專利名稱：一種適用于測試材料腐蝕行為的深海環(huán)境模擬裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種用于進行材料腐蝕行為的深海環(huán)境模擬裝置。
背景技術(shù)：
深海蘊藏著極其豐富的自然資源，開發(fā)這些資源需要母船、水下作業(yè)機器人、深?？臻g站和深海運輸管線等深海儀器設(shè)備，諸多的設(shè)備在深海環(huán)境中服役會不可避免地遭遇腐蝕問題。材料在深海環(huán)境中的腐蝕研究工作主要分為兩類:一類是材料的深海掛片試驗，此類實驗西方國家在20世紀60年代就開始材料在深海環(huán)境腐蝕掛片研究，美國、挪威、英國、俄羅斯、印度等國在材料的實海腐蝕試驗方面的累積了一定的研究數(shù)據(jù)，但此類研究工作技術(shù)難度高，對資金的投入要求巨大，不能進行在線的腐蝕電化學(xué)測試；另外一類是簡單的環(huán)境參數(shù)模擬研究，如哈爾濱工程大學(xué)早期采用氣壓高壓釜進行材料腐蝕行為研究，中科院金屬研究所和北京科技大學(xué)也開展了類似研究工作。目前進行的研究工作裝置側(cè)重于利用高純氮氣對模擬深海環(huán)境的靜水壓力進行控制，對材料進行腐蝕實驗和腐蝕電化學(xué)數(shù)據(jù)的測量，真實的深海環(huán)境其實是一種海水由于重力作用產(chǎn)生的靜水壓力，故目前的實驗裝置由于使用氮氣加壓尚不能真實地模擬深海環(huán)境，且測試結(jié)果由于大量使用人工操作引入誤差，測試結(jié)果存在一定的差異，特別對需要長時間測試的諸如重防腐涂層一類的材料在模擬深海環(huán)境中的測試結(jié)果由于不能及時更換腐蝕介質(zhì)且需要研究人員長期值守導(dǎo)致對測試裝置試驗結(jié)果影響較大，有可能掩蓋材料腐蝕電化學(xué)數(shù)據(jù)的細微差別，故不能真實反映材料的腐蝕行為。因此，發(fā)明一種直接利用腐蝕介質(zhì)加壓提供靜水壓力、自動補液，同時能夠?qū)崿F(xiàn)模擬環(huán)境溫度、溶解氧含量、流速、PH值和鹽度等深海環(huán)境參數(shù)的計算機實時監(jiān)控和自動控制，能夠?qū)崿F(xiàn)長時間無人值守，盡可能真實地模擬深海腐蝕環(huán)境的深海環(huán)境模擬裝置變得十分必要。目前此類深海環(huán)境模擬裝置還沒有見諸報導(dǎo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能真實地模擬深海腐蝕環(huán)境，消除由于人為因素引入實驗數(shù)據(jù)的誤差，實現(xiàn)實驗過程中的長時間無人值守成的適用于測試材料腐蝕行為的深海環(huán)境模擬裝置。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:包括高壓釜、模擬深海環(huán)境的靜水壓力控制系統(tǒng)和模擬環(huán)境監(jiān)測控制系統(tǒng)；所述模擬深海環(huán)境的靜水壓力控制系統(tǒng)包括氮氣瓶、氧氣瓶、水箱、補液箱和液壓泵，水箱中存放人工海水通過水位傳感器器控制水泵自動控制開關(guān)、由水泵向補液箱中注入人工海水，氮氣瓶、氧氣瓶與補液箱相連，補液箱中安裝有溶解氧傳感器，液壓泵連接于補液箱與高壓釜之間將達到溶解氧含量要求的人工海水注入高壓釜釜腔中；所述模擬環(huán)境監(jiān)測控制系統(tǒng)包括復(fù)合傳感器、工作電極、參比電極、溫度控制裝置、單片機信號處理器和計算機，復(fù)合傳感器、工作電極和參比電極安裝于高壓釜頂蓋底部，溫度控制裝置與高壓釜外套相連，復(fù)合傳感器、溫度控制裝置與單片機信號處理器相連，單片機信號處理器與計算機相連，單片機信號處理器還與設(shè)置于補液箱上的氧氣與氮氣自動控制開關(guān)、溶解氧傳感器、水泵自動控制開關(guān)、水位傳感器以及液壓泵相連。本發(fā)明還可以包括:1、在高壓釜頂蓋上安裝無級變速電機，高壓釜釜腔內(nèi)部設(shè)置螺旋槳，無級變速電機與螺旋槳相連。2、所述復(fù)合傳感器為探測高壓釜釜腔中人工海水的溫度、靜水壓力、溶解氧含量、鹽度和流速的傳感器。3、高壓釜頂蓋底部安置多組貫穿高壓釜頂蓋的電極安裝套，所述工作電極、參比電極安裝在電極安裝套上。4、高壓釜釜蓋處設(shè)置第一壓力表和第二壓力表，高壓釜釜蓋上安裝有添加物加注□。為了盡可能真實地模擬深海腐蝕環(huán)境，消除由于人為因素引入實驗數(shù)據(jù)的誤差，實現(xiàn)實驗過程中的長時間無人值守成為可能。本發(fā)明提供了一種適用于測試材料腐蝕行為的深海環(huán)境模擬裝置，該深海環(huán)境模擬裝置利用人工海水液壓加壓，提供需要的靜水壓力，不僅能進行普通的材料腐蝕失重實驗、腐蝕電化學(xué)數(shù)據(jù)的采集，實現(xiàn)環(huán)境參數(shù)溫度、溶解氧含量、鹽度、PH值、靜水壓力、腐蝕介質(zhì)流速的有效控制，尤其還能夠在實驗數(shù)據(jù)的采集過程中實現(xiàn)環(huán)境參數(shù)的實時監(jiān)控、實驗裝置長時間工作無人值守，能夠長期穩(wěn)定的提供模擬深海環(huán)境，實現(xiàn)深海腐蝕模擬裝置盡可能真實模擬深海環(huán)境的特點。本發(fā)明高壓釜釜體所有零件采用鈦合金代替常用的不銹鋼進行加工制造，避免由于利用腐蝕介質(zhì)人工海水直接進行加壓獲得靜水壓力，高壓釜釜體和腐蝕介質(zhì)的直接接觸使常用的不銹鋼釜體腐蝕的情況發(fā)生，影響深海模擬裝置的有效使用。利用液壓泵直接加注腐蝕介質(zhì)，通過腐蝕介質(zhì)的加入提供所需的靜水壓力，代替原來的氮氣加壓，利用自動控制設(shè)備控制液壓泵工作時間控制靜水壓力。利用無級變速電動機為螺旋槳裝置提供一個可以控制的人工海水流速。利用與計算機連接的傳感器和自動控制部件為高壓釜中的人工海水提供溫度、溶解氧含量、PH值、靜水壓力、鹽度和流速的穩(wěn)定控制，實現(xiàn)深海環(huán)境模擬裝置的環(huán)境參數(shù)實時監(jiān)控、長時間工作無人值守、自動補液的有效使用。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的深海環(huán)境模擬裝置連續(xù)36小時工作溫度控制檢測結(jié)果。圖3a-圖3b為80個大氣壓力條件下除氧30分鐘后進行316L不銹鋼EIS測試結(jié)果，其中圖3a為Nyquist圖；圖3b為Bode圖。圖4a_圖4b為80個大氣壓力條件下進行316L不銹鋼EIS測試結(jié)果，其中圖4a為Nyquist圖；圖4b為Bode圖。圖5為80個大氣壓力條件下除氧30分鐘與未出氧條件下進行316L不銹鋼動電位極化曲線測試結(jié)果。
具體實施例方式結(jié)合圖1，水箱3中存放人工海水通過水位傳感器器7控制水泵自動控制開關(guān)9使水泵4及時向補液箱5中注入人工海水，高純氮氣瓶1、高純氧氣瓶2與補液箱5相連，通過溶解氧傳感器6控制氧氣與氮氣自動控制開關(guān)8使氮氣和氧氣通入補液箱，達到所需的溶解氧濃度；補液箱中的人工海水溶解氧含量達到設(shè)定要求時，液壓泵10開始工作，將達到溶解氧含量要求的人工海水注入高壓釜11釜腔中，高壓釜11頂蓋上安裝無級變速電機15，與之相連的螺旋槳13深入高壓釜釜腔內(nèi)部，為人工海水提供所需的流速，高壓釜11頂蓋底部放置復(fù)合傳感器12，探測高壓釜釜腔中人工海水的溫度、靜水壓力、溶解氧含量、鹽度和流速等環(huán)境參數(shù)，高壓釜11頂蓋底部安置有6組貫穿高壓釜11頂蓋電極安裝套14，用于安裝工作電極、參比電極和對電極進行腐蝕電化學(xué)數(shù)據(jù)的測試；釜蓋處設(shè)置第一壓力表16和第二壓力表17，用于對復(fù)合傳感器12做有效補充，高壓釜11釜蓋上安裝有添加物加注口 18，用于實現(xiàn)不間斷實驗進行，向人工海水中加注緩蝕劑和其它實驗物質(zhì)的要求，溫度控制裝置19與高壓釜外套相連，控制高壓釜11釜腔中人工海水溫度參數(shù)。氧氣與氮氣自動控制開關(guān)8、溶解氧傳感器6、水泵自動控制開關(guān)9、水位傳感器7、復(fù)合傳感器12、液壓泵10、無級變速電機15、溫度控制裝置19均與單片機信號處理器20相連，單片機信號處理器20與計算機21相連，實現(xiàn)計算機21對深海環(huán)境模擬裝置環(huán)境參數(shù)的自動控制和長時間無人值守穩(wěn)定工作。
權(quán)利要求
1.一種適用于測試材料腐蝕行為的深海環(huán)境模擬裝置，包括高壓釜、模擬深海環(huán)境的靜水壓力控制系統(tǒng)和模擬環(huán)境監(jiān)測控制系統(tǒng)，其特征是: 所述模擬深海環(huán)境的靜水壓力控制系統(tǒng)包括氮氣瓶、氧氣瓶、水箱、補液箱和液壓泵，水箱中存放人工海水通過水位傳感器器控制水泵自動控制開關(guān)、由水泵向補液箱中注入人工海水，氮氣瓶、氧氣瓶與補液箱相連，補液箱中安裝有溶解氧傳感器，液壓泵連接于補液箱與高壓釜之間將達到溶解氧含量要求的人工海水注入高壓釜釜腔中； 所述模擬環(huán)境監(jiān)測控制系統(tǒng)包括復(fù)合傳感器、工作電極、參比電極、溫度控制裝置、單片機信號處理器和計算機，復(fù)合傳感器、工作電極和參比電極安裝于高壓釜頂蓋底部，溫度控制裝置與高壓釜外套相連，復(fù)合傳感器、溫度控制裝置與單片機信號處理器相連，單片機信號處理器與計算機相連，單片機信號處理器還與設(shè)置于補液箱上的氧氣與氮氣自動控制開關(guān)、溶解氧傳感器、水泵自動控制開關(guān)、水位傳感器以及液壓泵相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于測試材料腐蝕行為的深海環(huán)境模擬裝置，其特征是:在高壓釜頂蓋上安裝無級變速電機，高壓釜釜腔內(nèi)部設(shè)置螺旋槳，無級變速電機與螺旋槳相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的適用于測試材料腐蝕行為的深海環(huán)境模擬裝置，其特征是:所述復(fù)合傳感器為探測高壓釜釜腔中人工海水的溫度、靜水壓力、溶解氧含量、鹽度和流速的傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的適用于測試材料腐蝕行為的深海環(huán)境模擬裝置，其特征是:高壓釜頂蓋底部安置多組貫穿高壓釜頂蓋的電極安裝套，所述工作電極、參比電極安裝在電極安裝套上。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的適用于測試材料腐蝕行為的深海環(huán)境模擬裝置，其特征是:高壓釜頂蓋底部安置多組貫穿高壓釜頂蓋的電極安裝套，所述工作電極、參比電極安裝在電極安裝套上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的適用于測試材料腐蝕行為的深海環(huán)境模擬裝置，其特征是:高壓釜釜蓋處設(shè)置第一壓力表和第二壓力表，高壓釜釜蓋上安裝有添加物加注口。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的適用于測試材料腐蝕行為的深海環(huán)境模擬裝置，其特征是:高壓釜釜蓋處設(shè)置第一壓力表和第二壓力表，高壓釜釜蓋上安裝有添加物加注口。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的適用于測試材料腐蝕行為的深海環(huán)境模擬裝置，其特征是:高壓釜釜蓋處設(shè)置第一壓力表和第二壓力表，高壓釜釜蓋上安裝有添加物加注口。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的適用于測試材料腐蝕行為的深海環(huán)境模擬裝置，其特征是:高壓釜釜蓋處設(shè)置第一壓力表和第二壓力表，高壓釜釜蓋上安裝有添加物加注口。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種適用于測試材料腐蝕行為的深海環(huán)境模擬裝置。包括高壓釜、模擬深海環(huán)境的靜水壓力控制系統(tǒng)和模擬環(huán)境監(jiān)測控制系統(tǒng)；模擬深海環(huán)境的靜水壓力控制系統(tǒng)包括氮氣瓶、氧氣瓶、水箱、補液箱和液壓泵，水箱中存放人工海水，由水泵向補液箱中注入人工海水，氮氣瓶、氧氣瓶與補液箱相連，液壓泵連接于補液箱與高壓釜之間將達到溶解氧含量要求的人工海水注入高壓釜中述模擬環(huán)境監(jiān)測控制系統(tǒng)包括復(fù)合傳感器、工作電極、參比電極、溫度控制裝置、單片機信號處理器和計算機。能夠模擬材料在深海環(huán)境下腐蝕介質(zhì)的靜水壓力、環(huán)境溫度、溶解氧含量、pH值、流速和鹽度等特征環(huán)境參數(shù)，用于材料在模擬深海環(huán)境中相關(guān)腐蝕電化學(xué)行為的測試工作。
文檔編號G01N17/02GK103196819SQ20131008816
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月19日
發(fā)明者邵亞薇, 張濤, 孟國哲, 劉斌, 王艷秋, 張穎君, 王福會 申請人:哈爾濱工程大學(xué)