[發明專利]一種金屬在動態環境中腐蝕試驗的模擬裝置

有效

• 申請號: 201610096668.X
• 申請日: 2016-02-23
• 公開（公告）號: CN105758786B
• 公開（公告）日: 2020-01-21
• 發明（設計）人: 白樹林;陳琳
• 申請（專利權）人: 北京大學;張亞飛
• 主分類號: G01N17/02
• 分類號: G01N17/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種動態海水環境中模擬金屬腐蝕試驗的裝置系統，屬于金屬腐蝕領域的模擬實驗和測試技術。該裝置由制冷區、測試區和控溫區水泵區構成。其中，制冷區保持海水溫度恒定不變，并且可以調控溫度變化。水泵區在儲水的同時，也為海水提供動力，使其以一定的速度沖刷試樣。測試區放置試樣和進行電化學測試，試樣夾具的設計可以調控試樣與水流的相對角度及試樣振動頻率。本發明從溫度、海水速度、沖蝕角度和船舶振動頻率四個方面探究動海水中船舶的腐蝕行為，結合電化學測試技術，對腐蝕動態全過程進行實時連續監測，使得材料腐蝕研究的數據更加立體、準確，更好地評價各種材料及其防護措施，也為新型船用材料的研發、應用和保護提供依據。

技術領域

本發明屬于金屬腐蝕研究領域，尤其是涉及一種動態環境下金屬腐蝕模擬裝置和實驗方法的研究。

背景技術

金屬材料在嚴峻的海洋環境中，發生著各種形式的腐蝕。據估計，每年我國由于金屬腐蝕帶來的經濟損失超過了2000億元。這些損失浪費材料，造成海洋環境的污染，給國民經濟帶來巨大的損失。

金屬材料處于動態海洋環境中，流動的海水使其發生沖刷腐蝕和空泡腐蝕等。這種腐蝕對于材料的影響周期長，影響因素復雜，給船用材料的性能評估帶來一定的挑戰。人們在模擬該情況時一般采取靜態浸泡試驗，這類試驗的優勢在于，操作過程簡單方便，影響因素便于控制，但是不符合材料的實際狀態以及受到環境、溫度等條件的綜合影響，對于動態過程不能進行連續的監測記錄，無法反映出流速對于金屬腐蝕的影響。關于動態腐蝕的研究，實驗室模擬中比較有名的是ASTM-S TP655標準中介紹的Stauffer 試驗設備，通過改變旋轉速度和圓盤狀試樣直徑獲取不同的圓盤速度，一般用來模擬螺旋槳的腐蝕情況，但是高速旋轉產生的劇烈震顫影響了電化學信號的捕捉和導出，影響測量結果，對旋轉軸的垂直度也提出較高的要求。管流模擬實驗通過將水流高速通過管道，并通過循環水達到往復使用。該實驗對于模擬石油運輸管道效果較好，但是需要大的溶液量和高試驗費用，操作起來也十分復雜。

這些探索性研究要求我們深入研究動海水腐蝕體系的環境特征，綜合考慮船體材受到的各種因素影響，使其模擬條件的控制更加精確。

沖刷腐蝕過程受到的影響因素眾多，較為復雜。按照內部和外部影響因素可以分為材料本身和外界環境。材料本身受到組分、內部結構和表面狀態影響，主要受控于材料制備和加工過程中，不考慮在動態腐蝕模擬裝置控制的影響因素內。

對于動態海水，對材料表面會有一種質量傳遞作用以及產生表面切應力，所以流速的變化通過二者的協同作用對材料的腐蝕行為產生相應變化。而流水的方向會在材料的二維表面產生垂直的沖擊和平行的剪切作用，這些協同作用隨著試樣表面和水流的相對角度發生變化。在實際航行中這些現象存在于船舶的變速、換向等過程中，以及船體設計時帶來的不規則外形。此外，海水溫度對腐蝕速率的影響較為顯著，相關資料顯示，大洋表層水溫變化于-2～30℃之間，年平均值為17.4℃。而太平洋海域的年平均溫度最高，為19.1℃，寬廣的熱帶和副熱帶面積使其表面溫度在25℃以上的海域約為66%，給我國南海海域的海水設備帶來嚴峻的考驗。船體的振動會導致疲勞損壞和儀表失準等問題，對于船體材料的腐蝕影響也有待考究。綜上所述，海水流速，方向角以及溫度等對船體腐蝕影響顯著，是動態環境下研究金屬腐蝕行為的重要因素。

綜合考慮船舶實際航行所處的狀態及影響因素，設計船舶材料在動水環境中的腐蝕模擬裝置和試驗方法，來研究艦船在動海水中的腐蝕行為，可以很好地為船體材料的測試、保護及研發等提供切實可行的依據。

發明內容

本發明中，提供了一種動態腐蝕模擬試驗裝置系統，可以模擬動海水環境下不同因素（水速、沖蝕角、溫度等）對船體材料腐蝕行為的影響，也為動態腐蝕的測量提供一種方法。

本發明的技術方案如下：

一種船舶材料在動態海水中的模擬裝置，主要由制冷區、測試區和水泵區三部分構成，綜合考慮了海水流速、沖蝕角度、溫度及船體振動頻率四個因素，研究其對船體材料腐蝕行為的影響。