本發(fā)明涉及金屬腐蝕防護(hù)領(lǐng)域，具體涉及一種金屬腐蝕加速試驗(yàn)裝置及方法。

背景技術(shù)：

隨著我國現(xiàn)代化建設(shè)的推近，對能源利用、基礎(chǔ)建設(shè)和工業(yè)發(fā)展的需求日益增大，特別是特高壓電網(wǎng)、超長距離管道、超大型工程的出現(xiàn)和發(fā)展對于埋地金屬材料的運(yùn)行安全和使用壽命要求更高。埋設(shè)于地下的金屬構(gòu)筑物，由于受到土壤中各種理化性質(zhì)和雜散電流的影響，導(dǎo)致金屬土壤腐蝕問題非常突出，一旦發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕，就有可能造成嚴(yán)重的安全事故，從而帶來不可估量的經(jīng)濟(jì)損失和社會影響。雖然現(xiàn)階段國際上對金屬的土壤腐蝕綜合評價(jià)方法和評價(jià)技術(shù)非常重視，正在不斷地完善，但是仍然存在著不足之處。縱觀國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，在土壤腐蝕綜合評價(jià)方法方面最具有代表性的是德國DIN50929標(biāo)準(zhǔn)、美國的ANSIA21.5法，但是它們都有不足之處。如德國DIN50929標(biāo)準(zhǔn)具有適應(yīng)性差，靈敏度比較低的特點(diǎn)，沒有充分考慮到土壤腐蝕各因素之間的相互影響和相互聯(lián)系，不能突出反映主要腐蝕因素的影響程度；美國ANSIA21.5法不具有普遍適用性，僅僅適用于鑄鐵管在土壤中使用時(shí)是否需用聚乙烯保護(hù)膜，而其他情況下未必能夠使用。而且，上述方法中都沒有考慮到影響地下金屬構(gòu)筑物非常重要的腐蝕因子——雜散電流，在某些特定的運(yùn)行環(huán)境下雜散電流往往起著主要的腐蝕加速作用，如直流接地極、鐵路電車等，因此這些綜合評價(jià)方法對于接地網(wǎng)的土壤腐蝕評價(jià)具有一定的局限性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種金屬腐蝕加速試驗(yàn)裝置及方法，以解決上述技術(shù)問題。本發(fā)明能夠模擬土壤環(huán)境下雜散電流和傳統(tǒng)腐蝕因子(特別是含水量、溫度)耦合，用于金屬腐蝕加速試驗(yàn)，為進(jìn)一步提出全面可行的土壤腐蝕綜合評價(jià)方法提供硬件基礎(chǔ)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種金屬腐蝕加速試驗(yàn)裝置，包括電源、儲水箱、溫度傳感器、重量傳感器、試驗(yàn)箱、腐蝕實(shí)驗(yàn)盒和加熱器；試驗(yàn)箱的頂部設(shè)有測試孔；試驗(yàn)箱內(nèi)設(shè)有若干腐蝕實(shí)驗(yàn)盒，腐蝕試驗(yàn)盒內(nèi)兩側(cè)設(shè)置惰性電極，若干腐蝕實(shí)驗(yàn)盒內(nèi)的惰性電極串聯(lián)連接電源；試驗(yàn)箱內(nèi)的上部設(shè)有溫度傳感器和若干重量傳感器，若干腐蝕實(shí)驗(yàn)盒懸掛在對應(yīng)的重量傳感器的掛鉤上；試驗(yàn)箱內(nèi)下部設(shè)有加熱器；電源和儲水箱設(shè)置于試驗(yàn)箱上部，儲水箱的出口管懸于腐蝕實(shí)驗(yàn)盒上部，出口管上帶有電磁閥。

進(jìn)一步的，所述電源為直流穩(wěn)壓電源；所述試驗(yàn)箱帶有保溫層。

進(jìn)一步的，所述惰性電極為石墨電極、鉑電極或鈦合金電極。

進(jìn)一步的，所述腐蝕實(shí)驗(yàn)盒內(nèi)設(shè)有用于待腐蝕金屬的腐蝕試片或電化學(xué)體系。

進(jìn)一步的，還包括控制及測試系統(tǒng)；控制及測試系統(tǒng)包括人機(jī)界面、控制裝置和數(shù)據(jù)采集裝置；人機(jī)界面連接控制裝置和數(shù)據(jù)采集裝置；控制裝置連接數(shù)據(jù)采集裝置和每個(gè)電磁閥；數(shù)據(jù)采集裝置連接溫度傳感器和重量傳感器。

進(jìn)一步的，腐蝕實(shí)驗(yàn)盒中設(shè)有三電極腐蝕體系，三電極腐蝕體系連接設(shè)置于試驗(yàn)箱外部的電化學(xué)測試系統(tǒng)，構(gòu)成電化學(xué)測試體系。

一種金屬腐蝕加速試驗(yàn)方法，包括電流加速腐蝕模擬步驟：通過人機(jī)界面設(shè)定好腐蝕供電回路中供電電源的電壓、電流，啟動腐蝕電流回路，使得電流通過惰性電極、腐蝕實(shí)驗(yàn)盒內(nèi)的介質(zhì)、腐蝕試片或電化學(xué)體系進(jìn)行腐蝕加速；腐蝕電流回路中的電流、電壓參數(shù)通過數(shù)據(jù)采集裝置采集并反饋回人機(jī)界面；腐蝕周期結(jié)束之后，觀察腐蝕試片的腐蝕狀態(tài)并測量腐蝕參數(shù)或通過測試孔直接利用電化學(xué)測試系統(tǒng)進(jìn)行電化學(xué)測試。

進(jìn)一步的，還包括溫度控制步驟，控制裝置根據(jù)寫入的控制策略進(jìn)行加熱器的啟/停動作控制，若溫度傳感器檢測到試驗(yàn)箱內(nèi)溫度低于設(shè)定的閾值，啟動加熱器，對試驗(yàn)箱內(nèi)空氣進(jìn)行加熱，當(dāng)達(dá)到設(shè)定的閾值范圍后，加熱器停止工作，保持試驗(yàn)箱內(nèi)溫度恒定。

進(jìn)一步的，還包括含水量模擬步驟：以重量傳感器初次檢測到的腐蝕實(shí)驗(yàn)盒的重量作為初始值，隨著實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，腐蝕介質(zhì)的水分會逐漸損失，重量傳感器實(shí)時(shí)檢測到的重量與初始值進(jìn)行比較，若重量損失值超過設(shè)定的閾值，控制裝置將開啟補(bǔ)水系統(tǒng)電磁閥門，儲水箱中的水注入腐蝕實(shí)驗(yàn)盒，當(dāng)達(dá)到設(shè)定的閾值范圍后，電磁閥門關(guān)閉，腐蝕介質(zhì)含水量保持相對恒定。

本發(fā)明實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)原理為：以試驗(yàn)箱為基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，腐蝕實(shí)驗(yàn)盒內(nèi)裝有土壤或水溶液或其他腐蝕介質(zhì)，模擬金屬材料直接接觸的腐蝕環(huán)境，為了獲得加速腐蝕效果，在腐蝕實(shí)驗(yàn)盒兩側(cè)設(shè)置石墨或鉑金或鈦合金或其他耐蝕導(dǎo)電物質(zhì)的惰性電極，使得腐蝕介質(zhì)、惰性電極形成一個(gè)串聯(lián)的腐蝕電流回路，使得腐蝕介質(zhì)內(nèi)部腐蝕試片或電化學(xué)體系置于電流場中，從而達(dá)到加速腐蝕的效果，其中，控制裝置的控制端與電源的受控端連接；電源為整個(gè)腐蝕電流回路提供電力支持，并根據(jù)試驗(yàn)需求，由控制裝置控制輸出不同大小的電壓、電流，并反饋至數(shù)據(jù)采集裝置；腐蝕試片或電化學(xué)體系處于加速腐蝕系統(tǒng)中，進(jìn)行加速腐蝕模擬實(shí)驗(yàn)。

為了保持試驗(yàn)箱內(nèi)的溫度，達(dá)到環(huán)境溫度模擬的效果，本發(fā)明還具有溫度模擬功能，主要組成包括控制裝置、數(shù)據(jù)采集裝置、加熱器和溫度傳感器。具體是：在試驗(yàn)箱下部設(shè)置加熱器，控制裝置的控制端與加熱器的受控端連接，數(shù)據(jù)采集裝置的信號采集端與設(shè)置于在試驗(yàn)箱上部的溫度傳感器連接。

為了保持腐蝕介質(zhì)的含水量，達(dá)到含水量模擬效果，本發(fā)明還具有含水量模擬功能，主要組成包括控制裝置、數(shù)據(jù)采集裝置、儲水箱、帶有電磁閥門的補(bǔ)水系統(tǒng)和重量傳感器。具體是：腐蝕實(shí)驗(yàn)盒懸掛在重量傳感器下端掛鉤上，補(bǔ)水系統(tǒng)出口管懸于腐蝕實(shí)驗(yàn)盒上部，由儲水箱為其提供水分來源；控制裝置的控制端與電磁閥門的受控端連接，數(shù)據(jù)采集裝置的信號采集端與設(shè)置于在試驗(yàn)箱上部的重量傳感器連接。

為了直接、快速獲得腐蝕參數(shù)，本發(fā)明還具有電化學(xué)測試功能，主要組成包括電化學(xué)測試系統(tǒng)、電化學(xué)體系。電化學(xué)測試系統(tǒng)通過測試孔與腐蝕實(shí)驗(yàn)盒中的三電極電化學(xué)體系相關(guān)測試線連接，測定研究對象的電化學(xué)參數(shù)。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點(diǎn)和有益效果：可實(shí)現(xiàn)模擬溫度、含水量、雜散電流等腐蝕環(huán)境的功能，特別是采用重量傳感器對腐蝕介質(zhì)含水量的控制更精確。具有操作簡單，自動化程度高等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明實(shí)施例的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，并不構(gòu)成對本發(fā)明實(shí)施例的限定。

圖1為本發(fā)明各部件的布局示意圖。

其中：1、電源；2、儲水箱；3、控制及測試系統(tǒng)；4、測試孔；5、溫度傳感器；6、重量傳感器；7、試驗(yàn)箱；8、電磁閥門；9、惰性電極；10、腐蝕試片或電化學(xué)體系；11、腐蝕實(shí)驗(yàn)盒；12、加熱器。13、人機(jī)界面；14、控制裝置；15、數(shù)據(jù)采集裝置；16、電化學(xué)測試系統(tǒng)。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合實(shí)施例和附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，本發(fā)明的示意性實(shí)施方式及其說明僅用于解釋本發(fā)明，并不作為對本發(fā)明的限定。

請參閱圖1所示，本發(fā)明一種金屬腐蝕加速試驗(yàn)裝置，包括一個(gè)密封且設(shè)置有保溫層的試驗(yàn)箱7，試驗(yàn)箱上部開設(shè)測試孔4；試驗(yàn)箱7內(nèi)設(shè)有三個(gè)腐蝕實(shí)驗(yàn)盒11；腐蝕實(shí)驗(yàn)盒11內(nèi)兩側(cè)設(shè)置惰性電極9，三個(gè)腐蝕實(shí)驗(yàn)盒11內(nèi)的惰性電極通過導(dǎo)線串聯(lián)，腐蝕試片或電化學(xué)體系10埋設(shè)于腐蝕實(shí)驗(yàn)盒內(nèi)腐蝕介質(zhì)中；電源1、儲水箱2和控制及測試系統(tǒng)3設(shè)置于試驗(yàn)箱上部獨(dú)立箱體內(nèi)。為了實(shí)現(xiàn)控制上述各個(gè)器件，本發(fā)明還設(shè)置了控制及測試系統(tǒng)3，包括人機(jī)界面13、控制裝置14、數(shù)據(jù)采集裝置15和電化學(xué)測試系統(tǒng)16。人機(jī)界面為觸摸顯示屏，與控制裝置和數(shù)據(jù)采集裝置連接，可進(jìn)行參數(shù)設(shè)置或讀取實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)；控制裝置的控制端與加熱器或電源或補(bǔ)水系統(tǒng)電磁閥門的受控端連接，根據(jù)寫入的控制策略進(jìn)行上述部件或裝置的“啟/?！眲幼骱洼敵鰠?shù)控制；數(shù)據(jù)采集裝置采集溫度傳感器和重量傳感器的反饋信號，并將采集的信號上傳至控制裝置和人機(jī)界面；電化學(xué)測試系統(tǒng)通過測試孔與腐蝕實(shí)驗(yàn)盒中的三電極腐蝕體系相關(guān)測試線連接，形成電化學(xué)測試體系，用于測定研究對象的電化學(xué)參數(shù)。

為了保持試驗(yàn)箱內(nèi)的溫度，達(dá)到環(huán)境溫度模擬的效果，本發(fā)明設(shè)置有加熱器12和溫度傳感器5。加熱器12和溫度傳感器5均設(shè)置于試驗(yàn)箱7內(nèi)部，加熱器12設(shè)置在試驗(yàn)箱7下部，控制裝置14的控制端與加熱器12的受控端連接，數(shù)據(jù)采集裝置15的信號采集端與設(shè)置于在試驗(yàn)箱上部的溫度傳感器5連接。

為了保持腐蝕介質(zhì)的含水量，達(dá)到含水量模擬效果，本發(fā)明還設(shè)置有帶有電磁閥門8的補(bǔ)水系統(tǒng)和重量傳感器6。其中，腐蝕實(shí)驗(yàn)盒11懸掛在重量傳感器6下端掛鉤上，儲水箱2的出口管懸于腐蝕實(shí)驗(yàn)盒11上部，出口管上帶有電磁閥門8；控制裝置14的控制端與電磁閥門8的受控端連接，數(shù)據(jù)采集裝置15的信號采集端與設(shè)置于在試驗(yàn)箱上部的重量傳感器6連接。

為了直接、快速獲得腐蝕參數(shù)，本發(fā)明的電化學(xué)測試系統(tǒng)通過測試孔與腐蝕實(shí)驗(yàn)盒中的三電極電化學(xué)體系相關(guān)測試線連接，測定研究對象的電化學(xué)參數(shù)。

基于一種金屬腐蝕加速試驗(yàn)裝置的腐蝕模擬方法，包括以下步驟：

電流加速腐蝕模擬步驟：人機(jī)界面13設(shè)定好腐蝕供電回路中供電電源1的電壓、電流，控制裝置14啟動腐蝕電流回路，使得電流通過惰性電極9、腐蝕實(shí)驗(yàn)盒11內(nèi)的介質(zhì)、腐蝕試片或電化學(xué)體系10進(jìn)行腐蝕加速；數(shù)據(jù)采集裝置15采集上述腐蝕電流回路中的電流、電壓參數(shù)并反饋回人機(jī)界面。腐蝕周期結(jié)束之后，觀察腐蝕試片的腐蝕狀態(tài)并測量腐蝕參數(shù)或通過測試孔4直接利用電化學(xué)測試系統(tǒng)16進(jìn)行電化學(xué)測試。

腐蝕模擬方法，還包括以下步驟的至少一種：

溫度模擬步驟：控制裝置14根據(jù)寫入的控制策略進(jìn)行加熱器12的“啟/?！眲幼骺刂?，若溫度傳感器5檢測到試驗(yàn)箱7內(nèi)溫度低于設(shè)定的閾值，啟動加熱器12，對試驗(yàn)箱內(nèi)空氣進(jìn)行加熱，當(dāng)達(dá)到設(shè)定的閾值范圍后，加熱器停止工作，保持試驗(yàn)箱內(nèi)溫度恒定。

含水量模擬步驟：以重量傳感器6初次檢測到的腐蝕實(shí)驗(yàn)盒的重量作為初始值，隨著實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，腐蝕介質(zhì)的水分會逐漸損失，重量傳感器6實(shí)時(shí)檢測到的重量與初始值進(jìn)行比較，若重量損失值超過設(shè)定的閾值，控制裝置將開啟補(bǔ)水系統(tǒng)電磁閥門8，儲水箱2中的水會注入腐蝕實(shí)驗(yàn)盒，當(dāng)達(dá)到設(shè)定的閾值范圍后，電磁閥門關(guān)閉，腐蝕介質(zhì)含水量保持相對恒定。

以上所述的具體實(shí)施方式，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式而已，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。