴露腐蚀试验操作简单，能采用各种尺寸与形状的紧固件，试验的环境条件与实际使用环境基本相同，能反映环境的综合影响，试验结果真实可靠，但该方法试验周期较长，实海环境中影响紧固件腐蚀的因素不能控制，各种环境因素的作用很难区分，试验结果重现性差；实验室模拟加速腐蚀试验的优点是试验条件及环境腐蚀因素可以严格控制和调节；试验周期短；试验结果的重现性较好，但实验室内部的海水腐蚀试验一般仅考察单一因素的加速腐蚀试验，例如公开号为CN 101464247A的中国发明专利描述了一种天然海水模拟加速材料腐蚀的间浸腐蚀试验方法，仅适用于模拟研究材料在潮差区的腐蚀规律；另夕卜，盐雾试验作为一种实验室模拟加速腐蚀试验方法，可通过调节溶液浓度、成分、盐雾沉积量和环境温度模拟含高氯离子条件下的腐蚀环境，具有很强的加速腐蚀效果；但在试验过程中发现，船用紧固件及其防护涂层在盐雾环境中的腐蚀现象与在实际使用条件下的腐蚀行为差异较大。船用紧固件及其防护涂层在海洋环境下的腐蚀不仅仅是单一因素的作用，常常是多因素交叉作用，因此该方法不适合评价船用紧固件及其防护涂层在实际工况下(干湿交替、海水间浸，高温高湿等)的耐蚀性能。目前的实验室模拟加速腐蚀试验方法主要通过观察试样腐蚀形貌和失重法表征材料的腐蚀性能,还没有与电化学原位监测方法相结合，无法获取腐蚀过程中的电化学参数，缺乏过程信息的数据支撑，试验方法的可靠性较低。因此，结合电化学监测方法，建立一种能反映船用紧固件及其防护涂层在实际使用环境下耐蚀性能的实验室模拟加速试验方法十分必要。
发明内容
本发明的目的在于克服现有紧固件及其防护涂层腐蚀试验评价方法所存在的不足，寻求设计一种船用紧固件及防护涂层的模拟加速腐蚀试验方法，结合多种环境因素的模拟和控制，加入电化学方法进行原位监测，更好的评价紧固件及防护涂层在模拟海洋环境下的腐蚀行为，可获取典型的紧固件材料及防护涂层在关键影响因素交互作用下的腐蚀特征，更接近紧固件材料实际的使用条件，为科学地选用紧固件及防腐措施提供应用依据。为了实现上述目的，本发明采用天然海水和5% NaCl溶液作为试验介质，可进行不同规格紧固件 及防护涂层的浸泡、湿热、干燥和盐雾试验，并结合电化学方法进行原位监测，将过程信息和腐蚀试验结果相结合，获得紧固件材料及防护涂层的腐蚀规律，具体步骤包括试验装置选配、试样预处理、循环腐蚀试验和显示试验结果四部分(I)试验装置选配选配的试验装置包括一个多功能循环腐蚀试验箱和一个定制的电化学测试电解槽，多功能循环腐蚀试验箱实现包括温湿度、喷雾、浸水状态等多种环境因素的模拟控制，测试电解槽由耐蚀PVC材料制成，装载不同规格、不同涂层材料的紧固件或平板试样，海洋电解槽内置有三电极体系的连接导线，通过试验箱预留的端孔引出测试连接线；根据试验内容设计不同的试验参数，当测试电解槽处于完全浸水状态时，通过外接现有技术常用的电化学设备进行紧固件及防护涂层电化学信号的测试；(2)试样预处理试样包括紧固件及防护涂层，试样的数量、规格和种类根据试验材料的相关规定选择；紧固件试样预处理包括清洗剂和蒸馏水冲洗、盐酸除锈、蒸馏水冲洗、酒精浸洗、吹干、称重和干燥箱中干燥备用；带防护涂层的紧固件试样预处理包括蒸馏水洗、酒精洗、吹干、称重和干燥箱中干燥备用；(3)循环腐蚀试验循环腐蚀试验包括浸泡试验、湿热试验、干燥试验和盐雾试验，按先后顺序分别进行，循环次数为10-100次，一次循环的试验时间为24小时；具体试验条件如下浸泡试验时间为16小时，采用天然海水作为试验介质，试验温度保持在室温；湿热试验时间为2小时，试验温度为50°C，相对湿度为95% ；干燥试验时间为4小时，试验温度为20°C，相对湿度为30% ；盐雾试验时间为2小时，盐溶液5% NaCl溶液，pH值在6. 5 7. 2左右，试验温度为35±2°C，喷雾量:1· O 2. 0mL/80cm2/h，相对湿度为95% ；(4)显示试验结果显示试验结果包括以下内容a.紧固件所用材料、防护涂层参数信息以及试验过程中的腐蚀现象记录；b.紧固件及其防护涂层腐蚀形貌的文字和照片表示；c.紧固件及其防护涂层的电化学测试数据。本发明与现有技术相比，可以模拟加速紧固件及防护涂层在船舶实际工况条件下的腐蚀过程，研究紧固件材料在海水干湿交替、海水飞溅和海水间浸等复杂工况下的腐蚀规律，评价紧固件材料的耐蚀性能和防护涂层的保护效果，预测紧固件材料的环境应用性能；其工艺步骤简单，原理安全可靠，试验环境友好，试验成本小，设备成熟，结果显示直观，应用性好。
图I为本发明对镀锌紧固件模拟加速腐蚀试验30个循环电化学阻抗谱原理示意图。图2为本发明对镀锌紧固件模拟加速腐蚀试验30个循环腐蚀形貌示意图。图3为本发明对复合涂层紧固件模拟加速腐蚀试验30个循环电化学阻抗谱原理示意图。图4为本发明对复合涂层紧固件模拟加速腐蚀试验30个循环腐蚀形貌示意图。
具体实施例方式下面通过实施例并结合附图作进一步说明。实施例
本实施例采用天然海水和5% NaCl溶液作为试验介质，可进行不同规格紧固件及其防护涂层的浸泡、湿热、干燥和盐雾试验，并结合电化学方法进行原位监测，将过程信息和腐蚀试验结果相结合，获得紧固件材料及其防护涂层的腐蚀规律，具体步骤包括试验装置选配、试样预处理、循环腐蚀试验和显示试验结果四个部分(I)试验装置选配采用的试验装置由一个多功能循环腐蚀试验箱和一个定制的电化学测试电解槽组成，由多功能循环腐蚀试验箱实现多种环境因素的模拟控制，如温湿度、喷雾、浸水状态等；测试电解槽由耐蚀PVC材料制成，装载不同规格、不同涂层材料的紧固件或平板试样，内置三电极体系连接导线，通过试验箱预留的端孔引出测试连接线；根据试验内容设计不同的试验参数，当测试电解槽处于完全浸水状态时，通过外接常用电化学设备进行紧固件及防护涂层电化学信号的测试；(2)试样预处理涉及的试样主要是紧固件及其防护涂层，试样数量、规格和种类根据试验材料有关规定选择；紧固件试样预处理清洗剂和蒸馏水冲洗一盐酸除锈一蒸馏水冲洗一酒精浸洗一吹干一称重一干燥箱中备用；带防护涂层的紧固件试样预处理蒸馏水洗一酒精洗一吹干一称重一干燥箱中备用；(3)循环腐蚀试验涉及的试验包括浸泡试验、湿热试验、干燥试验和盐雾试验，按先后顺序组合，并进行循环，循环次数为10-100次，循环一次的试验时间为24小时；具体试验条件如下浸泡试验时间为16小时，采用天然海水作为试验介质，试验温度保持在室温；湿热试验时间为2小时，试验温度为50°C，相对湿度为95% ；干燥试验时间为4小时，试验温度为20°C，相对湿度为30% ；盐雾试验时间为2小时，盐溶液5% NaCl溶液，pH值在6. 5 7. 2左右，试验温度为35±2°C，喷雾量:1· O 2. 0mL/80cm2/h，相对湿度为95% ；在每个循环浸泡过程对紧固件及其防护涂层试样进行开路电位和电化学阻抗谱测试，测试使用市售的Parstat 283电化学阻抗测试系统，测试频率范围为lOOKHz-lOmHz，正弦波信号振幅为5mV，试验采用三电极体系，参比电极为饱和甘汞电极，辅助电极为钼铌丝电极，试样作为工作电极；每组试验均使用3个平行试样，在进行电化学阻抗谱测试之前，首先测量每个试样的开路电位，在循环腐蚀试验的前10个循环，选择第3，5，7个循环测量一次电化学阻抗谱，从第10个循环开始，每10个循环测量一次电化学阻抗谱；定期观察紧固件及其防护涂层的宏观腐蚀形貌；(4)显示试验结果显示试验结果包括打印显示和屏幕显示方式，显示的结果包括以下内容
a.紧固件所用材料、防护涂层参数信息以及试验过程中的腐蚀现象记录；b.紧固件及其防护涂层腐蚀形貌的文字和照片表示；c.紧固件及其防护涂层的电化学测试数据。本实施例以镀锌、复合涂层(锌铝底层+环氧富铝面层)紧固件为试验试样，规格为M20X75和M12X35，参照上述试验方法分别进行浸泡/湿热/干燥/盐雾循环腐蚀实验30个循环；在实验过程中，定期观察紧固件及防护涂层的宏观腐蚀形貌，并进行电化学阻抗谱测试。
本实施例镀锌紧固件模拟加速腐蚀实验30个循环电化学阻抗谱图中可以看出，涂层电阻随模拟加速腐蚀试验的进行逐渐减小，尤其是进行5个循环后涂层电阻显著减小，主要是海水等腐蚀介质已经浸入涂层/基体界面，和锌粉进行了充分的接触并发生活性反应；通过腐蚀形貌示意图可以看出，5个循环后镀锌涂层紧固件表面产生微量的白色腐蚀产物，随着试验时间的延长，镀锌涂层紧固件表面的腐蚀产物逐渐增多，当进行到30个循环后紧固件基本被腐蚀产物完全覆盖，锈蚀严重；附图I中可以明显看到，30个循环后涂层电阻发生了数量级的减小，此时镀锌涂层基本丧失了对基体的保护能力；附图3的复合涂层紧固件模拟加速腐蚀实验30个循环电化学阻抗谱图中看出，涂层电阻随模拟加速腐蚀试验的进行呈逐渐增大的趋势，表明复合涂层可以起到良好的保护效果，与镀锌涂层相比，表现出较好的耐蚀性；附图4中的宏观腐蚀形貌也可以看出，在模拟加速腐蚀试验30个循环周期内，复合涂层紧固件表面完好，基本没有腐蚀；综上所述，在观察宏观腐蚀形貌的基础上，结合电化学参数的实时检测，可以有效评价紧固件及防护涂层的保护效果，积累大量过程信息，提高模拟加速腐蚀试验方法的可靠性。
权利要求
1.一种船用紧固件及防护涂层的模拟加速腐蚀试验方法，其特征在于采用天然海水和5% NaCl溶液作为试验介质，可进行不同规格紧固件及防护涂层的浸泡、湿热、干燥和盐雾试验，并结合电化学方法进行原位监测，将过程信息和腐蚀试验结果相结合，获得紧固件材料及防护涂层的腐蚀规律，具体步骤包括试验装置选配、试样预处理、循环腐蚀试验和显示试验结果四部分 (1)试验装置选配选配的试验装置包括一个多功能循环腐蚀试验箱和一个定制的电化学测试电解槽，多功能循环腐蚀试验箱实现包括温湿度、喷雾、浸水状态等多种环境因素的模拟控制，测试电解槽由耐蚀PVC材料制成，装载不同规格、不同涂层材料的紧固件或平板试样，海洋电解槽内置有三电极体系的连接导线，通过试验箱预留的端孔引出测试连接线；根据试验内容设计不同的试验参数，当测试电解槽处于完全浸水状态时，通过外接现有技术常用的电化学设备进行紧固件及防护涂层电化学信号的测试； (2)试样预处理试样包括紧固件及防护涂层，试样的数量、规格和种类根据试验材料的相关规定选择；紧固件试样预处理包括清洗剂和蒸馏水冲洗、盐酸除锈、蒸馏水冲洗、酒精浸洗、吹干、称重和干燥箱中干燥备用；带防护涂层的紧固件试样预处理包括蒸馏水洗、酒精洗、吹干、称重和干燥箱中干燥备用； (3)循环腐蚀试验循环腐蚀试验包括浸泡试验、湿热试验、干燥试验和盐雾试验，按先后顺序分别进行，循环次数为10-100次，一次循环的试验时间为24小时；具体试验条件如下 浸泡试验时间为16小时，采用天然海水作为试验介质，试验温度保持在室温； 湿热试验时间为2小时，试验温度为50°C，相对湿度为95% ； 干燥试验时间为4小时，试验温度为20°C，相对湿度为30% ； 盐雾试验时间为2小时，盐溶液5% NaCl溶液，pH值在6. 5 7. 2左右，试验温度为35±2°C，喷雾量1. O 2. 0mL/80cm2/h，相对湿度为 95% ； (4)显示试验结果显示试验结果包括以下内容 a.紧固件所用材料、防护涂层参数信息以及试验过程中的腐蚀现象记录； b.紧固件及其防护涂层腐蚀形貌的文字和照片表示； c.紧固件及其防护涂层的电化学测试数据。
全文摘要
本发明属于海洋腐蚀与防护技术领域，涉及一种船用紧固件及防护涂层的模拟加速腐蚀试验方法，采用天然海水和5％NaCl溶液作为试验介质，可进行不同规格紧固件及防护涂层的浸泡、湿热、干燥和盐雾试验，并结合电化学方法进行原位监测，将过程信息和腐蚀试验结果相结合，获得紧固件材料及防护涂层的腐蚀规律，具体步骤包括试验装置选配、试样预处理、循环腐蚀试验和显示试验结果四部分；其工艺步骤简单，原理安全可靠，试验环境友好，试验成本小，设备成熟，结果显示直观，应用性好。
文档编号G01N17/00GK102621058SQ20121011280
公开日2012年8月1日 申请日期2012年4月17日 优先权日2012年4月17日
发明者李相波, 林志峰, 许立坤, 辛永磊 申请人:中国船舶重工集团公司第七二五研究所