專利名稱：一種深淺海交變腐蝕環(huán)境模擬裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于海洋腐蝕與防護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種深淺海交變腐蝕環(huán)境模擬裝置，通過控制壓力、溫度、溶解氧和PH值等參數(shù)的周期性變化，模擬不同深度海水交變的腐蝕環(huán)境，并在此環(huán)境下實(shí)現(xiàn)材料性能測(cè)試，可用于評(píng)價(jià)材料在深淺海交變環(huán)境中的各項(xiàng)性能
坐寸O
背景技術(shù)：
海洋環(huán)境對(duì)金屬材料而言是一種苛刻的自然環(huán)境，服役于海洋環(huán)境的各種工程結(jié)構(gòu)不可避免的要遭受海水腐蝕，深海環(huán)境對(duì)材料結(jié)構(gòu)和功能可靠性的要求遠(yuǎn)高于陸地和淺海，與淺海環(huán)境相比，深海環(huán)境的壓力、溶解氧含量、鹽度、溫度和pH值等發(fā)生變化時(shí)，材料的腐蝕行為、電化學(xué)保護(hù)技術(shù)和參數(shù)等也發(fā)生變化。因此，國(guó)內(nèi)外均開展了深海腐蝕研究，以期為深海裝備的設(shè)計(jì)選材提供依據(jù)。深海腐蝕研究主要包括深海實(shí)海試驗(yàn)和試驗(yàn)室模擬試驗(yàn)，實(shí)海模擬實(shí)驗(yàn)可獲得材料在實(shí)際深海環(huán)境中的性能數(shù)據(jù)，但需要投入大量的人力、物力，投資高、周期長(zhǎng)，觀測(cè)困難，特別是在深海環(huán)境條件下，試驗(yàn)失敗率高，試樣丟損率大，因此，近年來(lái)，在實(shí)海試驗(yàn)及對(duì)實(shí)海環(huán)境參數(shù)的收集的基礎(chǔ)上，又開展了試驗(yàn)室模擬試驗(yàn)研究，建立了深海環(huán)境模擬實(shí)驗(yàn)裝置，通過對(duì)壓力、溫度和溶解氧等參數(shù)的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)深海環(huán)境進(jìn)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(guān)研究表明，除環(huán)境參數(shù)本身對(duì)材料腐蝕性能的影響外，環(huán)境參數(shù)的交替變化也會(huì)影響材料的性能，如壓力的交變可能引起材料的應(yīng)力腐蝕、加速涂層老化等，但目前尚未見有可進(jìn)行深淺海交變環(huán)境的模擬試驗(yàn)裝置和相應(yīng)的評(píng)價(jià)方法的公開報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，尋求設(shè)計(jì)提供一種深淺海交變環(huán)境的模擬裝置，使用該模擬裝置建立相應(yīng)的試驗(yàn)方法，對(duì)裝備結(jié)構(gòu)材料在深淺海交變環(huán)境中進(jìn)行性能評(píng)價(jià)、腐蝕行為規(guī)律與機(jī)理、涂層老化規(guī)律與機(jī)理、陰極保護(hù)材料性能評(píng)價(jià)等研究提供硬件平臺(tái)。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過中控臺(tái)輸入壓力交變模擬曲線，調(diào)整高壓往復(fù)泵轉(zhuǎn)速，調(diào)整高壓泄壓閥，從而進(jìn)行壓力交變調(diào)整，通過電磁截止閥和電磁換向閥進(jìn)行保持壓力設(shè)置；在建立后臺(tái)關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫(kù)上，根據(jù)不同實(shí)海深度下對(duì)應(yīng)的溶解氧和溫度等數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)深淺海交變環(huán)境的模擬，其交變周期可控且連續(xù)可調(diào)；采用三電極試驗(yàn)臺(tái)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(jìn)行信號(hào)提取，實(shí)現(xiàn)對(duì)材料在深淺海交變環(huán)境下腐蝕行為的實(shí)時(shí)測(cè)量，通過評(píng)價(jià)材料在深淺海交變環(huán)境中的性能獲得其環(huán)境適應(yīng)性數(shù)據(jù)。本發(fā)明按功能區(qū)分包括壓力交變系統(tǒng)、鹽度調(diào)節(jié)系統(tǒng)、pH值調(diào)節(jié)系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、溶解氧調(diào)節(jié)系統(tǒng)、輔助調(diào)節(jié)系統(tǒng)、背壓閥、中央控制臺(tái)和上位計(jì)算機(jī)，通過調(diào)節(jié)介質(zhì)溫度、介質(zhì)溶解氧和PH值模擬深?；蚋邏涵h(huán)境參數(shù)，再通過壓力交變系統(tǒng)，按照設(shè)置壓力曲線進(jìn)行壓力改變，實(shí)現(xiàn)模擬深海交變環(huán)境，實(shí)現(xiàn)對(duì)該環(huán)境下的材料性能評(píng)價(jià)、腐蝕機(jī)理研究、陰極保護(hù)材料電化學(xué)性能評(píng)價(jià)、有機(jī)和金屬涂層的性能與防護(hù)效果評(píng)價(jià)的試驗(yàn)；主體結(jié)構(gòu)包括實(shí)驗(yàn)艙、背壓閥、數(shù)據(jù)采集控制器、上位計(jì)算機(jī)、變頻器、止回閥、高壓泵、阻尼器、氮?dú)夤蕖⒀鯕夤?、制冷裝置、儲(chǔ)液罐、循環(huán)泵、攪拌機(jī)、攪拌室、閘閥、PH值測(cè)控單元和鹽度測(cè)控單元；內(nèi)腔式罐狀結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)艙頂部和側(cè)面分別與數(shù)據(jù)采集控制器電信息連通，構(gòu)成檢測(cè)回路，實(shí)驗(yàn)艙的底部側(cè)面上通過背壓閥與儲(chǔ)液罐管道連通，實(shí)驗(yàn)艙的底部另一側(cè)面上管道式通過阻尼器和止回閥接有高壓泵，高壓泵與儲(chǔ)液罐管道連通，并通過變頻器與數(shù)據(jù)采集控制器電信息連通；數(shù)據(jù)采集控制器還分別與攪拌室、攪拌機(jī)、制冷裝置、循環(huán)泵、儲(chǔ)液罐、氮?dú)夤夼c氧氣罐交匯點(diǎn)和上位計(jì)算機(jī)電信息連通，構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)一體式數(shù)據(jù)采集與分析處理系統(tǒng)；氮?dú)夤夼c氧氣罐的交匯點(diǎn)與儲(chǔ)液罐管道連接，制冷裝置與儲(chǔ)液罐管道電信連通，實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)液罐的溫度控制與調(diào)節(jié)；儲(chǔ)液罐的頂部一側(cè)通過閘閥與攪拌室管道連接，攪拌室的側(cè)面外固定制有攪拌機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)攪拌室中的攪拌；攪拌室內(nèi)腔中分別與PH值測(cè)控單元和鹽度測(cè)控單元電信息連通并與數(shù)據(jù)采集控制器電信息連通，實(shí)現(xiàn)對(duì)攪拌室中的PH值和鹽度的控制與調(diào)節(jié)；循環(huán)泵通過管道分別與攪拌室和儲(chǔ)液罐底部?jī)?nèi)腔連通，實(shí)現(xiàn)液體的定量循環(huán)；上位計(jì)算機(jī)與數(shù)據(jù)采集控制器之間采用多端電纜電信息連通構(gòu)成檢測(cè)參數(shù)的采集處理、分析與顯示系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)智能化參數(shù)采集檢測(cè)與調(diào)控。本發(fā)明涉及的深淺海交變腐蝕環(huán)境模擬裝置的實(shí)驗(yàn)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(dòng)彡土 1°C ;溶解氧為O 8ppm ;pH為7、；深淺海交變周期通過軟件進(jìn)行設(shè)置，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)和控制，交變周期最小值為lmin，通過電磁閥的開關(guān)實(shí)現(xiàn)壓力交變，壓力交變的波形為方波、正弦波或線性變化；通過數(shù)據(jù)庫(kù)關(guān)聯(lián)出的信息調(diào)節(jié)及控制溫度、溶解氧等參數(shù)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，通過對(duì)壓力、溫度，溶解氧等參數(shù)的連續(xù)控制和調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)深淺交變海水環(huán)境的試驗(yàn)室模擬，可以進(jìn)行材料腐蝕性能評(píng)價(jià)、深海腐蝕機(jī)理研究，陰極保護(hù)材料電化學(xué)性能評(píng)價(jià)以及有機(jī)涂層和金屬涂層的性能與防護(hù)效果評(píng)價(jià)，其結(jié)構(gòu)原理簡(jiǎn)單，使用操作可靠，模擬效果真實(shí)，深淺海交變實(shí)驗(yàn)效果好，實(shí)用性強(qiáng)，可廣泛用于各種海洋環(huán)境的模擬試驗(yàn)。


:圖1為本發(fā)明的主體結(jié)構(gòu)原理示意框圖。圖2為本發(fā)明涉及的實(shí)施例1的壓力交變關(guān)系示意圖。圖3為本發(fā)明涉及的實(shí)施例1的陽(yáng)極溶解腐蝕形貌照片。圖4為本發(fā)明涉及的實(shí)施例2的壓力交變關(guān)系示意圖。圖5為本發(fā)明涉及的實(shí)施例2的陽(yáng)極溶解腐蝕形貌照片。
具體實(shí)施方式
:下面通過實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。本實(shí)施例按功能區(qū)分包括壓力交變系統(tǒng)、鹽度調(diào)節(jié)系統(tǒng)、pH值調(diào)節(jié)系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、溶解氧調(diào)節(jié)系統(tǒng)、輔助調(diào)節(jié)系統(tǒng)、背壓閥、中央控制臺(tái)和上位計(jì)算機(jī)，通過調(diào)節(jié)介質(zhì)溫度、介質(zhì)溶解氧和PH值模擬深海或高壓環(huán)境參數(shù)，再通過壓力交變系統(tǒng)，按照設(shè)置壓力曲線進(jìn)行壓力改變，實(shí)現(xiàn)模擬深海交變環(huán)境，實(shí)現(xiàn)對(duì)該環(huán)境下的材料性能評(píng)價(jià)、腐蝕機(jī)理研究、陰極保護(hù)材料電化學(xué)性能評(píng)價(jià)、有機(jī)和金屬涂層的性能與防護(hù)效果評(píng)價(jià)的試驗(yàn)；主體結(jié)構(gòu)包括實(shí)驗(yàn)艙1、背壓閥2、數(shù)據(jù)采集控制器3、上位計(jì)算機(jī)4、變頻器5、止回閥6、高壓泵7、阻尼器8、氮?dú)夤?、氧氣罐10、制冷裝置11、儲(chǔ)液罐12、循環(huán)泵13、攪拌機(jī)14、攪拌室15、閘閥16、pH值測(cè)控單元17和鹽度測(cè)控單元18 ;內(nèi)腔式罐狀結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)艙I頂部和側(cè)面分別與數(shù)據(jù)采集控制器3電信息連通，構(gòu)成檢測(cè)回路，實(shí)驗(yàn)艙I的底部側(cè)面上通過背壓閥2與儲(chǔ)液罐12管道連通，實(shí)驗(yàn)艙I的底部另一側(cè)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(chǔ)液罐12管道連通，并通過變頻器5與數(shù)據(jù)采集控制器3電信息連通；數(shù)據(jù)采集控制器3還分別與攪拌室15、攪拌機(jī)14、制冷裝置11、循環(huán)泵13、儲(chǔ)液罐12、氮?dú)夤?與氧氣罐10交匯點(diǎn)和上位計(jì)算機(jī)4電信息連通，構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)一體式數(shù)據(jù)采集與分析處理系統(tǒng)；氮?dú)夤?與氧氣罐10的交匯點(diǎn)與儲(chǔ)液罐12管道連接，制冷裝置11與儲(chǔ)液罐12管道電信連通，實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)液罐12的溫度控制與調(diào)節(jié)；儲(chǔ)液罐12的頂部一側(cè)通過閘閥16與攪拌室15管道連接，攪拌室15的側(cè)面外固定制有攪拌機(jī)14，實(shí)現(xiàn)對(duì)攪拌室15中的攪拌；攪拌室15內(nèi)腔中分別與PH值測(cè)控單元17和鹽度測(cè)控單元18電信息連通并與數(shù)據(jù)采集控制器3電信息連通，實(shí)現(xiàn)對(duì)攪拌室15中的pH值和鹽度的控制與調(diào)節(jié)；循環(huán)泵13通過管道分別與攪拌室15和儲(chǔ)液罐12底部?jī)?nèi)腔連通，實(shí)現(xiàn)液體的定量循環(huán)；上位計(jì)算機(jī)4與數(shù)據(jù)采集控制器3之間采用多端電纜電信息連通構(gòu)成檢測(cè)參數(shù)的采集處理、分析與顯示系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)智能化參數(shù)采集檢測(cè)與調(diào)控。本實(shí)施例采用在裝置上方帶有三孔的長(zhǎng)板固定試樣；圓柱形PVC螺紋螺桿配合正方形蓋板固定陰極桶，兩節(jié)圓柱形筒代表兩組試樣，同時(shí)進(jìn)行一組平行樣的測(cè)試。實(shí)施例1:本實(shí)施例對(duì)Al-Zn-1n-Mg-Ti (I 號(hào))與 Al-Zn-1n-Mg-T1-Ga-Mn (2 號(hào))進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè)試，試驗(yàn)依照《犧牲陽(yáng)極電化學(xué)性能試驗(yàn)方法》GB/T 17848-1999，采用4天法試驗(yàn)；

試驗(yàn)壓力:3MPa與4.5MPa交變，交變時(shí)間關(guān)系如圖3所示；試驗(yàn)時(shí)間:96小時(shí)；溫度:隨壓力(模擬深海深度)變化而變化；溶解氧:4ppm;實(shí)驗(yàn)結(jié)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(shí)際電容量/a.h/Kg 電流效率/%~I失重/g
權(quán)利要求
1.一種深淺海交變腐蝕環(huán)境模擬裝置，其特征在于按功能區(qū)分包括壓力交變系統(tǒng)、鹽度調(diào)節(jié)系統(tǒng)、PH值調(diào)節(jié)系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、溶解氧調(diào)節(jié)系統(tǒng)、輔助調(diào)節(jié)系統(tǒng)、背壓閥、中央控制臺(tái)和上位計(jì)算機(jī)，主體結(jié)構(gòu)包括實(shí)驗(yàn)艙、背壓閥、數(shù)據(jù)采集控制器、上位計(jì)算機(jī)、變頻器、止回閥、高壓泵、阻尼器、氮?dú)夤?、氧氣罐、制冷裝置、儲(chǔ)液罐、循環(huán)泵、攪拌機(jī)、攪拌室、閘閥、PH值測(cè)控單元和鹽度測(cè)控單元；內(nèi)腔式罐狀結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)艙頂部和側(cè)面分別與數(shù)據(jù)采集控制器電信息連通，構(gòu)成檢測(cè)回路，實(shí)驗(yàn)艙的底部側(cè)面上通過背壓閥與儲(chǔ)液罐管道連通，實(shí)驗(yàn)艙的底部另一側(cè)面上管道式通過阻尼器和止回閥接有高壓泵，高壓泵與儲(chǔ)液罐管道連通，并通過變頻器與數(shù)據(jù)采集控制器電信息連通；數(shù)據(jù)采集控制器還分別與攪拌室、攪拌機(jī)、制冷裝置、循環(huán)泵、儲(chǔ)液罐、氮?dú)夤夼c氧氣罐交匯點(diǎn)和上位計(jì)算機(jī)電信息連通，構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)一體式數(shù)據(jù)采集與分析處理系統(tǒng)；氮?dú)夤夼c氧氣罐的交匯點(diǎn)與儲(chǔ)液罐管道連接，制冷裝置與儲(chǔ)液罐管道電信連通，實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)液罐的溫度控制與調(diào)節(jié)；儲(chǔ)液罐的頂部一側(cè)通過閘閥與攪拌室管道連接，攪拌室的側(cè)面外固定制有攪拌機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)攪拌室中的攪拌；攪拌室內(nèi)腔中分別與PH值測(cè)控單元和鹽度測(cè)控單元電信息連通并與數(shù)據(jù)采集控制器電信息連通，實(shí)現(xiàn)對(duì)攪拌室中的PH值和鹽度的控制與調(diào)節(jié)；循環(huán)泵通過管道分別與攪拌室和儲(chǔ)液罐底部?jī)?nèi)腔連通，實(shí)現(xiàn)液體的定量循環(huán)；上位計(jì)算機(jī)與數(shù)據(jù)采集控制器之間采用多端電纜電信息連通構(gòu)成檢測(cè)參數(shù)的采集處理、分析與顯示系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)智能化參數(shù)采集檢測(cè)與調(diào)控。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深淺海交變腐蝕環(huán)境模擬裝置，其特征在于模擬裝置的實(shí)驗(yàn)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(guān)實(shí)現(xiàn)壓力交變，壓力交變的波形為方波、正弦波或線性變化；通過數(shù)據(jù)庫(kù)關(guān)聯(lián)出的信息調(diào)節(jié)及控制溫度、溶解氧參數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明屬于海洋腐蝕與防護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種深淺海交變腐蝕環(huán)境模擬裝置，通過控制壓力、溫度、溶解氧和pH值等參數(shù)的周期性變化，模擬不同深度海水交變的腐蝕環(huán)境，并在此環(huán)境下實(shí)現(xiàn)材料性能測(cè)試，用于評(píng)價(jià)材料在深淺海交變環(huán)境中的各項(xiàng)性能等，包括壓力交變系統(tǒng)、鹽度調(diào)節(jié)系統(tǒng)、pH值調(diào)節(jié)系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、溶解氧調(diào)節(jié)系統(tǒng)、輔助調(diào)節(jié)系統(tǒng)、背壓閥、中央控制臺(tái)和上位計(jì)算機(jī)，通過調(diào)節(jié)介質(zhì)溫度、介質(zhì)溶解氧和pH值模擬深?；蚋邏涵h(huán)境參數(shù)，再通過壓力交變系統(tǒng)，按照設(shè)置壓力曲線進(jìn)行壓力改變，實(shí)現(xiàn)模擬深海交變環(huán)境，對(duì)材料性能評(píng)價(jià)；其結(jié)構(gòu)原理簡(jiǎn)單，使用操作可靠，模擬效果真實(shí)，深淺海交變實(shí)驗(yàn)效果好，實(shí)用性強(qiáng)。
文檔編號(hào)G01N17/00GK103076273SQ20121042191
公開日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2012年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月29日
發(fā)明者馬力, 張繁, 閆永貴, 張海兵 申請(qǐng)人:中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七二五研究所