一種模擬浪花飛濺區(qū)的沖蝕-腐蝕實(shí)驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種沖蝕-腐蝕實(shí)驗(yàn)裝置和方法，具體地說(shuō)是模擬浪花飛濺區(qū)多試樣干濕交替條件下的沖蝕-腐蝕研宄裝置及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002]海洋復(fù)雜苛刻的腐蝕環(huán)境束縛了海洋資源開(kāi)發(fā)的步伐，海洋結(jié)構(gòu)物的腐蝕防護(hù)研宄一直是久盛不衰的熱門(mén)課題。為了研宄的方便，通常將海洋腐蝕環(huán)境劃分為:海洋大氣區(qū)、浪花飛濺區(qū)、潮差區(qū)、全浸區(qū)和海泥區(qū)。其中，處于浪花飛濺區(qū)的結(jié)構(gòu)因受到海水飛濺、陽(yáng)光照射、干濕交替、表面供氧充分等多種苛刻因素的聯(lián)合作用而成為海洋腐蝕最嚴(yán)重的區(qū)域，其主要失效形式一般為波浪沖擊力和海水腐蝕聯(lián)合作用下的沖蝕-腐蝕，是海洋腐蝕研宄的重點(diǎn)區(qū)域。目前，浪花飛濺區(qū)的腐蝕研宄多以實(shí)海掛片分析為主，但這種方法往往存在試驗(yàn)周期長(zhǎng)、成本高、試驗(yàn)數(shù)據(jù)分散性較大、不能進(jìn)行特定因素分析，以及難以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)試樣的腐蝕狀態(tài)等問(wèn)題。鑒于此，有必要發(fā)明海洋浪花飛濺區(qū)結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)室模擬沖蝕-腐蝕測(cè)試裝置，并提供相應(yīng)的方法。對(duì)于模擬海洋浪花飛濺區(qū)的材料沖蝕-腐蝕性能研宄裝置，目前已有相關(guān)研宄論文或公開(kāi)專利。但是由于飛濺區(qū)的腐蝕環(huán)境影響因素較多，如鹽濃度、波浪大小、波浪周期、含砂量、含氧量、光照、溫度等，現(xiàn)有裝置僅能實(shí)現(xiàn)部分影響因素的研宄，而不能將眾多影響因素的協(xié)同作用結(jié)果納入研宄范圍。因此，為了能夠更全面準(zhǔn)確評(píng)價(jià)材料在浪花飛濺區(qū)的失效過(guò)程，發(fā)明裝置需要考慮多種因素的綜合作用，其實(shí)驗(yàn)環(huán)境可控，以研宄特定因素對(duì)沖蝕-腐蝕行為的影響，所得結(jié)果對(duì)沖蝕-腐蝕機(jī)理研宄、防護(hù)措施優(yōu)化，以及材料的篩選均具有重要的指導(dǎo)意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種模擬浪花飛濺區(qū)的沖蝕-腐蝕實(shí)驗(yàn)裝置，可研宄波浪沖擊速度、沖擊周期、含砂量、含氧量、溫度、光照等因素對(duì)材料沖蝕-腐蝕行為的影響。此外，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可進(jìn)行材料的原位電化學(xué)監(jiān)測(cè)，有助于分析腐蝕分量在材料沖蝕-腐蝕失效過(guò)程中的作用規(guī)律。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:
[0005]—種模擬浪花飛濺區(qū)沖蝕-腐蝕實(shí)驗(yàn)裝置，所述實(shí)驗(yàn)裝置以底座為支撐，包括升降系統(tǒng)、試樣裝夾系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、噴射系統(tǒng)、紫外光照老化系統(tǒng)、電化學(xué)測(cè)試系統(tǒng)和溫控系統(tǒng)；底座上固定有液壓升降架，通過(guò)踏板或泄壓旋鈕控制液壓升降架的上升或下降，液壓升降架上裝有試樣裝夾系統(tǒng)和動(dòng)力系統(tǒng)，液壓升降架一側(cè)安裝有介質(zhì)槽，用于貯存腐蝕介質(zhì)和其余系統(tǒng)的安裝固定，試樣裝夾系統(tǒng)安置在介質(zhì)槽內(nèi)部，為保證腐蝕介質(zhì)免受外界環(huán)境影響，所述介質(zhì)槽上方套裝密封蓋，并通過(guò)橡膠密封圈將二者密封；密封蓋中間開(kāi)孔以便傳動(dòng)軸通過(guò)，開(kāi)孔周邊加工有環(huán)形凹槽，環(huán)形凹槽內(nèi)填充不易揮發(fā)的液體介質(zhì)，傳動(dòng)軸上安裝有U型密封蓋，U型密封蓋下表面降至環(huán)形凹槽內(nèi)介質(zhì)液面以下，實(shí)現(xiàn)了介質(zhì)槽的完全密封，以達(dá)到精確控制介質(zhì)槽內(nèi)氧含量的目的；所述動(dòng)力系統(tǒng)中的電機(jī)固定在升降架的上方，所述電機(jī)轉(zhuǎn)速可調(diào)，電機(jī)輸出扭矩依次通過(guò)小皮帶輪、皮帶、大皮帶輪、聯(lián)軸器傳輸?shù)絺鲃?dòng)軸上，進(jìn)而帶動(dòng)固定在傳動(dòng)軸上的試樣裝夾系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)，所述傳動(dòng)軸上裝有軸承，并通過(guò)固定橫梁與液壓升降架固定連接，以提高傳動(dòng)軸的穩(wěn)定性，所述傳動(dòng)軸的外表面包覆橡膠保護(hù)套，可避免噴射介質(zhì)對(duì)其造成沖蝕損傷；所述試樣裝夾系統(tǒng)包括上試樣架、上試樣架固定螺母、下試樣架、下試樣架固定螺母、L型支架、試樣固定螺栓177和支架固定螺栓，所述上試樣架和下試樣架分別通過(guò)上試樣架固定螺母和下試樣架固定螺母固定在傳動(dòng)軸上，所述上試樣架和下試樣架為圓柱形，沿環(huán)向均勾分布12個(gè)定位槽，每個(gè)定位槽上均安裝有L型支架，L型支架上通過(guò)試樣固定螺栓固定有9支短尺試樣，主要用于沖蝕-腐蝕形貌、失重和機(jī)理分析和3支長(zhǎng)尺試樣用于沖蝕-腐蝕過(guò)程中的電化學(xué)監(jiān)測(cè)，所述L型支架可沿定位槽長(zhǎng)度方向移動(dòng)，即上試樣架或下試樣架的徑向方向移動(dòng)，用于調(diào)節(jié)試樣與噴嘴之間的距離，通過(guò)支架固定螺栓可將L型支架固定，所述電化學(xué)測(cè)試系統(tǒng)包括多通道電化學(xué)工作站、電極線、電極線密封件和相應(yīng)的電極；3支長(zhǎng)尺試樣分別作為第一工作電極、第二工作電極和第三工作電極，3支工作電極的上端實(shí)驗(yàn)環(huán)境與短尺試樣相同，下端始終浸于腐蝕介質(zhì)中，在下試樣架的底部距離3支工作電極一定位置處安裝有共用的旋轉(zhuǎn)參比電極和旋轉(zhuǎn)輔助電極，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中隨3支工作電極一同旋轉(zhuǎn)，構(gòu)成旋轉(zhuǎn)電極體系；上試樣架的上表面不同徑向位置依次安裝有相互絕緣的第一工作電極導(dǎo)電環(huán)、第二工作電極導(dǎo)電環(huán)、第三工作電極導(dǎo)電環(huán)、參比電極導(dǎo)電環(huán)和輔助電極導(dǎo)電環(huán)，通過(guò)5根導(dǎo)線分別與第一工作電極、第二工作電極、第三工作電極、旋轉(zhuǎn)參比電極和旋轉(zhuǎn)輔助電極相連；密封蓋下表面裝有碳刷支架，碳刷支架上裝有第一工作電極碳刷、第二工作電極碳刷、第三工作電極碳刷、參比電極碳刷和輔助電極碳刷，分別與第一工作電極導(dǎo)電環(huán)、第二工作電極導(dǎo)電環(huán)、第三工作電極導(dǎo)電環(huán)、參比電極導(dǎo)電環(huán)和輔助電極導(dǎo)電環(huán)接觸，保證試樣旋轉(zhuǎn)過(guò)程中可連續(xù)進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試；第一工作電極碳刷、第二工作電極碳刷、第三工作電極碳刷、參比電極碳刷和輔助電極碳刷通過(guò)電極線連接有多通道電化學(xué)工作站，電極線與密封蓋之間采用電極線密封件密封；實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的電化學(xué)測(cè)試結(jié)果包含了長(zhǎng)尺試樣浸于介質(zhì)部分的腐蝕信息，為了扣除長(zhǎng)尺試樣全浸區(qū)域腐蝕造成的影響，所述電化學(xué)測(cè)試系統(tǒng)還包括補(bǔ)償模塊，包括電極支架、全浸試樣、參比電極和輔助電極，所述電極支架固定于介質(zhì)槽的內(nèi)壁處，電極支架下方懸掛全浸試樣，所述參比電極、輔助電極與全浸試樣的相對(duì)位置與上述旋轉(zhuǎn)電極體系相同；將長(zhǎng)尺試樣腐蝕速率減去全浸試樣的腐蝕速率，即為試樣在沖蝕-腐蝕聯(lián)合作用下的腐蝕分量；所述噴射系統(tǒng)包括砂漿泵、進(jìn)泵管路、循環(huán)液出口管路、出口調(diào)節(jié)閥門(mén)、旁路閥門(mén)、排液閥門(mén)和噴嘴，腐蝕介質(zhì)沿進(jìn)泵管路進(jìn)入砂漿泵，經(jīng)出口調(diào)節(jié)閥門(mén)進(jìn)入循環(huán)液出口管路內(nèi)，隨后經(jīng)噴嘴噴射至旋轉(zhuǎn)的試樣上，循環(huán)液出口管路上裝有壓力表、流量計(jì)和出口調(diào)節(jié)閥門(mén)，可通過(guò)出口調(diào)節(jié)閥門(mén)調(diào)整介質(zhì)的噴出速度，進(jìn)泵管路與砂漿泵之間設(shè)有旁路閥門(mén)，傳動(dòng)軸的端部安裝攪拌葉片，以提高介質(zhì)的均勻程度，砂漿泵一側(cè)設(shè)有排液閥門(mén)；紫外光照老化系統(tǒng)包括光照控制器、環(huán)形紫外線燈管和隔離板，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可考察試樣表面涂層老化對(duì)沖蝕-腐蝕性能的影響，紫外線燈管安裝在介質(zhì)槽的內(nèi)壁處，為防止噴射介質(zhì)對(duì)燈管造成損壞，在噴嘴周邊安裝有隔離板，紫外線燈管與光照控制器連接，可對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的光照條件進(jìn)行控制；所述溫控系統(tǒng)包括依次連接的溫控儀、溫度傳感器和加熱管，加熱管安裝在介質(zhì)槽的內(nèi)，并通過(guò)溫控儀控制加熱管的工作狀態(tài)，溫度傳感器和加熱管安裝在介質(zhì)槽的外側(cè)。
[0006]優(yōu)選的，所述密封蓋采用有機(jī)玻璃制作，以便觀察實(shí)驗(yàn)過(guò)程中介質(zhì)槽內(nèi)的變化情況。
[0007]優(yōu)選的，所述傳動(dòng)軸上帶有螺紋。
[0008]優(yōu)選的，所述介質(zhì)槽采用耐蝕性較好的不銹鋼制作。
[0009]優(yōu)選的，所述上試樣架、上試樣架固定螺母、下試樣架、下試樣架固定螺母、L型支架、試樣固定螺栓和支架固定螺栓均采用高強(qiáng)度聚醚醚酮制作，以避免零部件腐蝕對(duì)實(shí)驗(yàn)體系造成影響。
[0010]優(yōu)選的，所述溫度傳感器和加熱管外殼均采用不銹鋼材料制作。
[0011]本發(fā)明可以用于試樣周期性地經(jīng)受介質(zhì)沖擊，模擬浪花飛濺區(qū)的干濕交替環(huán)境，干濕交替的周期通過(guò)調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整；介質(zhì)沖擊的速率可以通過(guò)出口調(diào)節(jié)閥門(mén)調(diào)整，以模擬海洋風(fēng)況不同導(dǎo)致的波浪沖擊強(qiáng)度大?。豢赏瑫r(shí)進(jìn)行多試樣的沖蝕-腐蝕試樣，即可進(jìn)行多種材料的對(duì)比試驗(yàn)，也可進(jìn)行同種材料的平行性試驗(yàn)；利用密封蓋上的碳刷和上試樣架上的導(dǎo)電環(huán)，實(shí)現(xiàn)試樣旋轉(zhuǎn)過(guò)程中的連續(xù)電化學(xué)監(jiān)測(cè)；對(duì)全浸試樣進(jìn)行電化學(xué)腐蝕速率測(cè)量，從進(jìn)行沖蝕-腐蝕的長(zhǎng)尺掛片腐蝕速率中扣取全浸區(qū)部分的腐蝕速率，可考察沖蝕-腐蝕過(guò)程中腐蝕分量的作用；考慮了有機(jī)涂層在陽(yáng)光照射下的老化因素，干濕交替的干階段通過(guò)紫外燈管對(duì)試樣進(jìn)行光老化；環(huán)境箱通過(guò)密封蓋實(shí)現(xiàn)空氣隔絕，并裝有溫控系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)介質(zhì)環(huán)境的可控和調(diào)整，擴(kuò)大本試驗(yàn)方法的應(yīng)用范圍；介質(zhì)中加入固體顆粒，可進(jìn)行多相流的沖擊-腐蝕試驗(yàn)。
[0012]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0013]提供了一套適用于海洋浪花飛濺區(qū)的材料沖蝕-腐蝕實(shí)驗(yàn)研宄裝置，可研宄波浪沖擊速度、沖擊周期、含砂量、含氧量、溫度、光照等因素對(duì)材料沖蝕-腐蝕行為的影響，以精確模擬海洋浪花飛濺區(qū)結(jié)構(gòu)的失效過(guò)程，彌補(bǔ)了現(xiàn)有模擬飛濺區(qū)材料沖蝕-腐蝕研宄裝置的不足；本發(fā)明采用材料干濕交替過(guò)程中的原位電化學(xué)監(jiān)測(cè)，可明確腐蝕分量在材料沖蝕-腐蝕失效過(guò)程中的作用規(guī)律。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為本發(fā)明實(shí)施例沖蝕-腐蝕實(shí)驗(yàn)裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2為本發(fā)明實(shí)施例中