金属及金属防护涂层的周期浸泡加速腐蚀试验系统及应用

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金属及金属防护涂层的周期浸泡加速腐蚀试验系统及应用\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种金属材料及金属防护涂层的周期浸泡加速腐蚀试验系统及应用，主要用于金属及金属防护涂层的加速腐蚀试验，明显提升了试验效率，缩短了金属及防护涂层的评价周期，属于金属的腐蚀与防护领域。\n背景技术\n[0002] 金属材料的应用与我们的生活密不可分。为了正确的评价某种金属、合金及其金属防护涂层的耐蚀性，腐蚀试验方法的选择是一个很重要的问题。众所周知，对某种金属及金属防护涂层的评价需要相当长的一段时间。如何才能提高效率，在较短的时间内快速、准确的对某种金属及金属防护涂层做出评价，引起人们的关注。加速腐蚀试验方法就是一个很好的选择。\n[0003] 目前，已有的加速腐蚀试验设备操作较为繁琐，成本较高，而且存在空气加热温度不均，温度检测系统不精，设备自身耐蚀性较差，腐蚀介质溶液无加热及测温系统等诸多缺陷。这些问题的存在导致了对金属及金属防护涂层腐蚀评价的准确性。\n发明内容\n[0004] 本发明的目的是提供一种结构简单、成本低廉、性能可靠、使用寿命长的金属材料及金属防护涂层的周期浸泡加速腐蚀试验系统，能够在较短的时间内对金属及金属防护涂层的耐蚀性做出评价。\n[0005] 本发明的技术方案是：\n[0006] 一种金属及金属防护涂层的周期浸泡加速腐蚀试验系统，该系统包括：工作槽、储液槽，在工作槽中设有轴流风扇、红外加热灯、红外加热灯挂具、温度传感器Ⅰ、试样、试样架和双浮球液位传感器开关，在储液槽中有温度传感器Ⅱ、加热器；在工作槽和储液槽外部，设有电气控制系统、化工泵、进液管道，以及漏液管道和球阀，其具体结构如下：\n[0007] 轴流风扇设置于工作槽的上盖底部，红外加热灯通过红外加热灯挂具设置于工作槽中的轴流风扇下方，试样架和安装于试样架的试样设置于工作槽中的下部，工作槽的底部安装漏液管道，工作槽底部通过漏液管道与其下方的储液槽相通，在漏液管道设置球阀，工作槽的侧面上部与进液管道的进液口相通，工作槽侧面通过进液管道与储液槽的侧面下部相通，在进液管道上设置化工泵；\n[0008] 工作槽中的内侧面安装温度传感器Ⅰ、双浮球液位传感器开关，温度传感器Ⅰ、双浮球液位传感器开关位于工作槽内侧面的中部；储液槽中设置加热器，储液槽中的内侧面安装温度传感器Ⅱ，温度传感器Ⅱ位于储液槽内侧面的中部。\n[0009] 所述的金属及金属防护涂层的周期浸泡加速腐蚀试验系统，电气控制系统的输出端分别连接：轴流风扇、红外加热灯、化工泵、加热器，电气控制系统的输入端分别连接：温度传感器Ⅰ、温度传感器Ⅱ、双浮球液位传感器开关；电气控制系统控制整套系统的启停，电气控制系统分别控制工作槽中的轴流风扇、红外加热灯、温度传感器Ⅰ和双浮球液位传感器开关，以及储液槽中的温度传感器Ⅱ和加热器，以及外部的化工泵。\n[0010] 所述的金属及金属防护涂层的周期浸泡加速腐蚀试验系统，工作槽和储液槽均采用厚度为8～12mm耐温且防腐的PVC材料，且由外部的化工泵、进液管道、漏液管道和球阀连接成为一个溶液循环系统；进液口的溶液流量由化工泵控制，漏液管道的流量由球阀控制，二者相互协调，确保在规定时间内使溶液的液位到达双浮球液位传感器开关的高浮子处。\n[0011] 所述的金属及金属防护涂层的周期浸泡加速腐蚀试验系统，工作槽的底部自四周向中间有3～6°的倾斜，使溶液能够较快的流回储液槽。\n[0012] 所述的金属及金属防护涂层的周期浸泡加速腐蚀试验系统，温度传感器Ⅰ、温度传感器Ⅱ、加热器均采用耐蚀性较好的钛合金材质，显著提高使用寿命，并且性能可靠；其中，温度传感器Ⅰ检测红外加热灯提供给工作槽的空气温度，温度传感器Ⅱ检测加热器提供给储液槽的溶液温度。\n[0013] 所述的金属及金属防护涂层的周期浸泡加速腐蚀试验系统，双浮球液位传感器开关采用耐温防腐的PVC材质，准确控制液位，并减小腐蚀溶液对其影响。\n[0014] 所述的金属及金属防护涂层的周期浸泡加速腐蚀试验系统，工作槽中轴流风扇与红外加热灯相距5～10cm，防止空气加热不均；双浮球液位传感器开关与试样上部相距3～\n6cm，准确检测液位，确保试样的完全浸入。\n[0015] 所述的金属及金属防护涂层的周期浸泡加速腐蚀试验系统，试样架采用直径为8～12mm的防腐性能好、强度高的尼龙棒，并且试样之间用直径为10～30mm的PVC套管隔开，防止除金属材料及防护涂层的自身腐蚀之外的其他腐蚀因素的影响。\n[0016] 所述的金属及金属防护涂层的周期浸泡加速腐蚀试验系统的应用，该系统的使用方法如下：\n[0017] 使用时，共分为两个阶段，一是浸泡阶段，另一个是干燥阶段；试验开始时，电气控制系统控制储液槽中的加热器开始工作，温度传感器Ⅱ检测溶液温度，待溶液加热到预设温度时，加热器停止加热；当温度传感器Ⅱ检测溶液温度低于预设值时，电气控制系统会再次控制加热器开始工作，如此往复；而后进入浸泡阶段：化工泵在储液槽中抽取溶液注入到工作槽中，进液口的溶液流量由化工泵控制，漏液管道的流量由球阀控制，二者相互协调，确保在规定时间内使溶液到双浮球液位传感器开关的高浮子处，当液位到达双浮球液位传感器开关的高浮子时，化工泵停止工作；由于漏液管道一直在渗漏，所以工作槽中的液位会下降，待液位低于双浮球液位传感器开关的低浮子时，化工泵开始工作，如此往复；\n[0018] 当试样被浸泡到规定时间后，浸泡阶段结束；干燥阶段随之开始：待工作槽中的溶液渗漏完全之后，红外加热灯与轴流风扇开始工作，直至温度传感器Ⅰ检测到工作槽中的空气温度达到预设值时，红外加热灯与轴流风扇停止工作，待工作槽中的空气温度低于预设值时，红外加热灯与轴流风扇再开始工作，如此往复；当试样被干燥到规定时间后，干燥阶段结束，浸泡阶段再重新开始。\n[0019] 所述的金属及金属防护涂层的周期浸泡加速腐蚀试验系统的应用，电气控制系统包括循环泵、水加热部分、气加热部分、PLC和传感器，循环泵、水加热部分、气加热部分和PLC电源均从室内三相/两相电取得，传感器电源通过开关电源取得；\n[0020] 试验开始时，PLC输出信号使水加热部分开始工作，PLC通过温度传感器实时检测水的温度，待水温加热到预设温度时，PLC自动停止水加热；上述过程完成后PLC控制循环泵运行，并通过两个液位传感器实时检测水面的高液位和低液位位置，待水位到达高液位时，PLC检测到高低液位传感器的常开触点均闭合，PLC自动停止循环泵运行；当水位低于低液位时，PLC检测到高低液位传感器的常开触点均断开，PLC自动重新启动泵运行，如此往复；\n[0021] 待上述过程完成后，水加热和泵自动停止工作；PLC自动启动空气加热开始工作，在空气加热1-10分钟后，PLC自动启动风扇工作；PLC通过温度传感器实时检测空气温度，待空气加热到预设温度时，PLC自动停止空气加热；在预设的空气加热时间内，如果当前空气温度小于设定的启动加热温度，则PLC自动启动空气加热，如果当前空气温度大于设定的启动加热温度时，PLC自动停止空气加热，如此往复；当此过程运行至系统空气加热段的设定时间后，PLC自动停止空气加热和风扇运行；\n[0022] 以上所有过程完成预设循环次数后，或者期间的某个过程出现错误，系统故障指示灯亮且PLC自动停止整个系统。\n[0023] 本发明的优点和有益效果是：\n[0024] 1、本发明结构简单，拆卸与维护方便，且成本低廉。\n[0025] 2、本发明工作槽中的红外加热灯与轴流风扇配合工作，在工作槽中能产生热空气的对流，改善空气加热局部温度过高的问题。\n[0026] 3、本发明储液槽中加热器将腐蚀介质加热，能够根据实验要求设定所需温度，改善了腐蚀介质不能加热的问题。\n[0027] 4、本发明储液槽与工作槽采用分体式设计，便于储液槽更换或补加腐蚀介质。\n[0028] 5、本发明整套系统均是由耐蚀性能较好的材质制成，性能可靠，大大提高了使用寿命。\n[0029] 6、本发明能够在同一时间、同一腐蚀介质内对多种样片进行腐蚀加速实验，能够在较短的时间内对金属及防护涂层的耐蚀性做出准确评价，显著提高试验效率。\n附图说明\n[0030] 图1为本发明的结构示意图。\n[0031] 图中附图标记：1电气控制系统；2工作槽；3轴流风扇；4红外加热灯；5红外加热灯挂具；6进液口；7温度传感器Ⅰ；8进液管道；9温度传感器Ⅱ；10化工泵；11球阀；12漏液管道；\n13加热器；14储液槽；15试样架；16试样；17双浮球液位传感器开关。\n[0032] 图2-图3为本发明的电气控制系统电路原理图。其中，图2为电源部分；图3为PLC控制部分。\n[0033] 图4为采用本发明最大点蚀深度与时间关系曲线。\n[0034] 图5为采用本发明平均点蚀数与时间关系曲线。\n具体实施方式\n[0035] 下面结合附图对本发明的实施方式做进一步说明。\n[0036] 如图1所示，本发明金属材料及金属防护涂层的周期浸泡加速腐蚀试验系统的结构主要包括：电气控制系统1、工作槽2、轴流风扇3、红外加热灯4、红外加热灯挂具5、进液口\n6、温度传感器Ⅰ7、进液管道8、温度传感器Ⅱ9、化工泵10、球阀11、漏液管道12、加热器13、储液槽14、试样架15、试样16、双浮球液位传感器开关17等，在工作槽2中设有轴流风扇3、红外加热灯4、红外加热灯挂具5、温度传感器Ⅰ7、试样16、试样架15和双浮球液位传感器开关17，在储液槽14中有温度传感器Ⅱ9、加热器13。在工作槽2和储液槽14外部，设有电气控制系统\n1、化工泵10、进液管道8，以及漏液管道12和球阀11。其具体结构如下：\n[0037] 轴流风扇3设置于工作槽2的上盖底部，红外加热灯4通过红外加热灯挂具5设置于工作槽2中的轴流风扇3下方，试样架15和安装于试样架15的试样16设置于工作槽2中的下部，工作槽2的底部安装漏液管道12，工作槽2底部通过漏液管道12与其下方的储液槽14相通，在漏液管道12设置球阀11，工作槽2的侧面上部与进液管道8的进液口6相通，工作槽2侧面通过进液管道8与储液槽14的侧面下部相通，在进液管道8上设置化工泵10。\n[0038] 工作槽2中的内侧面安装温度传感器Ⅰ7、双浮球液位传感器开关17，温度传感器Ⅰ\n7、双浮球液位传感器开关17位于工作槽2内侧面的中部。储液槽14中设置加热器13，储液槽\n14中的内侧面安装温度传感器Ⅱ9，温度传感器Ⅱ9位于储液槽14内侧面的中部。\n[0039] 电气控制系统1控制整套系统的启停，电气控制系统1分别控制：工作槽2中的轴流风扇3、红外加热灯4、温度传感器Ⅰ7和双浮球液位传感器开关17，以及储液槽14中的温度传感器Ⅱ9、加热器13，以及外部的化工泵10。电气控制系统1的输出端分别连接：轴流风扇3、红外加热灯4、化工泵10、加热器13，电气控制系统1的输入端分别连接：温度传感器Ⅰ7、温度传感器Ⅱ9、双浮球液位传感器开关17。采用电控系统能够实现试验的自动化控制，而且操作简便。\n[0040] 工作槽2和储液槽14均采用厚度为10mm耐温且防腐的PVC材料，且由外部的化工泵\n10、进液管道8、漏液管道12和球阀11连接成为一个溶液循环系统。进液口6的溶液流量由化工泵10控制，漏液管道12的流量由球阀11控制，二者相互协调，确保在规定时间内使溶液的液位到达双浮球液位传感器开关17的高浮子处。工作槽2的底部自四周向中间有5°的倾斜，使溶液能够较快的流回储液槽14，尽量减少溶液的损失。\n[0041] 温度传感器Ⅰ7、温度传感器Ⅱ9、加热器13均采用耐蚀性较好的钛合金材质，显著提高了使用寿命，并且性能可靠。其中温度传感器Ⅰ7检测红外加热灯4提供给工作槽2的空气温度，温度传感器Ⅱ9检测加热器13提供给储液槽14的溶液温度。双浮球液位传感器开关\n17采用耐温防腐的PVC材质，能够准确控制液位，并减小腐蚀溶液对其影响。\n[0042] 工作槽2中轴流风扇3与红外加热灯4相距8cm，解决空气加热不均的问题。双浮球液位传感器开关17与试样16上部相距5cm，准确检测液位，确保试样16的完全浸入。\n[0043] 试样架15采用直径为10mm的防腐性能好、强度高的尼龙棒，并且试样16之间用直径为20mm的PVC套管隔开，有效的防止了除金属材料及防护涂层的自身腐蚀之外的其他腐蚀因素的影响。\n[0044] 如图2-图3所示，本发明的电气控制系统原理如下：\n[0045] 如图2所示，电气控制系统包括循环泵、水加热部分、气加热部分、PLC和传感器等，循环泵、水加热部分、气加热部分和PLC电源均从室内三相/两相电取得，传感器电源通过开关电源取得。\n[0046] 如图3所示，试验开始时，PLC输出信号使水加热部分开始工作，PLC通过温度传感器实时检测水的温度，待水温加热到预设温度时，PLC自动停止水加热。上述过程完成后PLC控制循环泵运行，并通过两个液位传感器实时检测水面的高液位和低液位位置，待水位到达高液位时，PLC检测到高低液位传感器的常开触点均闭合，PLC自动停止循环泵运行；当水位低于低液位时，PLC检测到高低液位传感器的常开触点均断开，PLC自动重新启动泵运行，如此往复。\n[0047] 待上述过程完成后，水加热和泵自动停止工作。PLC自动启动空气加热开始工作，在空气加热1-10分钟后，PLC自动启动风扇工作。PLC通过温度传感器实时检测空气温度，待空气加热到预设温度时，PLC自动停止空气加热。在预设的空气加热时间内，如果当前空气温度小于设定的启动加热温度，则PLC自动启动空气加热，如果当前空气温度大于设定的启动加热温度时，PLC自动停止空气加热，如此往复。当此过程运行至系统空气加热段的设定时间后，PLC自动停止空气加热和风扇运行。\n[0048] 以上所有过程完成预设循环次数后，或者期间的某个过程出现错误，系统故障指示灯亮且PLC自动停止整个系统。\n[0049] 本发明的使用方法如下：\n[0050] 在本发明周期浸泡加速腐蚀试验系统使用时，共分为两个阶段，一是浸泡阶段，另一个是干燥阶段。试验开始时，电气控制系统1控制储液槽14中的加热器13开始工作，温度传感器Ⅱ9检测溶液温度，待溶液加热到预设温度时，加热器13停止加热。当温度传感器Ⅱ9检测溶液温度低于预设值时，电气控制系统1会再次控制加热器13开始工作，如此往复。而后进入浸泡阶段：化工泵10在储液槽14中抽取溶液注入到工作槽2中，进液口6的溶液流量由化工泵10控制，漏液管道12的流量由球阀11控制，二者相互协调，确保在规定时间内使溶液到双浮球液位传感器开关17的高浮子处，当液位到达双浮球液位传感器开关17的高浮子时，化工泵10停止工作。由于漏液管道12一直在渗漏，所以工作槽2中的液位会下降，待液位低于双浮球液位传感器开关17的低浮子时，化工泵10开始工作，如此往复。\n[0051] 当试样16被浸泡到规定时间后，浸泡阶段结束。干燥阶段随之开始：待工作槽2中的溶液渗漏完全之后，红外加热灯4与轴流风扇3开始工作，直至温度传感器Ⅰ7检测到工作槽2中的空气温度达到预设值时，红外加热灯4与轴流风扇3停止工作，待工作槽2中的空气温度低于预设值时，红外加热灯4与轴流风扇3再开始工作，如此往复。当试样16被干燥到规定时间后，干燥阶段结束。浸泡阶段再重新开始。\n[0052] 实施例：\n[0053] 选取两种铝合金5083和6061，每种铝合金平行样10片，样片规格：200mm×100mm×\n5mm，经SiC水砂纸逐级打磨至2000#，然后用机械抛光至无明显划痕，后用去离子水冲洗10分钟之后用，电吹风吹干表面的液滴残留。\n[0054] 将前处理完毕的试样装入试样架，放入试验槽中。腐蚀介质溶液采用3.5wt％NaCl溶液。\n[0055] 试验过程：通过PLC编程设定数据，腐蚀介质溶液温度30±2℃，样片浸泡时间10分钟，腐蚀介质渗漏时间2分钟，样片干燥时间48分钟，干燥温度55±2℃。样片开始干燥即空气加热开始1分钟后，风扇启动工作。试验开始时，PLC输出信号使水加热器开始工作即腐蚀介质溶液开始加热，PLC通过温度传感器实时检测腐蚀介质溶液的温度，待加热到30±2℃时，PLC自动停止腐蚀介质溶液加热。上述过程完成后PLC控制循环泵运行并通过两个液位传感器实时检测水面的高液位和低液位位置，待水位到达高液位时，PLC检测到高低液位传感器的常开触点均闭合，PLC自动停止循环泵运行；当水位低于低液位时，PLC检测到高低液位传感器的常开触点均断开，PLC自动重新启动泵运行，如此往复持续10分钟。\n[0056] 待上述过程完成后，PLC自动控制水加热和泵自动停止工作。然后腐蚀介质渗漏2分钟后，PLC自动启动空气加热开始工作即干燥阶段，在空气加热1分钟后，PLC自动启动风扇工作。PLC通过温度传感器实时检测空气温度，待空气加热到55±2℃时，PLC自动停止空气加热。在干燥阶段中，如果当前空气温度小于55±2℃，则PLC自动启动空气加热，如果当前空气温度大于55±2℃时，PLC自动停止空气加热，如此往复。当此过程运行至48分钟后，PLC自动停止空气加热和风扇运行。\n[0057] 以上为本实施例试验的一个循环，此次试验共运行2160小时。\n[0058] 试验数据参见：图4(最大点蚀深度与时间关系曲线)和图5(平均点蚀数与时间关系曲线)，试验结果：通过本实施例的试验数据可以明显的看出6061铝合金在3.5wt％NaCl腐蚀介质溶液中的最大点蚀深度和每平米的平均点蚀数明显大于5083铝合金。\n[0059] 实施例结果表明，本发明结构简单，成本低廉，性能可靠，使用寿命长，能够在较短的时间内对金属及防护涂层的耐蚀性做出评价，显著提高试验效率。