一种模拟浪花飞溅区的冲蚀-腐蚀实验装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种冲蚀-腐蚀实验装置和方法，具体地说是模拟浪花飞溅区多试样干湿交替条件下的冲蚀-腐蚀研宄装置及其方法。
【背景技术】
[0002]海洋复杂苛刻的腐蚀环境束缚了海洋资源开发的步伐，海洋结构物的腐蚀防护研宄一直是久盛不衰的热门课题。为了研宄的方便，通常将海洋腐蚀环境划分为:海洋大气区、浪花飞溅区、潮差区、全浸区和海泥区。其中，处于浪花飞溅区的结构因受到海水飞溅、阳光照射、干湿交替、表面供氧充分等多种苛刻因素的联合作用而成为海洋腐蚀最严重的区域，其主要失效形式一般为波浪冲击力和海水腐蚀联合作用下的冲蚀-腐蚀，是海洋腐蚀研宄的重点区域。目前，浪花飞溅区的腐蚀研宄多以实海挂片分析为主，但这种方法往往存在试验周期长、成本高、试验数据分散性较大、不能进行特定因素分析，以及难以实时监测试样的腐蚀状态等问题。鉴于此，有必要发明海洋浪花飞溅区结构的实验室模拟冲蚀-腐蚀测试装置，并提供相应的方法。对于模拟海洋浪花飞溅区的材料冲蚀-腐蚀性能研宄装置，目前已有相关研宄论文或公开专利。但是由于飞溅区的腐蚀环境影响因素较多，如盐浓度、波浪大小、波浪周期、含砂量、含氧量、光照、温度等，现有装置仅能实现部分影响因素的研宄，而不能将众多影响因素的协同作用结果纳入研宄范围。因此，为了能够更全面准确评价材料在浪花飞溅区的失效过程，发明装置需要考虑多种因素的综合作用，其实验环境可控，以研宄特定因素对冲蚀-腐蚀行为的影响，所得结果对冲蚀-腐蚀机理研宄、防护措施优化，以及材料的筛选均具有重要的指导意义。
【发明内容】
[0003]为解决上述问题，本发明提供了一种模拟浪花飞溅区的冲蚀-腐蚀实验装置，可研宄波浪冲击速度、冲击周期、含砂量、含氧量、温度、光照等因素对材料冲蚀-腐蚀行为的影响。此外，实验过程中可进行材料的原位电化学监测，有助于分析腐蚀分量在材料冲蚀-腐蚀失效过程中的作用规律。
[0004]为实现上述目的，本发明采取的技术方案为:
[0005]—种模拟浪花飞溅区冲蚀-腐蚀实验装置，所述实验装置以底座为支撑，包括升降系统、试样装夹系统、动力系统、喷射系统、紫外光照老化系统、电化学测试系统和温控系统；底座上固定有液压升降架，通过踏板或泄压旋钮控制液压升降架的上升或下降，液压升降架上装有试样装夹系统和动力系统，液压升降架一侧安装有介质槽，用于贮存腐蚀介质和其余系统的安装固定，试样装夹系统安置在介质槽内部，为保证腐蚀介质免受外界环境影响，所述介质槽上方套装密封盖，并通过橡胶密封圈将二者密封；密封盖中间开孔以便传动轴通过，开孔周边加工有环形凹槽，环形凹槽内填充不易挥发的液体介质，传动轴上安装有U型密封盖，U型密封盖下表面降至环形凹槽内介质液面以下，实现了介质槽的完全密封，以达到精确控制介质槽内氧含量的目的；所述动力系统中的电机固定在升降架的上方，所述电机转速可调，电机输出扭矩依次通过小皮带轮、皮带、大皮带轮、联轴器传输到传动轴上，进而带动固定在传动轴上的试样装夹系统旋转，所述传动轴上装有轴承，并通过固定横梁与液压升降架固定连接，以提高传动轴的稳定性，所述传动轴的外表面包覆橡胶保护套，可避免喷射介质对其造成冲蚀损伤；所述试样装夹系统包括上试样架、上试样架固定螺母、下试样架、下试样架固定螺母、L型支架、试样固定螺栓177和支架固定螺栓，所述上试样架和下试样架分别通过上试样架固定螺母和下试样架固定螺母固定在传动轴上，所述上试样架和下试样架为圆柱形，沿环向均勾分布12个定位槽，每个定位槽上均安装有L型支架，L型支架上通过试样固定螺栓固定有9支短尺试样，主要用于冲蚀-腐蚀形貌、失重和机理分析和3支长尺试样用于冲蚀-腐蚀过程中的电化学监测，所述L型支架可沿定位槽长度方向移动，即上试样架或下试样架的径向方向移动，用于调节试样与喷嘴之间的距离，通过支架固定螺栓可将L型支架固定，所述电化学测试系统包括多通道电化学工作站、电极线、电极线密封件和相应的电极；3支长尺试样分别作为第一工作电极、第二工作电极和第三工作电极，3支工作电极的上端实验环境与短尺试样相同，下端始终浸于腐蚀介质中，在下试样架的底部距离3支工作电极一定位置处安装有共用的旋转参比电极和旋转辅助电极，实验过程中随3支工作电极一同旋转，构成旋转电极体系；上试样架的上表面不同径向位置依次安装有相互绝缘的第一工作电极导电环、第二工作电极导电环、第三工作电极导电环、参比电极导电环和辅助电极导电环，通过5根导线分别与第一工作电极、第二工作电极、第三工作电极、旋转参比电极和旋转辅助电极相连；密封盖下表面装有碳刷支架，碳刷支架上装有第一工作电极碳刷、第二工作电极碳刷、第三工作电极碳刷、参比电极碳刷和辅助电极碳刷，分别与第一工作电极导电环、第二工作电极导电环、第三工作电极导电环、参比电极导电环和辅助电极导电环接触，保证试样旋转过程中可连续进行电化学测试；第一工作电极碳刷、第二工作电极碳刷、第三工作电极碳刷、参比电极碳刷和辅助电极碳刷通过电极线连接有多通道电化学工作站，电极线与密封盖之间采用电极线密封件密封；实验过程中的电化学测试结果包含了长尺试样浸于介质部分的腐蚀信息，为了扣除长尺试样全浸区域腐蚀造成的影响，所述电化学测试系统还包括补偿模块，包括电极支架、全浸试样、参比电极和辅助电极，所述电极支架固定于介质槽的内壁处，电极支架下方悬挂全浸试样，所述参比电极、辅助电极与全浸试样的相对位置与上述旋转电极体系相同；将长尺试样腐蚀速率减去全浸试样的腐蚀速率，即为试样在冲蚀-腐蚀联合作用下的腐蚀分量；所述喷射系统包括砂浆泵、进泵管路、循环液出口管路、出口调节阀门、旁路阀门、排液阀门和喷嘴，腐蚀介质沿进泵管路进入砂浆泵，经出口调节阀门进入循环液出口管路内，随后经喷嘴喷射至旋转的试样上，循环液出口管路上装有压力表、流量计和出口调节阀门，可通过出口调节阀门调整介质的喷出速度，进泵管路与砂浆泵之间设有旁路阀门，传动轴的端部安装搅拌叶片，以提高介质的均匀程度，砂浆泵一侧设有排液阀门；紫外光照老化系统包括光照控制器、环形紫外线灯管和隔离板，实验过程中可考察试样表面涂层老化对冲蚀-腐蚀性能的影响，紫外线灯管安装在介质槽的内壁处，为防止喷射介质对灯管造成损坏，在喷嘴周边安装有隔离板，紫外线灯管与光照控制器连接，可对实验过程中的光照条件进行控制；所述温控系统包括依次连接的温控仪、温度传感器和加热管，加热管安装在介质槽的内，并通过温控仪控制加热管的工作状态，温度传感器和加热管安装在介质槽的外侧。
[0006]优选的，所述密封盖采用有机玻璃制作，以便观察实验过程中介质槽内的变化情况。
[0007]优选的，所述传动轴上带有螺纹。
[0008]优选的，所述介质槽采用耐蚀性较好的不锈钢制作。
[0009]优选的，所述上试样架、上试样架固定螺母、下试样架、下试样架固定螺母、L型支架、试样固定螺栓和支架固定螺栓均采用高强度聚醚醚酮制作，以避免零部件腐蚀对实验体系造成影响。
[0010]优选的，所述温度传感器和加热管外壳均采用不锈钢材料制作。
[0011]本发明可以用于试样周期性地经受介质冲击，模拟浪花飞溅区的干湿交替环境，干湿交替的周期通过调整电机转速进行调整；介质冲击的速率可以通过出口调节阀门调整，以模拟海洋风况不同导致的波浪冲击强度大小；可同时进行多试样的冲蚀-腐蚀试样，即可进行多种材料的对比试验，也可进行同种材料的平行性试验；利用密封盖上的碳刷和上试样架上的导电环，实现试样旋转过程中的连续电化学监测；对全浸试样进行电化学腐蚀速率测量，从进行冲蚀-腐蚀的长尺挂片腐蚀速率中扣取全浸区部分的腐蚀速率，可考察冲蚀-腐蚀过程中腐蚀分量的作用；考虑了有机涂层在阳光照射下的老化因素，干湿交替的干阶段通过紫外灯管对试样进行光老化；环境箱通过密封盖实现空气隔绝，并装有温控系统，可实现介质环境的可控和调整，扩大本试验方法的应用范围；介质中加入固体颗粒，可进行多相流的冲击-腐蚀试验。
[0012]本发明具有以下有益效果:
[0013]提供了一套适用于海洋浪花飞溅区的材料冲蚀-腐蚀实验研宄装置，可研宄波浪冲击速度、冲击周期、含砂量、含氧量、温度、光照等因素对材料冲蚀-腐蚀行为的影响，以精确模拟海洋浪花飞溅区结构的失效过程，弥补了现有模拟飞溅区材料冲蚀-腐蚀研宄装置的不足；本发明采用材料干湿交替过程中的原位电化学监测，可明确腐蚀分量在材料冲蚀-腐蚀失效过程中的作用规律。
【附图说明】
[0014]图1为本发明实施例冲蚀-腐蚀实验装置的整体结构示意图；
[0015]图2为本发明实施例中