一种沿海大气腐蚀加速试验装置和方法

摘要

本发明属于海洋大气腐蚀试验技术领域，具体涉及一种沿海大气腐蚀加速试验装置和方法，在室外环境下，依据模拟地域自然大气环境，通过自动化控制，周期性调控盐雾喷洒量和光照类型与频次，通过双因素加速材料在沿海大气环境下的腐蚀、老化速率，加速结果与长期户外暴露试验具有较好的一致性，可控性较好，加速腐蚀与室外自然暴露试验具有一定的对比性，其加速试验结果能够广泛应用于沿海环境典型船舶材料、海洋工程设施金属材料、涂层材料等的加速腐蚀预测和腐蚀防护设计，从而为材料的腐蚀防护提供设计依据，具有显著的经济效益和行业发展推动作用。

说明书

技术领域：

本发明属于海洋大气腐蚀试验技术领域，具体涉及一种沿海大气腐蚀加速试验装置和方法，广泛应用于沿海环境典型船舶材料、海洋工程设施金属材料、涂层材料等的加速腐蚀预测。

背景技术：

大气腐蚀是材料的一种重要腐蚀形式，特别是沿海地区，金属材料的大气腐蚀格外严重。大气暴露试验周期长，多则达到几十年，对于新材料的评价、筛选十分不利。因而建立一种准确的短期加速试验来模拟户外长期暴露试验结果，进而为材料防护设计提供技术支撑，就显得尤为重要。目前，大气暴露短期加速试验方法有多种，主要包括湿热试验法、盐雾试验法、周期喷雾法和多因子循环复合法等，一般是在室内进行的，一定程度上加速了材料腐蚀，推动了行业技术的发展，但是，室内环境规避了大气中有害污染物质、有害气体等条件的影响，试验结果与实际大气腐蚀相差较大。例如，日本三菱重工公司根据试验地区采用不同腐蚀介质，附加紫外线照射，通过湿热试验法模拟加速金属材料腐蚀，对沿海清洁地区，介质中去掉了二氧化硫，对内地工业区，去掉了氯化钠。大量的试验结果表明上述加速试验方法具有显著的加速性，但腐蚀产物往往与大气暴露试验不一致。

现有技术中大气腐蚀加速性试验核心问题是加速试验与大气暴露试验相关性较差，室内加速性试验更注重温度、湿度、介质种类和浓度以及紫外线等单项因素的影响，对模拟区域大气特征还原度较低，导致模拟试验腐蚀产物尤其是初期腐蚀产物很难一致。而初期腐蚀产物的形成、类型和结构对大气腐蚀后继的发展有关键的作用，采用户外加速腐蚀试验是解决这一问题的有效途径之一。例如，中国专利201610525908.3公开的一种大气腐蚀加速试验方法，包括如下步骤：(1)首先设计一种加速试验装置，该试验装置包括机体、试验挂架、挂架升降装置和控制器，机体包括支撑架、设置在支架下部的储水箱、设置在支架上端的遮雨板和进水排水机构；(2)将试样线切割成矩形尺寸后，按要求用砂纸打磨后，固定于试验挂架上，试样的四个角分别用PVC板和紧固螺丝固定；以防止试样与挂样架接触，以避免电偶腐蚀对加速过程产生影响；(3)在室外环境下进行加速腐蚀试验，具体是接通电源，控制器先控制进水排水机构工作，向储水箱中注满海水；然后进行干—湿循环的腐蚀试验，干—湿循环的腐蚀试验的一个流程为：控制器控制挂架升降装置将试验挂架放入储水箱中，且浸没在海水中，浸没时间为T1；然后试验挂架上升在空气中干燥，干燥时间为T2；(4)重复干—湿循环的腐蚀试验的流程，直至规定的试验周期，完成加速试验，取样分析腐蚀情况。中国专利200420055860.7公开的一种户外大气腐蚀加速试验装置，包括暴露架，配有由水泵和水槽，净水器及带喷头的出水管构成雾化设备，所述水泵与喷雾自动控制装置电连接，其入水管通至水槽底部，水泵的出水管路分为两路，一路经出水管接喷头，另一路作为回水经阀门进入水槽；水槽通过管路和净水器连接在一起，水槽下部设有排水口，上部设有溢流口，净水器设有入水口、出水口，其入水口与自来水管路连接。户外加速腐蚀试验通常采用淡水喷雾或海水周期沉浸，且控制条件单一，加速较慢，应用环境有限。因此，研发设计一种沿海大气腐蚀加速试验装置和方法，为材料的腐蚀防护提供设计依据，具有显著的经济效益和行业发展推动作用。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计一种沿海大气腐蚀加速试验装置和方法，在室外环境下，模拟大气环境，周期性喷洒盐雾和加强光照强度，加速材料在沿海大气环境下的腐蚀速率，为材料的腐蚀防护提供设计依据。

为了实现上述目的，本发明涉及的沿海大气腐蚀加速试验装置的主体结构包括控制柜、试验台、海水箱、海水泵、注水口、排水口、海水杯、水管、喷雾头、固定板、滑轨、滑道、升降架、样品固定架、光源架和光源；相互独立设置的控制柜与试验台电连接，试验台的一个侧面上设置有海水箱和海水泵，海水箱的上部设置有注水口，下部设置有排水口，海水箱通过海水泵与试验台另一侧面上设置的海水杯和水管连接，水管与喷雾头连接，喷雾头与固定板连接，固定板与滑轨连接，滑轨的两端分别与滑道连接，滑道的两端分别与升降架连接，升降架设置在样品固定架上，样品固定架设置在试验台的顶面上，试验台上还设置有光源架，光源架上设置有光源。

本发明涉及的沿海大气腐蚀加速试验装置进行试验时，选用人工海水、试验区域近海天然海水或前两种海水的稀释型水剂为介质，在注入海水箱通过过滤和高温灭菌处理；试验周期为4-6个月，根据模拟试验地区的大气含盐度和光照特征，按倍率喷洒盐雾，强化光源的照射：在0：00-24：00的每日试验周期内，设定每30min或每1-6小时喷盐雾1次，光源采用持续照射，日间持续照射、晚间关闭或分3-6个阶段、每阶段照射1-7小时的照射方式。

本发明与现有技术相比，在室外环境下，依据模拟地域自然大气环境，通过自动化控制，周期性调控盐雾喷洒量和光照类型与频次，通过双因素加速材料在沿海大气环境下的腐蚀、老化速率，加速结果与长期户外暴露试验具有较好的一致性，可控性较好，加速腐蚀与室外自然暴露试验具有一定的对比性，其加速试验结果能够广泛应用于沿海环境典型船舶材料、海洋工程设施金属材料、涂层材料等的加速腐蚀预测和腐蚀防护设计，从而为材料的腐蚀防护提供设计依据，具有显著的经济效益和行业发展推动作用。

附图说明：

图1为发明涉及的沿海大气腐蚀加速试验装置的主体结构原理示意图。

具体实施方式：

下面通过实施实例并结合附图对本发明做进一步描述。

实施例1：

本发明涉及的沿海大气腐蚀加速试验装置的主体结构包括控制柜1、试验台2、海水箱3、海水泵4、注水口5、排水口6、海水杯7、水管8、喷雾头9、固定板10、滑轨11、滑道12、升降架13、样品固定架14、光源架15和光源16；相互独立设置的控制柜1与试验台2电连接，试验台2的一个侧面上设置有海水箱3和海水泵4，海水箱3的上部设置有注水口5，下部设置有排水口6，海水箱3通过海水泵4与试验台2另一侧面上设置的海水杯7和水管8连接，水管8与喷雾头9连接，喷雾头9与固定板10连接，固定板10与滑轨11连接，滑轨11的两端分别与滑道12连接，滑道12的两端分别与升降架13连接，升降架13设置在样品固定架14上，样品固定架14设置在试验台2的顶面上，试验台2上还设置有光源架15，光源架15上设置有光源16。

本发明涉及的控制柜1通过自动化软件控制海水泵4和喷雾头9周期性地吸水和喷雾，控制光源16加强光照；水管8为柔性水管；喷雾头9通过控制柜1、滑轨11和滑道12的配合运作能够在平面内自由移动和定位，并在试样100的表面均匀喷洒盐雾；喷雾头9通过滑轨11、滑道12和升降架13配合运作能够浸入装有海水的海水杯7中，以防止待机时盐水结晶堵塞；光源16包括汞灯和氙灯，分别强化紫外照射和日光照射，试验时，汞灯或氙灯依据试验地域光照特征选择，热带沿海选用汞灯照射加速，温带沿海选用氙灯照射加速。

实施例2：

本实施例涉及的沿海大气腐蚀加速试验方法的工艺过程为：

(1)加工试样：

选用100mm×50mm×3mm的921A低合金钢板材为试样100，另外准备3个平行试样，打磨喷砂处理试样100和平行试样的表面后，依酸洗去除氧化皮，打印钢号，丙酮除油，酒精脱水，置于干燥器中24小时后称取原始重量；

(2)试验：

依据青岛近海氯离子沉积量平均约为14mg/m

(3)评价：

通过试样失重、腐蚀形貌和腐蚀产物结果分析进行评价，参照JB/T 6074腐蚀试样的制备、清洗和评定规定的方法，进行清洗，通过试样失重计算室外加速腐蚀试验与大气暴露试验的腐蚀速率，结果显示：本实施例加速试验的腐蚀产物明显厚于同期暴露试验的腐蚀产物，室外加速腐蚀失重是同期暴露试验的3倍；加速试验与同期暴露试验后腐蚀产物的主要成分均为Fe