模拟紫外盐雾温度多环境因素耦合的加速老化试验装置

1.本发明涉及飞机涂层耦合加速老化试验技术领域，尤其是一种模拟紫外盐雾温度多环境因素耦合的加速老化试验装置。


背景技术：

2.众所周知的：在沿海地区，飞机涂层置身于高湿、高盐雾、高辐照度的恶劣海洋环境中长时间服役，受海雾、潮汐、海水飞溅等多种环境因素的影响，飞机涂层极易发生老化/腐蚀行为从而影响到涂层的正常使用，这不仅会导致国家产生经济损失甚至还会引发重大的安全事故。因此，关于飞机涂层的老化行为研究以及相关的失效评价分析显得尤为重要。
3.目前对飞机涂层进行失效评价主要依赖于户外老化实验和室内加速老化实验。户外老化实验可以真实地反映飞机涂层在实际服役场景下的老化失效行为，但是耗时较长，实验往往需要进行数年乃至数十年的时间。而室内加速老化实验可以极大地加快这个进程，往往只需数月就可以完成实验，但是现有的单因素室内加速老化实验不能真实地反映飞机涂层在户外的失效规律和失效机理。其中主要的原因是因为在真实的服役环境下，多种环境老化因素之间存在耦合效应，这种耦合效应在很大程度上会影响材料的老化机理进而影响老化进程，因此需要发展室内的多因素耦合老化实验。然而目前尚无商用的可同时进行紫外辐照和盐雾腐蚀老化实验的老化设备，为了模拟飞机涂层在极端严苛复杂的沿海地区的老化行为，需要搭建模拟多环境因素的紫外/盐雾/温度耦合加速老化试验装置，使其可以用于研究紫外、盐雾以及温度对飞机涂层的耦合老化作用。
4.现有技术中也有相应的多因素耦合加速实验，如中国发明专利申请，申请号 201810988711.2公开的一种模拟多环境因素的盐雾/紫外耦合加速试验方法，属于环境监测领域。上述一种模拟多环境因素的盐雾/紫外耦合加速试验方法，将紫外辐照、盐雾喷雾、温度控制、湿度监测等功能耦合在同一个工作室内同时进行试验，以模拟海洋大气自然环境中的多种环境因素(辐照、氯离子、温度、湿度等)对材料的耦合加速腐蚀/老化作用。
5.上述一种模拟多环境因素的盐雾/紫外耦合加速试验方法，利用高纯石英玻璃保护传感器防止盐雾对金属探头造成的腐蚀，采用既耐盐雾又耐老化的搪瓷材料构成箱体结构内层，实现了对紫外光辐照度、盐雾喷雾量、温度、工作时间等参数的数字化反馈调节。该多环境因素耦合加速试验的方法可用于防护涂层/金属体系、高分子材料、金属材料的海洋大气环境腐蚀/老化加速试验。
6.虽然，上述专利申请中公开了一种模拟多环境因素的盐雾/紫外耦合加速试验的装置，并且能够实现多因素的耦合实验，但是该装置在喷入盐雾时，由于上述模拟多环境因素的盐雾/ 紫外耦合加速试验方法采用电阻加热实现对温度的调节，但是当盐雾进入实验腔内，由于盐雾的温度与实验环境温度不匹配，通过电阻加热盐雾会造成实验环境温度的波动，盐雾存在一个升温的过程，环境温度会存在一个降低到再升高的过程，因此无法实现对温度的准确调节。
7.其次，上述模拟多环境因素的盐雾/紫外耦合加速试验方法采用的多环境因素的
盐雾/紫外耦合加速试验装置中试样架以及灯管架的角度和距离均无法实现调节，因此无法更好的实现不同角度的实验。


技术实现要素：

8.本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能够避免盐雾温度和灯光对实验环境温度造成影响，同时便于调节灯光照射角度以及辐照强度，提高实验准确性的模拟紫外盐雾温度多环境因素耦合的加速老化试验装置。
9.本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：模拟紫外盐雾温度多环境因素耦合的加速老化试验装置，包括底座；所述底座上设置有遮光的箱体；所述箱体一侧设置有开口；所述开口处设置有滑动门；所述箱体上设置有控制器；
10.所述底座上设置有安装凸台；所述安装凸台上设置有高纯石英盐雾箱；所述高纯石英盐雾箱两侧均设置角度可调的灯管架；所述灯管架上设置有灯管；所述安装凸台上设置有排气孔；所述排气孔通过导气管与高纯石英盐雾箱顶部连通；所述导气管上设置有排气装置；
11.所述高纯石英盐雾箱内设置有两个角度可调的样品架；所述高纯石英盐雾箱内腔的顶部设置有盐雾发生器；所述盐雾发生器的两侧设置有玻璃挡板；所述盐雾发生器位于两个样品架之间的上方；所述样品架上端设置有温度传感器；所述样品架下端设置有黑标温度传感器；所述样品架中间位置设置有辐射计；
12.所述箱体顶部设置有连接头；所述盐雾发生器上设置有供料管；所述供料管穿过高纯石英盐雾箱与连接头连通；所述高纯石英盐雾箱上设置有可开闭的密封门；
13.所述箱体顶部设置有氯化钠溶液供给装置以及高压气体供给装置；
14.所述氯化钠溶液供给装置包括液体加热保温箱以及流量泵；所述液体加热保温箱上设置有加液管；所述流量泵进液管与液体加热保温箱内腔底部连通；所述流量泵的出液管与连接头连通；
15.所述高压气体供给装置包括空气净化器、空压机、空气加热器以及带压力计的流量阀；所述空气净化器、空压机、空气加热器依次连通；所述空气加热器通过带压力计的流量阀与连接头连通。
16.进一步的，所述样品架包括样品放置板、第一固定杆、第一电动伸缩杆；
17.所述第一固定杆一端与安装凸台固定连接，另一端与样品放置板下端铰接；所述样品放置板的背面设置有第一燕尾槽；所述第一燕尾槽内滑动安装有第一滑块；所述第一电动伸缩杆下端与安装凸台固定连接，所述第一电动伸缩杆的伸缩端与第一滑块铰接；
18.所述灯管架包括灯管安装板、第二固定杆、第二电动伸缩杆；所述第二固定杆一端与箱体的侧壁固定连接，另一端与灯管安装板下端铰接；所述灯管安装板的背面设置有第二燕尾槽；所述第二燕尾槽内滑动安装有第二滑块；所述第二电动伸缩杆下端与箱体的侧壁固定连接，所述第二电动伸缩杆的伸缩端与第二滑块铰接；
19.所述底座内具有内腔；所述底座内设置有为第一电动伸缩杆和第二电动伸缩杆提供电能的蓄电池。
20.进一步的，所述第二固定杆采用电动伸缩杆。
21.进一步的，所述第一固定杆采用电动伸缩杆。
22.优选的，所述箱体采用不锈钢制造。
23.具体的，所述灯管采用碘镓灯或者汞灯。
24.具体的，所述盐雾发生器采用玻璃材质的雾化器。
25.优选的，所述温度传感器采用钛材耐蚀温度传感器。
26.进一步的，所述排气装置采用泄压阀。
27.进一步的，所述样品放置板上设置有栅栏隔板。
28.本实用新型的有益效果是：本实用新型所述的一种模拟紫外盐雾温度多环境因素耦合的加速老化试验装置，由于氯化钠溶液供给装置以及高压气体供给装置中均设置有加热装置，
29.因此，能够保证产生的盐雾温度与实验环境温度相同，从而避免试验环境温度的波动；并且通过设置高纯石英盐雾箱将试样与灯管隔开形成独立的实验环境，从而可以避免灯管发热对实验环境的温度造成影响；
30.其次，通过高纯石英盐雾箱、灯管架、样品架的设置，从而能够实现紫外、盐雾、温度多因素的耦合实验；
31.综上所述，本实用新型所述的一种模拟紫外盐雾温度多环境因素耦合的加速老化试验装置，能够更真实地反映紫外、盐雾以及温度对飞行器涂层的耦合老化作用，更贴近于飞行器在沿海地区服役时的真实户外环境，这对于飞行器涂层的老化机理研究和寿命预测具有重大意义。
附图说明
32.图1是本实用新型实施例中模拟紫外盐雾温度多环境因素耦合的加速老化试验装置的立体图；
33.图2是本实用新型实施例中模拟紫外盐雾温度多环境因素耦合的加速老化试验装置的爆炸示意图；
34.图3是本实用新型实施例中模拟紫外盐雾温度多环境因素耦合的加速老化试验装置的内俯视图；
35.图4是图3的a-a剖视图；
36.图5是本实用新型实施例中滑动门打开状态的立体图；
37.图6是本实用新型实施例中滑动门打开状态的主视图；
38.图7是本实用新型实施例中模拟紫外盐雾温度多环境因素耦合的加速老化试验装置内部高纯石英盐雾箱的立体图；
39.图8是本实用新型实施例中模拟紫外盐雾温度多环境因素耦合的加速老化试验装置内部结构的爆炸示意图；
40.图中标示：1-底座，11-安装凸台，12-排气孔，13-蓄电池，14-加热装置，10-滑动门，2
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箱体，21-连接头，22-开口，3-样品架，31-第一燕尾槽，32-第一固定杆，33-第一电动伸缩杆， 34-温度传感器，35-辐射计，36-黑标温度传感器，37-隔板，4-高纯石英盐雾箱，41-密封门， 42-玻璃挡板，5-灯管架，51-第二燕尾槽，52-灯管，53-第二固定杆，54第二电动伸缩杆，55
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第二滑块，6-盐雾发生器，61-供料管，7-高压气体供给装置，71-空气净化器，72-空压机， 73空气加热器，74-流量阀，75-透气罩，8-氯化钠溶液供给装置，81-液体加
热保温箱，82
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流量泵，9-导气管，91-排气装置，20-控制器。
具体实施方式
41.下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
42.如图1至图8所示，本发明所述的模拟紫外盐雾温度多环境因素耦合的加速老化试验装置，包括底座1；所述底座1上设置有遮光的箱体2；所述箱体2一侧设置有开口22；所述开口22处设置有滑动门10；所述箱体2上设置有控制器20；
43.所述底座1上设置有安装凸台11；所述安装凸台11上设置有高纯石英盐雾箱4；所述高纯石英盐雾箱4两侧均设置角度可调的灯管架5；所述灯管架5上设置有灯管52；所述安装凸台11上设置有排气孔12；所述排气孔12通过导气管9与高纯石英盐雾箱4顶部连通；所述导气管9上设置有排气装置91；所述安装凸台11中间位置设置有加热装置14；
44.所述高纯石英盐雾箱4内设置有两个角度可调的样品架3；所述高纯石英盐雾箱4内腔的顶部设置有盐雾发生器6；所述盐雾发生器6的两侧设置有玻璃挡板42；所述盐雾发生器 6位于两个样品架3之间的上方；所述样品架3上端设置有温度传感器34；所述样品架3下端设置有黑标温度传感器36；所述样品架3中间位置设置有辐射计35；
45.所述箱体2顶部设置有连接头21；所述盐雾发生器6上设置有供料管61；所述供料管61穿过高纯石英盐雾箱4与连接头21连通；所述高纯石英盐雾箱4上设置有可开闭的密封门41；
46.所述箱体2顶部设置有氯化钠溶液供给装置8以及高压气体供给装置7；
47.所述氯化钠溶液供给装置8包括液体加热保温箱81以及流量泵82；所述液体加热保温箱81上设置有加液管；所述流量泵82进液管与液体加热保温箱81内腔底部连通；所述流量泵82的出液管与连接头21连通；
48.所述高压气体供给装置7包括空气净化器71、空压机72、空气加热器73以及带压力计的流量阀74；所述空气净化器71、空压机72、空气加热器73依次连通；所述空气加热器73 通过带压力计的流量阀74与连接头21连通。
49.具体的，所述箱体2采用不锈钢制造。不锈钢箱体用于保护箱体内各个零件，同时阻挡紫外光向外部环境照射；
50.所述高纯石英盐雾箱4用于防止盐雾的逸散，盐雾箱内温度控制在30℃-60℃，此外盐雾沉降率为0.5-3ml/h
·
80cm2；
51.所述氯化钠溶液供给装置8为设备提供氯化钠溶液；并且加热保温氯化钠溶液；氯化钠溶液配置可参考盐雾测试标准(gb/t10125-2021)，亦可按实际实验要求配置，氯化钠溶液储存于氯化钠溶液供给装置8中的液体加热保温箱81中，液体加热保温箱81中内置加热器 (加热最高温度90℃)；氯化钠溶液通过流量泵82送至盐雾发生器，流量泵82流量为 19-65ml/min；
52.所述高压气体供给装置7包括空气净化器71、空压机72、空气加热器73以及压力计74；所述空气净化器71、空压机72、空气加热器73依次连通；所述空气加热器73通过压力计 74与连接头21连通。空气先经过空气净化器，除去灰尘等杂质，而后进入空压机，空压机将气体压缩之后送入空气加热器73中，空气经过空气加热器73加热之后流经压力计最后进入盐雾发生器中，加热器最高加热温度90℃；
53.所述控制器20可实时监控显示辐照强度、盐雾箱环境温度、黑标温度；可控制氯化钠溶液流量和高压气体压强；可控制所述氯化钠溶液供给装置8以及高压气体供给装置7实时调节加热温度使得盐雾箱内的温度恒定(波动≤1℃)；
54.所述灯管51可根据实验需要选择碘镓灯、汞灯或其他灯具；
55.所述角度可调的灯管架5可调整角度(与地面成65-75
°
范围内)，并且进一步的可以实现高度可调，可调整高度(整个不锈钢箱体#1的高度范围内)，可调整与高纯石英盐雾箱4 的距离；通过调整灯管架的高度及其与盐雾箱的距离从而可以使得辐照强度在一定范围内连续变化；
56.所述玻璃挡板42能够防止喷射出来的盐雾在石英玻璃板上凝聚，避免了盐水以及盐水析出的氯化钠晶体影响辐照强度；
57.所述盐雾发生器6采用玻璃材质的雾化器。采用玻璃材质，能够避免腐蚀；
58.所述温度传感器34采用钛材耐蚀温度传感器，避免腐蚀，工作范围0-90℃，灵敏度0.5℃；
59.所述样品架3采用可拆卸式样品架，可对涂层样品施加弯曲应力；可调整角度(与地面成65-75
°
范围内)，可调整高度(整个不锈钢箱体#2的高度范围内)
60.所述辐照计35测量样品表面的辐照强度，可选紫外波长测试范围及峰值波长(a. λ＝375-475nm，λp＝420nm；b.λ＝320-400nm，λp＝365nm)，量程0-50w/m2/nm；
61.所述黑标温度传感器36测量样品可能达到的最高温度，工作范围0-90℃，灵敏度0.2℃。
62.在应用的过程中：
63.首先准备试样，所述试样参照gjb 2038a-2011制备飞行器涂层样板，样品尺寸为 18*18cm；实验前，调试设备的各个参数：
64.所述控制器20用于控制灯管架5上灯管51的开关以及灯管51的光照强度；并且控制器 20可以实现对加热器14的控制调节高纯石英盐雾箱4内的温度；其次控制器20还可以实现对氯化钠溶液供给装置8以及高压气体供给装置7的控制；具体的，控制器20可以采用继电器也可以采用单片机；实现对多个电器件的控制。
65.通过启动控制器20控制灯管51、液体加热保温箱81及空气加热器73；使得产生的盐雾温度与实验设定环境温度相同；同时使得灯管51发出的紫外线光强度符合要求。
66.具体的，根据实验要求通过控制器20控制加热装置14使得高纯石英盐雾箱4内的温度为43℃，并且通过启动控制器20控制液体加热保温箱81及空气加热器73将氯化钠溶液和空气的温度锁定在43℃预先加热，通过温度传感器34和黑标温度传感器36检测高纯石英盐雾箱4内的温度；当检测到的温度和设定温度t之间的差值x，|x|≤1℃时，则无需调节氯化钠溶液和空气的加热温度，当|x|＞1℃时，以1℃的步幅提高氯化钠溶液和高压气体的加热温度；直到温度满足要求。
67.其次，可以通过灯管架5实现对灯光照射角度的调节，并且可以通过样品架调节样品放置的角度。
68.实验时，打开滑动门10以及高纯石英盐雾箱4的密封门；将试样放置到样品架3上，然后按照实验要求调整灯管架5和样品架3的角度；并调整样品架3使得试样的挠度为5mm，安装好所有试样后，通过控制器20控制各个设备，输入参数，进行实验。
69.在实验过程中，由于安装凸台11上的排气孔12通过导气管9与高纯石英盐雾箱4顶部连通；所述导气管9上设置有排气装置91；因此当盐雾喷入时高纯石英盐雾箱4上下腔体连通，从而便于保证腔体内压力的均匀，并且便于多余的盐雾排出。
70.综上所述，本实用新型所述的模拟紫外盐雾温度多环境因素耦合的加速老化试验装置，由于氯化钠溶液供给装置以及高压气体供给装置中均设置有加热装置，
71.因此，能够保证产生的盐雾温度与实验环境温度相同，从而避免试验环境温度的波动；并且通过设置高纯石英盐雾箱将试样与灯管隔开形成独立的实验环境，从而可以避免灯管发热对实验环境的温度造成影响；
72.其次，通过高纯石英盐雾箱、灯管架、样品架的设置，从而能够实现紫外、盐雾、应力多因素的耦合实验，并且避免多个因素之间的相互干涉；
73.本实用新型所述的模拟紫外盐雾温度多环境因素耦合的加速老化试验装置，能够更真实地反映紫外、盐雾以及应力对飞行器涂层的耦合老化作用，更贴近于飞行器在沿海地区服役时的真实户外环境，这对于飞行器涂层的老化机理研究和寿命预测具有重大意义。
74.为了便于实现对试样应力的调节，进一步的样品架3的两侧均设置有试样夹紧装置，其中一侧的试样夹紧装置采用可调夹紧装置，具体的包括固定板以及滑动夹紧块，通过滑动夹紧块与另一侧的夹紧装置实现对试样的夹紧；具体的，另一侧的夹紧装置可以采用固定夹紧块。所述固定板上设置有伸缩装置，所述滑动夹紧块与伸缩装置的伸缩端固定连接；通过伸缩装置的伸缩实现对滑动夹紧块与另一侧的夹紧装置之间的夹紧距离进行调节，从而实现对应力的调节。
75.为了便于实现样品架3和灯管架5的角度调节，进一步的，所述样品架3包括样品放置板、第一固定杆32、第一电动伸缩杆33；
76.所述第一固定杆32一端与安装凸台11固定连接，另一端与样品放置板下端铰接；所述样品放置板的背面设置有第一燕尾槽31；所述第一燕尾槽31内滑动安装有第一滑块；所述第一电动伸缩杆33下端与安装凸台11固定连接，所述第一电动伸缩杆33的伸缩端与第一滑块铰接；
77.所述灯管架5包括灯管安装板、第二固定杆53、第二电动伸缩杆54；所述第二固定杆 53一端与箱体2的侧壁固定连接，另一端与灯管安装板下端铰接；所述灯管安装板的背面设置有第二燕尾槽51；所述第二燕尾槽51内滑动安装有第二滑块55；所述第二电动伸缩杆54 下端与箱体2的侧壁固定连接，所述第二电动伸缩杆54的伸缩端与第二滑块55铰接；
78.所述底座1内具有内腔；所述底座1内设置有为第一电动伸缩杆33和第二电动伸缩杆 54提供电能的蓄电池13。
79.在进行样品架3角度调节时，通过第一电动伸缩杆33的伸缩，从而使得样品放置板倾斜角度发生变化，实现角度的调节；
80.在调节灯管架5角度的过程中，通过第二电动伸缩杆54的伸缩，从而使得灯管安装板倾斜角度发生变化，实现角度的调节。
81.为了便于灯管架5整体位置的调节，进一步的，所述第二固定杆53采用电动伸缩杆。
82.为了便于样品架3整体位置的调节，所述第一固定杆32采用电动伸缩杆。
83.为了便于保证高纯石英盐雾箱4内的压力，进一步的，所述排气装置91采用泄压阀。
84.为了便于实现试样的放置，进一步的，所述样品放置板上设置有栅栏隔板37。