專利名稱:一種多功能環(huán)境控制加速腐蝕實驗箱的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實用新型涉及測試材料的耐氣候,耐腐蝕,或耐光照性能的電化學測量領(lǐng)域, 尤其涉及一種可實現(xiàn)干濕交替(循環(huán)周浸)、恒溫恒濕、不同腐蝕性氣體環(huán)境控制及模
擬海水浸泡和沖刷等的模擬環(huán)境腐蝕試驗裝置。
背景技術(shù):
目前實驗室模擬/加速腐蝕試驗是通過配制相應的模擬腐蝕溶液并控制溫度、濕
度、pH值等相關(guān)參數(shù),在實驗室內(nèi)利用特殊的腐蝕實驗裝置對材料的腐蝕性能進行評 價,具有操作簡便,試驗條件控制準確,結(jié)果重現(xiàn)性好,試驗周期短等優(yōu)點,特別適
合于各類新試制材料的耐蝕性能評估及對材料的成分、工藝和應用范圍進行及時的篩 選和確定,對指導新材料的研發(fā)具有不可或缺的重要參考價值。而用于實驗室模擬/ 加速腐蝕試驗的設備主要有鹽霧腐蝕實驗箱、恒溫恒濕腐蝕實驗箱、周期浸潤腐蝕實 驗箱等,均已形成了相關(guān)的專利。
公開號為CN2792608,
公開日為2006年07月05日,公開了一種恒溫恒濕實驗 箱;公開號為CN2119662 ,
公開日為1992年10月21日,公開了一種節(jié)能型恒定濕 熱實驗箱;公開號為CN2757120 ,
公開日為2006年02月08日,公開了一種鹽霧腐 蝕實驗箱;公開號為CN2491826,
公開日為2002年05月15日,公開了一種周期浸 潤腐蝕實驗箱。上述4種模擬/加速腐蝕實驗裝置,目前國內(nèi)外均有定型商品出售,代 表性生產(chǎn)廠家有美國的Q-Panel公司和Singleton公司及日本的SUGA公司等。
但是就一般情況而言,各種材料的使用環(huán)境條件并非是單一腐蝕因子的作用,而 是多因素的聯(lián)合作用。以大氣腐蝕為例,腐蝕不僅受材料表面水膜中的電化學腐蝕過 程控制,同時還受大氣中氣體污染物(如S02、 NOx、 C02)和空氣中的粉塵(如煙塵 粒子、鹽粒子等)等綜合影響。此外,日照時間、風速、降雨量等自然因素也影響水 膜狀態(tài),因而對大氣腐蝕也有一定的影響。因此,為更加客觀準確地評價材料的腐蝕 性能,實驗室模擬/加速腐蝕設備應向多因素、多功能、多用途等方向發(fā)展。
所以上述4項專利發(fā)明及商業(yè)化產(chǎn)品的缺點是均只能單一的進行一種方式或條件 下的模擬/加速腐蝕實驗,難以用于評價多因素條件對材料腐蝕行為的影響。如鹽霧腐 蝕實驗箱通過壓縮空氣霧化一定濃度的鹽水,模擬材料在氯離子沉積環(huán)境條件下(如海濱或海洋環(huán)境)的腐蝕行為;恒溫恒濕腐蝕實驗箱通過對箱體內(nèi)的溫度及濕度的綜 合調(diào)控,模擬高溫高濕腐蝕環(huán)境;周期浸潤腐蝕實驗箱采用一定濃度的NaHS03溶液, 通過調(diào)節(jié)箱體內(nèi)溫度與濕度,并利用紅外燈烘烤,模擬戶外大氣環(huán)境中干濕交替的腐 蝕行為。fe此可見,為了實現(xiàn)不同環(huán)境條件腐蝕狀況的評價,往往需要采用不同的實 驗設備或裝置。
公開號為CN2716831,
公開日為2005年08月10日的國內(nèi)專利一種多功能鹽霧 腐蝕實驗箱與本實用新型較為類似,其提供了一種與疲勞試驗機配套進行腐蝕疲勞實 驗的小型裝置,可用以實現(xiàn)鹽霧、溫度及濕度等多種腐蝕環(huán)境因素作用下的疲勞實驗 等。但該發(fā)明專利僅為疲勞試驗機的配套裝置,僅能實現(xiàn)兩種模擬腐蝕實驗功能,且 試樣和設備只針對疲勞性能測試,不具有通用性。
發(fā)明內(nèi)容
為解決己有設備存在的上述問題,使一種設備同時具有進行常見腐蝕環(huán)境下的各 種腐蝕評價試驗功能,本實用新型提供了一種多功能環(huán)境控制實驗室加速腐蝕實驗箱。 通過實驗參數(shù)控制及配備的輔助裝置可實現(xiàn)多功能化,即利用本實用新型裝置可實現(xiàn) 干濕交替(循環(huán)周浸)、恒溫恒濕、不同腐蝕性氣體環(huán)境控制及模擬海水浸泡和沖刷等 單一或組合試驗,具有一機多能,可同時進行多因素復雜腐蝕環(huán)境條件下的模擬/加速 腐蝕實驗。
本實用新型為了實現(xiàn)干濕交替(循環(huán)周浸)、恒溫恒濕、不同腐蝕性氣體環(huán)境控制 及模擬海水浸泡和沖刷等各項功能,具體如下
本實用新型裝置主要部分(部件)的技術(shù)特征如下
一種多功能環(huán)境控制加速腐蝕實驗箱,包括主工作箱及下箱體兩部分組成,其特 征是-
所述的主工作箱為三層結(jié)構(gòu),其下層部分為一帶有水浴加熱器的大型恒溫水浴槽, 為精確調(diào)節(jié)主工作箱內(nèi)濕度,在主工作箱的箱體外部設置了增濕裝置;主工作箱中層 部分為一試樣架,試樣懸掛在試樣架上;在主工作箱的箱體內(nèi)壁設置有遠紅外加熱傳 感系統(tǒng)、進/排氣系統(tǒng)和排濕系統(tǒng);主工作箱上層結(jié)構(gòu)為與試樣架相連接的設置在箱體 外的驅(qū)動裝置。
所述的下箱體的側(cè)面為主控制面板;下箱體上還設置了恒溫水浴控制系統(tǒng);下箱 體下端設置了固定式支座。
優(yōu)選的是所述的水浴加熱器其內(nèi)盛有恒溫水浴介質(zhì)(通常為水,當試驗溫度接近IOO'C時,可采用甘油,以避免介質(zhì)的高速蒸發(fā)),水浴加熱器底部設有隔板,隔板上
部放置模擬溶液槽,其內(nèi)部裝有模擬工作溶液。
優(yōu)選的是所述的試樣架具體結(jié)構(gòu)為試樣架上打有連接桿固定孔,該試樣架通過固 定螺栓與連接桿固定連接,在試樣架上規(guī)則分布有試樣懸掛孔,試樣固定吊鉤固定鉤 掛在兩個試樣懸掛孔上,試樣則安裝在試樣固定吊鉤上。
優(yōu)選的是所述的試樣架可為方形或圓形試樣架。
優(yōu)選的是所述的遠紅外加熱傳感系統(tǒng)由裝有聚焦隔熱燈罩的遠紅外烘烤加熱燈、 頂端纏有氣象紗布且該氣象紗布浸潤在濕球水盒內(nèi)的濕度傳感器和溫度傳感器所組 成,遠紅外烘烤加熱燈用于加熱箱體工作室并烘烤干燥試樣,為避免局部過熱效應并 提高烘烤加熱效果,遠紅外烘烤加熱燈裝有聚焦隔熱燈罩。
優(yōu)選的是所述的進/排氣系統(tǒng)和排濕系統(tǒng)具體為在主工作箱一側(cè)箱體上設置的供
工作氣體引入主工作箱內(nèi)的SCb進氣口、 NOx進氣口、在主工作箱上部的氣體排出口 和通風排濕孔,當需要在環(huán)境中引入其他腐蝕性氣體時,也可經(jīng)這兩個進氣口通入。 尾氣經(jīng)氣體排出口排出工作箱并進入尾氣處理裝置進行無害化處理。
優(yōu)選的是所述的與試樣架相連接的設置在箱體外的驅(qū)動裝置具體結(jié)構(gòu)為試樣架通 過連接桿和垂直電機相連,通過垂直電機的作用使試樣旋轉(zhuǎn),垂直電機再通過換向齒 輪箱和導桿與水平電機相連,可使試樣架按一定的周期上下移動,導桿下端固定于垂 直電機上,水平電機則固定于電機支座上,連接桿與主工作箱之間還設置了密封軸套, 起減少摩擦作用的同時也起密封作用。
優(yōu)選的是所述的下箱體的側(cè)面主控制面板具體由垂直電機控制系統(tǒng)、水平電機控 制系統(tǒng)和溫度及濕度控制開關(guān)所組成。
優(yōu)選的是所述的下箱體恒溫水浴控制系統(tǒng)主要由數(shù)字調(diào)諧器、溫度數(shù)顯儀和水浴 溫度控制開關(guān)組成。
通過各項試驗參數(shù)的調(diào)整與組合,本裝置可控環(huán)境參數(shù)范圍如下
(1) 水浴(工作溶液溫度)室溫—IOO'C;
(2) 工作箱環(huán)境溫度室溫一95土rC;
(3) 工作箱環(huán)境相對濕度RH30—98%;
(4) 試樣浸入溶液控制時間0—99min或h;
(5) 試樣在箱體環(huán)境停留控制時間0—99min或h;
(6) 試樣烘烤溫度范圍60—8(htrC;(7) 試樣沖刷腐蝕旋轉(zhuǎn)線速度0—15m/s;
(8) 腐蝕氣體濃度(體積百分比)5X10—6—95%;
(9) 腐蝕氣體流量0—100ml/min 。
本實用新型具有如下有益效果
本實用新型結(jié)構(gòu)簡單,制造成本低廉,通用性強,工作穩(wěn)定,實驗參數(shù)控制精確。 通過實驗參數(shù)和過程調(diào)整,并配合相應的輔助裝置,在本實用新型上可進行多種實驗 室模擬腐蝕實驗及加速腐蝕實驗,如干濕交替(循環(huán)周浸)、恒溫恒濕、不同腐蝕性氣
體(S02和/或N0x及其他氣體)環(huán)境控制及模擬海水浸泡和沖刷等單一或組合試驗, 特別適合于中小型加速腐蝕實驗室的建設。
圖1為本實用新型的主體結(jié)構(gòu)示意圖; 圖2為可選圓形試樣架附件結(jié)構(gòu)示意圖3為本實用新型實施例試樣在40°C3.5%NaCl中的沖刷腐蝕的失重一時間關(guān)系 曲線示意圖中1-主控制面板,2-溫度及,度控制開關(guān),3-垂直電機控制系統(tǒng),4-水平電機 控制系統(tǒng),5-主工作箱,6-遠紅外烘烤加熱燈,7-聚焦隔熱燈罩,8-濕球水盒,9-氣象 紗布,10-濕度傳感器,11-溫度傳感器,12-氣體排出口, 13-密封軸套,14-連接桿, 15-垂直電機,16-換向齒輪箱,17-導桿,18-水平電機,19-電機支座,20-通風排濕孔, 21-固定螺栓,22-試樣懸掛孔,23-方形試樣架,24-試樣,25-試樣固定吊鉤,26-S02 進氣口, 27-NOx進氣口, 28-模擬溶液槽,29-模擬工作溶液,30-大型恒溫水浴槽,31-恒溫水浴介質(zhì),32-增濕裝置,33-隔板,34-水浴加熱器,35-數(shù)字調(diào)諧器,36-下箱體, 37-固定式支座,38-溫度數(shù)顯儀,39-水浴溫度控制開關(guān),40-連接桿固定孔,41-圓形 試樣架。
具體實施內(nèi)容
為了顯示本裝置的各項功能和實用效果,下面給出通過該裝置進行的周期浸潤腐
蝕實驗、海水沖刷腐蝕實驗和濕熱腐蝕實驗的實施例 實施例l一耐候鋼的周期浸潤腐蝕實驗
周期浸潤腐蝕實驗是評價耐候鋼耐大氣腐蝕性能的主要手段,本裝置實現(xiàn)周期浸
潤腐蝕實驗的工作原理為試樣架23與位于主工作箱5上面的水平電機18相連,通過時間繼電器、上下限位控制開關(guān),實現(xiàn)試樣24在一定的行程范圍內(nèi)按設定的周期上 下循環(huán)運動,以使試樣周期性浸入和離開模擬工作溶液29,遠紅外加熱燈6可以加熱 并烘烤試樣24,從而達到干/濕周期交替加速腐蝕的目的(此時模擬工作溶液29選 用特定濃度的NaHS03溶液)。
樣品選用B480NQR型熱軋耐候鋼,其化學成分為C: 0.0873, Si: 0.287, Mn: 0.420, P: 0.09, S: 0.0044, Cr: 0.66, Ni: 0.23, Al: 0.074, Cu: 0.31。實驗方法參 照TB/T2375—93標準。
具體操作過程如下
(1) 配制0.01M NaHS03溶液,加入模擬溶液槽28至規(guī)定刻度,掛置樣品,關(guān) 閉試驗箱門。
(2) 開啟控制面板電源開關(guān),干球和濕球溫度分別設定為45。C和4rC。
(3) 設定恒溫水浴溫度為45°C,按下水浴溫度控制開關(guān),啟動恒溫水浴加熱系統(tǒng)。
(4) 啟動時間繼電器、上下限位控制開關(guān),設定試樣溶液中浸15min,干燥45min, 運行8h后保持在干燥的條件下16h,總計24h為一個周期周期。
(5) 啟動遠紅外燈開關(guān),調(diào)節(jié)其供電電壓,使試樣表面烘烤最高溫度達70°C 。
(6) 啟動增濕裝置32。
實驗總時間為35d,實驗過程中試樣的宏觀形貌變化結(jié)合銹層物質(zhì)的特性可推知, 在周浸試驗72h的腐蝕初期,主要生成無保護性的橙黃色的Y-FeOOH,隨后隨腐蝕進 行,在162h左右開始逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楹稚腶-FeOOH,在630h左右表面銹層逐漸穩(wěn)定, 呈褐色,對基材起到保護作用。
該實驗的溶液和參數(shù)完全按相關(guān)標準確定,達到了循環(huán)周浸腐蝕評價的要求。 實施例2—20#鋼鍍鋅、鍍鋁涂層的模擬流動海水沖刷腐蝕實驗
利用本裝置實現(xiàn)流動海水沖刷腐蝕實驗的工作原理為采用圓形試樣架41并安裝
完畢試樣后,可先通過水平電機18使導桿17向下移動,將試樣浸入模擬溶液槽28 中的模擬工作溶液29,隨后啟動垂直電機15,利用其具有的調(diào)頻功能實現(xiàn)試樣按設定 的線速度在模擬工作溶液29中旋轉(zhuǎn)運動,從而模擬具有不同流速的介質(zhì)對試樣的流動 沖刷腐蝕行為。
樣品選用20#鋼及鍍鋅、鍍鋁20#鋼,實驗介質(zhì)選用3.5e/。NaCl溶液,實驗時間設 定為100h。實驗的具體過程如下
(1)配制3.5MNaCl溶液,加入模擬溶液槽28至規(guī)定刻度,掛置樣品,關(guān)閉試驗箱門。
(2) 安裝圓形試樣架41于連接桿14上,并將待測試樣安放于試樣架41上。
(3) 根據(jù)實際的工況設定試樣中心的線速度為lm/s。根據(jù)v-"w (v為試樣旋 轉(zhuǎn)線速度;co為圓盤轉(zhuǎn)動角頻率;r為試樣中心到圓盤中心的距離)計算,
設定垂直電機15的轉(zhuǎn)速co。
(4) 設定恒溫水浴溫度為40°C,開啟水浴溫度控制開關(guān),啟動恒溫水浴加熱系統(tǒng)。
(5) 通過水平電機18使導桿17下移,將試樣浸入模擬溶液中。
(6) 停止水平電機18,啟動垂直電機15,調(diào)節(jié)至所需的頻率,使試樣在腐蝕介 質(zhì)中按一定的線速度旋轉(zhuǎn)運動,模擬流動介質(zhì)對試樣的沖刷腐蝕行為,并開始記錄時 間。
圖3為試樣在40°C3.5%NaCl中的沖刷腐蝕的失重一時間關(guān)系曲線。從圖中可以 看出,鍍鋅20#鋼管的略有失重,其失重一時間關(guān)系曲線基本為一條直線;20#鋼失重 嚴重,其失重一時間關(guān)系曲線為一條折線,在40A內(nèi)為一直線,40/z后直線斜率變??; 鍍鋁20#鋼失重較大,超過了20#鋼。IOOA后,實驗測定的三種試樣的腐蝕失重速度 分別為—0.14281 g/m2 '/z, — 1.55736g/m2 '/7和一0.7795lg/m2 折算成年腐蝕速率 分別為—0.17538 mm/a, 一5.05277 mm/a, 一0.86987 m附/a。
可見,利用本裝置的模擬流動沖刷腐蝕行為功能可定量評價鋼板及其涂層的耐蝕 性能,根據(jù)所得實驗結(jié)果可以調(diào)整并篩選涂層工藝,獲得具有最佳耐蝕性能的涂層體 系。
實施例3 —熱軋帶鋼的恒溫恒濕腐蝕實驗
利用本裝置實現(xiàn)恒溫恒濕加速腐蝕實驗的工作原理為位于加熱主工作箱5內(nèi)的
遠紅外加熱燈6的工作電壓可根據(jù)實驗需要進行調(diào)節(jié),從而使其輸出功率可控,實現(xiàn) 不同的加熱烘烤效果。另外,本實用新型配備增濕裝置32,通過控制面板l上的控制 開關(guān)采用干濕球控溫控濕技術(shù),可精確調(diào)節(jié)主工作箱5內(nèi)的溫度及濕度,使主工作箱 5內(nèi)的溫度及濕度達到實驗設定要求。
以SS400熱軋帶鋼為例,沿板寬方向連續(xù)取樣,在恒溫恒濕(45°C, 75%RH)的 條件下進行了 10min的模擬加速銹蝕試驗,通過銹蝕程度考察樣品表面氧化皮保護性 的差異。
本實驗的具體操作過程如下 (1)開啟控制面板電源開關(guān),干球和濕球溫度分別設定為45"C和4rC。(3) 設定恒溫水浴溫度為45°C,按下水浴溫度控制開關(guān),啟動恒溫水浴加熱系統(tǒng)。
(4) 啟動遠紅外燈開關(guān),調(diào)節(jié)其供電電壓,利用遠紅外燈加熱主工作箱5,使其 內(nèi)的溫度恒定至45'C。
(5) 啟動增濕裝置32,進行濕度及溫度可控的恒溫恒濕加速腐蝕實驗。 10min后取出樣品,觀察試樣銹蝕宏觀表面形貌。
結(jié)果表明熱軋帶鋼表面沿板寬方向的腐蝕行為明顯不同,其原因是鋼巻冷卻過 程中,鋼巻芯部及邊部的冷卻速率和供氧量存在差異,導致沿板寬方向鋼板表面四次 氧化皮的結(jié)構(gòu)和組成不同,因而導致了耐蝕性能的不同。
本實用新型結(jié)構(gòu)簡單,制造成本低廉,通用性強,工作穩(wěn)定,實驗參數(shù)控制精確。 通過實驗參數(shù)和過程調(diào)整,并配合相應的輔助裝置,在本實用新型上可進行多種實驗 室模擬腐蝕實驗及加速腐蝕實驗,如干濕交替(循環(huán)周浸)、恒溫恒濕、不同腐蝕性氣 體(S02和/或NOx及其他氣體)環(huán)境控制及模擬海水浸泡和沖刷等單一或組合試驗, 特別適合于中小型加速腐蝕實驗室的建設。
本實用新型可廣泛應用于測試材料的耐氣候,耐腐蝕,或耐光照性能的電化學測 量領(lǐng)域。
權(quán)利要求1. 一種多功能環(huán)境控制加速腐蝕實驗箱,包括主工作箱(5)及下箱體(36)兩部分組成,其特征是所述的主工作箱(5)為三層結(jié)構(gòu),其下層部分為一帶有水浴加熱器(34)的大型恒溫水浴槽(30),在主工作箱的箱體外部設置增濕裝置(32);主工作箱中層部分為一試樣架(23),試樣(24)懸掛在試樣架上;在主工作箱的箱體內(nèi)壁設置有遠紅外加熱傳感系統(tǒng)、進/排氣系統(tǒng)和排濕系統(tǒng);主工作箱上層為與試樣架相連接的設置在箱體外的驅(qū)動裝置;所述下箱體(36)的側(cè)面設置主控制面板(1);下箱體上還設置有恒溫水浴控制系統(tǒng);下箱體下端設置固定式支座(37)。
2. 如權(quán)利要求1所述的多功能環(huán)境控制加速腐蝕實驗箱,其特征是所述的水浴加熱器 (34)內(nèi)盛有恒溫水浴介質(zhì)(31),水浴加熱器底部設有隔板(33),隔板上部放置模擬溶液槽(28),其內(nèi)部裝有模擬工作溶液(29)。
3. 如權(quán)利要求1所述的多功能環(huán)境控制加速腐蝕實驗箱,其特征是所述的試樣架(23) 上打有連接桿固定孔(40),該試樣架通過固定螺栓(21)與連接桿(14)固定連接,在試樣 架上規(guī)則分布有試樣懸掛孔(22),試樣固定吊鉤(25)固定鉤掛在兩個試樣懸掛孔上,試樣(24)則安裝在試樣固定吊鉤上。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種多功能環(huán)境控制加速腐蝕實驗箱,其特征是所述的試樣架可 為方形或圓形試樣架(41)。
5. 如權(quán)利要求1所述的多功能環(huán)境控制加速腐蝕實驗箱,其特征是所述的遠紅外加熱傳 感系統(tǒng)由裝有聚焦隔熱燈罩(7)的遠紅外烘烤加熱燈(6)、頂端纏有氣象紗布(9)且該氣 象紗布浸潤在濕球水盒(8)內(nèi)的濕度傳感器(10)和溫度傳感器(11)所組成。
6. 如權(quán)利要求1所述的多功能環(huán)境控制加速腐蝕實驗箱,其特征是所述的進/排氣系統(tǒng)和 排濕系統(tǒng)具體為在主工作箱一側(cè)箱體上設置的供工作氣體引入主工作箱內(nèi)的S02進氣口(26)、 NOx進氣口 (27)、在主工作箱上部的氣體排出口 (12)和通風排濕孔(20)。
7. 如權(quán)利要求1所述的多功能環(huán)境控制加速腐蝕實驗箱,其特征是所述的驅(qū)動裝置具體 結(jié)構(gòu)為試樣架通過連接桿(14)和垂直電機(15)相連接,垂直電機再通過換向齒輪箱(16) 和導桿(17)與水平電機(18)相連,導桿下端固定于垂直電機上,水平電機則固定于電機 支座(19)上,連接桿與主工作箱之間還設置了密封軸套(13)。
8. 如權(quán)利要求1所述的多功能環(huán)境控制加速腐蝕實驗箱,其特征是所述下箱體的側(cè)面主控制面板(1)具體由垂直電機控制系統(tǒng)(3)、水平電機控制系統(tǒng)(4)和溫度及濕度控制開 關(guān)(2)所組成。
9.如權(quán)利要求1所述的一種多功能環(huán)境控制加速腐蝕實驗箱,其特征是所述的下箱體恒 溫水浴控制系統(tǒng)主要由數(shù)字調(diào)諧器(35)、溫度數(shù)顯儀(38)和水浴溫度控制開關(guān)(39)組成。
專利摘要一種多功能環(huán)境控制加速腐蝕實驗箱,屬于模擬環(huán)境腐蝕試驗裝置領(lǐng)域。包括主工作箱及下箱體兩部分組成,主工作箱分為由電機驅(qū)動層、試樣架及遠紅外控溫系統(tǒng)層和大型恒溫水浴槽層(可盛有恒溫水浴介質(zhì))構(gòu)成,下箱體主要由各種監(jiān)控儀器組成;本實用新型可進行多種實驗室模擬腐蝕實驗及加速腐蝕實驗,如干濕交替(循環(huán)周浸)、恒溫恒濕、不同腐蝕性氣體(SO<sub>2</sub>和/或NO<sub>x</sub>及其他氣體)環(huán)境控制及模擬海水浸泡和沖刷等單一或組合試驗,特別適合于中小型加速腐蝕實驗室的建設。
文檔編號G01N17/00GK201130145SQ20072007673
公開日2008年10月8日 申請日期2007年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月29日
發(fā)明者煒 王, 錢余海, 齊慧濱 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司