一种大气腐蚀的模拟装置及模拟方法与流程

本发明涉及腐蚀模拟实验技术领域，具体涉及一种大气腐蚀的模拟装置及模拟方法。

背景技术：

为了研究材料在大气环境中腐蚀的情况，实验室内采用大气加速模拟装置来研究特定大气环境因数作用下的腐蚀腐蚀行为和机理。现有的大气腐蚀加速实验方法有盐雾试验、电解腐蚀试验、湿热腐蚀试验、二氧化硫气体腐蚀试验、硫化氢气体腐蚀试验、膏泥腐蚀试验等，但是这些实验方法都不能真实地反映材料在大气环境中所处的三个状态：浸没、湿润和干燥。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题之一在于提供一种大气腐蚀的模拟装置，该装置能够实现浸没、湿润和干燥三个状态，从而完整重现了材料在自然大气环境中干湿交替的循环过程。

一种大气腐蚀的模拟装置，包括腔体和温度控制单元，所述腔体配设有密封盖体，在所述腔体内放置有测试组件，所述测试组件包括测试架、隔板一和隔板二，所述隔板一和隔板二相互平行，二者之间通过立柱连接，所述立柱的底部固定在腔体的底壁上，所述测试架放置在所述隔板一上，待测试材料放置在所述测试架上，所述隔板一和隔板二与腔体的器壁之间留有缝隙，所述隔板一的上方为浸没区，所述隔板一和隔板二之间为湿润区，所述隔板一下方为干燥区；

所述温度控制单元包括水溶液恒温控制单元、湿度传感器和气温控制单元，所述气温控制单元位于所述腔体的顶部，所述水溶液恒温控制单元位于所述腔体的底部，在所述干燥区的腔体壁上分别设置有进水口一和出水口一，所述湿润区的内壁上设置有出水口二，腐蚀介质通过所述进水口一进入所述腔体内部。

作为本发明的一个优选方案，所述浸没区的顶部设置有用于保持腔体内温度均匀的电风扇。

作为本发明的另一个优选方案，所述湿度传感器设置在腔体内。

优选的，所述腔体连接有计时器，用于记录、调节待测试材料在浸没区、湿润区和干燥区的时间周期。

优选的，所述进水口一、出水口一和出水口二处均连接有管道，并且每个管道上均设置有水泵。

本发明所要解决的另一技术问题是提供一种大气腐蚀的模拟方法，通过控制浸没、湿润和干燥三个时间周期、相对湿度等参数，能够更好地模拟大气腐蚀。

一种大气腐蚀的模拟方法，依次包括以下步骤：

a、准备模拟装置，所述模拟装置包括腔体、水溶液恒温控制单元和气温控制单元，先将水溶液恒温控制单元安装在腔体内底壁，然后将测试组件安装在腔体内部，所述测试组包括测试架、隔板一和隔板二，隔板一和隔板二之间平行布置中间通过立柱连接，该立柱穿过隔板二固定在腔体的底壁，将测试架放置在所述隔板一上，待测试材料放置在所述测试架上，隔板一和隔板二与腔体的器壁之间留有缝隙，在隔板二下方区域的腔体壁上设置进水口一和出水口一，在隔板一和隔板二之间的腔体壁上设置出水口二；

b、将气温控制单元安装在待测试材料上方，并安装电风扇保持腔体内温度的均匀分布，用密封盖体将腔体密封；

c、模拟浸没状态，腐蚀介质从进水口一进入，一直通入，直至腐蚀介质液面达到隔板一上方，形成浸没区，通过所述水溶液恒温控制单元调节腐蚀介质的温度为室温～100℃，浸没一段时间；

d、接步骤c，模拟湿润状态，将部分腐蚀介质通过出水口二抽出，控制腐蚀介质液面在隔板一和隔板二之间的区域，形成湿润区，通过所述水溶液恒温控制单元调节腐蚀介质温度范围为室温～100℃，通过气温控制单元调节隔板一上方区域的温度为室温～100℃，且腐蚀介质温度高于隔板一上方区域温度，从而产生稳定相对湿度，相对湿度连续可调，湿润一段时间；

e接步骤d，模拟干燥状态，将部分腐蚀介质通过出水口一抽出，控制腐蚀介质液面在隔板二下方，形成干燥区，通过气温控制单元调节隔板一上方区域的温度为室温～100℃，干燥一段时间；

f通过数码相机微距功能跟踪记录试样表面的腐蚀形貌变化，并采用金相显微镜观察试样的截面腐蚀形貌，从而展开研究分析。

优选的，所述气温控制单元由加热器、热电偶和温控仪组成。

优选的，所述腐蚀介质为氯化钠溶液。

本发明所带来的有益技术效果：

本发明模拟装置，在同一个密闭腔体内设置有浸没区、湿润区和干燥区，在待测试材料处于浸没状态时，腐蚀介质溶液从进口一进入，并一直通入并达到浸没水位，这时待测试材料可以完全浸没于水溶液中；湿润状态时，开始从出水口二处抽水，使待测试铝合金完全暴露于水溶液之上，待测试材料所处环境的相对湿度由上部空腔和试样架下部水溶液之间的温差所决定；干燥状态时，从出水口一开始抽水，使水溶液水位处于隔板二之下，待测试材料所处环境的相对湿度较低。

腔体内的湿度由湿度传感器测定，通过湿度传感器监测腔体内的湿度，该装置能够实现0～100％的相对湿度的连续变化，同时温度也可以在较宽范围内进行调节。

在模拟方法中，通过控制腐蚀介质的温度、每个区域的温度，停留时间等参数，能够更好地模拟大气腐蚀，使其腐蚀过程和机理与现场暴露大气环境中的一致。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步说明：

图1为本发明模拟装置的结构示意图；

图2为本发明实施例1中工业纯铝1035表面点蚀随暴露时间进化的表面形貌图；

图1中，1、密封盖体，2、浸没区浸没线，3、出水口二，4、出水口一，5、水溶液恒温控制单元，6、电风扇，7、气温控制单元，8、测试架，9、立柱，10、隔板二，11、进水口一，12、湿度传感器。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做详细说明。

如图1所示，本发明大气腐蚀的模拟装置，包括腔体、水溶液恒温控制单元5和气温控制单元7，腔体可以为圆柱形腔体也可以为其它形状，在模拟过程中，腔体需要密封，因此，腔体配设有密封盖体1对其进行密封，腔体内放置有测试组件，测试组件包括测试架8、隔板一和隔板二10，隔板一、隔板二的面积小于腔体内底面的面积，因此，即使隔板一和隔板二呈上下平行布置在腔体内，但是隔板一与腔体内壁之间，隔板二与腔体内壁之间都留有缝隙，这样腐蚀介质溶液可以流动，隔板一和隔板二10二者之间通过立柱9连接，立柱9的下端穿过隔板二10固定在腔体的底壁上，测试架8放置在隔板一上，待测试材料放置在测试架上，在隔板一的上方为浸没区，隔板一和隔板二10之间为湿润区，隔板一下方为干燥区；气温控制单元7位于腔体的顶部，水溶液恒温控制单元5位于腔体的底部，在干燥区的腔体壁上分别设置有进水口一11和出水口一4，湿润区的内壁上设置有出水口二3，材料的腐蚀介质通过进水口一11进入腔体内部。

上述水溶液控制单元5主要是对进入腔体内的腐蚀介质温度进行控制，因此将其设置在腔体的底部，气温控制单元7主要是控腔体区域内的温度，它由加热器、热电偶和温控仪组成，加热器对腔体进行加热，温控仪控制温度，为使得腔体内温度均匀分布，在腔体顶部可安设电风扇6，通过它旋转来使温度分布均匀，湿度控制单元是由水溶液恒温控制单元5、气温控制单元和湿度传感器12控制，相对湿度由上部空腔和试样架下部水溶液之间的温差所决定。

本发明铝合金大气腐蚀的模拟方法，包括以下步骤：

第一步、准备上述模拟装置；

第二步、模拟浸没状态，腐蚀介质从进水口一11进入，一直通入，直至腐蚀介质液面达到隔板一上方的浸没区浸没线2后，形成浸没区，通过气温控制单元调节隔板一上方区域的温度为35℃，所述腐蚀介质的温度为35℃，浸没30min；

第三步、模拟湿润状态，将部分腐蚀介质通过出水口二抽出，控制腐蚀介质液面在隔板一和隔板二之间的区域，形成湿润区，通过气温控制单元调节隔板一下方区域的温度为37℃，隔板一上方区域的温度保持35℃，保持105～150min，这时待测试材料所处环境的相对湿度达到95％-100％；

第四步、模拟干燥状态，将部分腐蚀介质通过出水口一抽出，控制腐蚀介质液面在隔板二下方，形成干燥区，通过气温控制单元调节隔板一上方区域的温度为45℃，保持30min，这时待测试试样所处环境中的相对湿度可以降低到0；

第五步、通过数码相机微距功能跟踪记录试样表面的腐蚀形貌变化，并采用金相显微镜观察试样的截面腐蚀形貌，从而展开研究分析。

上述腐蚀介质溶液可以为氯化钠溶液，上述模拟方法中实验参数见表1所示。

表1

实施例1：

本实施例中腐蚀介质溶液选用的是氯化钠溶液，将其通入上述模拟实验装置中，并通过控制进水口一、出水口一和出水口二来调节待测试工业纯铝1035所处的状态。

具体方法为：所用介质为0.6M NaCl+0.15M Na₂SO₄溶液来高温高湿的模拟海洋-工业大气环境，溶液温度保持在35℃。浸没状态时，上部空腔内空气温度为35℃，每循环周期30min；湿润状态时，上部空腔内空气温度仍为35℃，下部溶液温度为37℃这时试样所处环境的相对湿度达到95％-100％，每循环周期150min；干燥状态时，上部空腔内气温上升至45℃，这时待测试工业纯铝1035所处环境中的相对湿度可以降低到0，每循环周期30min。试验过程中，通过数码相机微距功能跟踪记录试样表面的腐蚀形貌变化。并采用金相显微镜观察试样的截面腐蚀形貌。

上述模拟的试验结果如下：

表面形貌：

如图2所示为工业纯铝1035随暴露时间进化的表面点蚀形貌。试样暴露5天后，表面便出现小腐蚀坑，如图2中1和2点；试样暴露15天后，表面出现较大面积的点蚀坑，如出现了如图2中3和4点；试样暴露20天后，试样表面初期生成的点蚀坑1和2点持续扩大生成面积较大的点蚀坑如图2中5和6点。试样暴露30天后，表面点蚀坑数量持续增加，点蚀坑连成片，形成大片的点蚀坑，而且点蚀坑的形状是宽而浅的，如图2中7和8点。这表明工业纯铝1035在大气环境中随着暴露时间的延长，表面生成点蚀坑的形状是宽而浅的平底状蚀坑，点蚀更倾向于沿横向扩展而不是向纵深方向扩展。

上述方式中未述及的部分采取或借鉴已有技术即可实现。

需要说明的是，在本说明书的教导下本领域技术人员所作出的任何等同方式，或明显变型方式均应在本发明的保护范围内。