本發明涉及沖刷腐蝕技術領域，具體涉及一種雙臂反向沖刷腐蝕試驗裝置。

背景技術：

沖刷腐蝕是金屬表面與腐蝕性介質之間由于相對運動與腐蝕作用而引起的金屬損壞或性能衰退的現象，是材料受沖刷和腐蝕交互作用的結果，廣泛存在于石油、化工、船舶等領域中的一種危害性較大的局部腐蝕。沖刷腐蝕是一個沖刷和腐蝕在溶液中同時存在，并伴隨復雜交互作用的過程，沖刷是固相顆粒沖擊材料表面導致材料去除或變形的力學過程，腐蝕是在材料表面發生化學或電化學反應導致材料去除的過程，根據主導機制的不同，沖刷腐蝕包含從腐蝕溶解到機械沖刷之間的所有內容。

目前研究沖刷腐蝕主要有實驗研究法和數值模擬法兩種方法。實驗研究法由于能夠直接在實驗室內模擬工藝條件，因此，是最早也是最有效的獲得材料沖刷腐蝕性能參數的方法；數值模擬法是一種借助計算流體力學軟件開展沖刷腐蝕數值模擬研究的方法，具有設備投入小、實驗成本低、實驗參數設置靈活等優點，近年來得到較大的發展。但同時，數值模擬法具有一些不可避免的問題，主要表現為數值模擬邊界條件的設定需要基于一定的假設、數值模擬中腐蝕與沖刷的計算均要基于一定的計算模型、隨時間累積的管壁腐蝕產物堆積對流體流態分布的影響無法評估等，因此，盡管數值模擬法得到較大的發展，但依舊無法獲取實驗研究法最直觀的沖刷腐蝕參數。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種能夠實時監測電化學參數的雙臂反向沖刷腐蝕試驗裝置，為建立標準化的材料抗沖刷腐蝕性能評價方法提供試驗依據，為材料在介質沖刷環境下的實時電化學監測積累基礎數據，為材料沖刷腐蝕機理研究和壽命評估提供試驗平臺。

本發明為實現上述目的所采用的技術方案為：一種雙臂反向沖刷腐蝕試驗裝置，該裝置包括支架、以及均安裝在支架上的試驗槽、計算機反饋控制系統、電化學工作站以及兩組傳動系統，試驗槽內設有加熱器，每組傳動系統均包括電機、變頻器、轉盤、試樣架和豎直設置的轉軸，變頻器與電機連接，電機與轉軸的上端傳動連接，轉軸的下端與轉盤垂直連接，試樣架與轉盤垂直連接，且試樣架伸入位于轉軸下方的盛有腐蝕介質的試驗槽內；計算機反饋控制系統包括互相連接的計算機和控制柜，加熱器和兩個變頻器均與控制柜電連接；控制柜控制兩組傳動系統帶動兩個轉軸反向旋轉，進而帶動兩個轉盤上的試樣架在試驗槽中反向無干涉地轉動；其中，每組傳動系統中的轉軸的外壁上均設有電化學組件和轉速傳感器，兩個電化學組件均與電化學工作站連接，兩個轉速傳感器均與計算機連接。

其中的一個傳動系統中的轉軸呈中空結構，另一個傳動系統中的轉軸轉動安裝在轉軸的中空結構內。

本發明中，每組傳動系統中，轉軸的上端均固定安裝有帶輪，電機通過皮帶帶動帶輪轉動，呈中空結構的轉軸兩端的外壁安裝有設在支架上的高速軸承，另一轉軸的兩端通過高速軸承安裝在呈中空結構的轉軸的內部。

本發明中，試驗槽的內壁設有鹽度探頭、溫度探頭和ph探頭，鹽度探頭、溫度探頭和ph探頭均與計算機連接。

本發明中，每個轉盤上至少設置一個試樣架，各試樣架均勻間隔且平行設置。

本發明中，試樣架上安裝有試樣夾具，試樣夾具上由兩向調節角度裝置和用于放置試樣的托盤組成，其中，所述的兩向調節角度裝置由橫向轉向節、縱向轉向節、橫連桿和縱連桿組成，橫向轉向節套設在試樣架上，橫連桿固定在橫向轉向節上，且橫連桿與試樣架垂直設置；縱向轉向節套設在橫連桿上，縱連桿固定在縱向轉向節上，且縱連桿與試樣架平行設置。

進一步地，橫向轉向節的內部設有與試樣架上設置的外螺紋配合連接的內螺紋，縱向轉向節的內部設有與橫連桿上設置的外螺紋配合連接的內螺紋；

本發明中，加熱器包括兩個相對于試驗槽的豎直中心線對稱設置的l型加熱板。

本發明中，試驗槽內部還設有位于l型加熱板外部的導流板。

本發明的目的在于建立一種室內模擬沖刷腐蝕的試驗裝置，可進行金屬材料、非金屬材料、復合材料、涂層等及其構件的沖刷腐蝕機理研究、沖刷腐蝕電化學行為研究及不同材料抗沖刷腐蝕性能的對比評價研究，縮短試驗周期，降低試驗的人力、物力投入。在此基礎上，為建立標準化的材料抗沖刷腐蝕性能評價方法提供試驗依據，為材料在介質沖刷環境下的實時電化學監測積累基礎數據，為材料沖刷腐蝕機理研究和壽命評估提供試驗平臺。

有益效果：本發明通過反向轉動的雙軸系統設計，大大降低了腐蝕介質隨試樣轉動而轉動，保持了較好的腐蝕介質的穩定，提高了沖刷的實際效果；引入安裝于兩個轉軸上的電化學組件，實現了沖刷過程中樣品實時電化學測試的可行性。本發明可實時監測電化學參數，操作安全簡便，運行穩定可靠。

試樣夾具上兩向調節角度裝置的設置，能夠實現介質對試樣沖擊角的調整，使測試參數更加全面。

本發明通過一套反向轉動的轉軸帶動試樣以一定的轉速轉動，試樣架上的試樣安裝位置可調整角度，并引出試樣電化學測試信號線；控制沖刷介質的溫度、ph值、含鹽量等參數，模擬試樣在一定介質中的沖刷腐蝕，同步實時監測試樣的電化學參數，最后計算材料的腐蝕速度。獨特的雙軸反向旋轉設計，既保證樣品在轉動時能獲取更準確的相對運動速度，又可提高介質的流態穩定性，達到最佳的沖刷效果。操作簡便，開啟電源，設置控制試驗參數如轉速、溫度，再設置監控參數的預警閥值，如ph值、鹽度等，制定試驗程序，即可進行試驗，試驗過程實現自動控制。

附圖說明

圖1為本發明的示意圖；

圖2為本發明中試樣夾具的示意圖；

圖3為實施例1沖刷腐蝕試驗后的試樣的sem圖；

圖4為實施例1試樣的電化學阻抗譜圖；

圖5為實施例2沖刷腐蝕試驗后的試樣的sem圖；

圖6為實施例2試樣的電化學阻抗譜圖。

附圖標記：1、支架，2、試驗槽，3、電化學工作站，4、電機，5、變頻器，6、轉盤，7、試樣架，8、轉軸，9、計算機，10、控制柜，11、電化學組件，12、轉速傳感器，13、帶輪，14、鹽度探頭，15、溫度探頭，16、ph探頭，17、托盤，18、橫向轉向節，19、縱向轉向節，20、橫連桿，21、縱連桿，22、l型加熱板，23、導流板，24、試樣，25、高速軸承。

具體實施方式

為使本發明實現的技術手段、創作特征以及達成的目的便于理解，下面結合具體示意圖，進一步闡述本發明，但本發明所要求保護的范圍并不局限于具體實施方式中所描述的范圍。

一種雙臂反向沖刷腐蝕試驗裝置，該裝置能夠實時監測電化學參數，如圖1所示，該裝置包括支架1以及均安裝在支架1上的試驗槽5、計算機反饋控制系統、電化學工作站3以及兩組傳動系統，計算機反饋控制系統包括互相連接的計算機9和控制柜10。

其中，試驗槽2內設有加熱器，加熱器與控制柜10電連接；加熱器包括兩個相對于試驗槽2的豎直中心線對稱設置的l型加熱板22；試驗槽2的內部還設有位于l型加熱板22外部的導流板23。

本發明中，如圖1所示，每組傳動系統均包括電機4、變頻器5、轉盤6、試樣架7和豎直設置的轉軸8，變頻器5與電機4連接，電機4與轉軸8的上端傳動連接，轉軸8的下端與轉盤6垂直連接，試樣架7與轉盤6垂直連接，且試樣架7伸入位于轉軸8下方的盛有腐蝕介質的試驗槽2內。其中的一個傳動系統中的轉軸呈中空結構，另一個傳動系統中的轉軸轉動安裝在前述呈中空結構的轉軸的內部，兩個轉軸8的中心軸線重合設置。

本發明中，支架1采用普通碳鋼焊接而成，是電機4、試驗槽5以及電化學工作站3、控制柜10等部件的工作平臺，其上通過螺栓固定電機4，通過高速軸承25固定呈中空結構的轉軸8。

每組傳動系統中，轉軸8的上端均固定安裝有帶輪13，電機4通過皮帶帶動帶輪13轉動，呈中空結構的轉軸兩端的外壁安裝有設在支架1上的高速軸承，另一轉軸的兩端通過高速軸承安裝在呈中空結構的轉軸的內部。

兩個變頻器5均與控制柜10電連接，控制柜10控制兩組傳動系統帶動兩個轉軸8反向旋轉，進而帶動兩個轉盤6上的試樣架7在試驗槽2中反向無干涉地轉動。每個轉盤6上至少設置一個試樣架7，各試樣架7均勻間隔且平行設置，位于兩個轉盤6上的試樣架7的轉動方向相反。

其中，每組傳動系統中的轉軸8的外壁上均設有電化學組件11和轉速傳感器12，兩個電化學組件11均與電化學工作站3連接，兩個轉速傳感器12均與計算機9連接。其中，電化學工作站3接收兩個電化學組件11的信號并進行處理，計算機9接收轉速傳感器12的信號，并通過控制柜10實時調節變頻器5的頻率。其中，電化學組件11是腐蝕測試中的三個電極，電化學工作站3收集電極反饋的信號進行放大后記錄。

其中，試驗槽2的內壁設有鹽度探頭14、溫度探頭15和ph探頭16，鹽度探頭14、溫度探頭15和ph探頭16均與計算機9連接。其中，計算機9內置安裝有信號處理器和反饋調節軟件，接收由轉速傳感器12、鹽度探頭14、溫度探頭15和ph探頭16的信號并實時對裝置進行調節。其中，計算機9接收鹽度探頭14、溫度探頭15和ph值探頭16的信號并實時記錄存儲，通過溫度探頭15反饋的溫度，利用加熱器對試驗槽2內的腐蝕介質的溫度進行調節。

如圖1所示，每個試樣架7上均安裝有試樣夾具，如圖2所示，試樣夾具上由兩向調節角度裝置和用于放置試樣24的托盤17組成，其中，所述的兩向調節角度裝置由橫向轉向節18、縱向轉向節19、橫連桿20和縱連桿21組成，橫向轉向節18套設在試樣架7上，橫向轉向節18的內部設有與試樣架7上設置的外螺紋配合連接的內螺紋，橫連桿20固定在橫向轉向節18上，且橫連桿20與試樣架7垂直設置。通過轉動橫向轉向節18，可以調整橫向轉向節18在試樣架7上的豎直位置，進而調整托盤17上的試樣的豎直位置，或試樣與縱切面之間的夾角。

縱向轉向節19套設在橫連桿20上，縱連桿21固定在縱向轉向節19上，且縱連桿21與試樣架7平行設置，縱向轉向節19的內部設有與橫連桿20上設置的外螺紋配合連接的內螺紋。通過轉動縱向轉向節19，可以調整縱向轉向節19在橫連桿20上的水平位置，進而調整試樣的水平位置，或試樣與縱切面之間的夾角。

本發明中，位于外層的轉軸上的高速軸承的外環安裝于支架1上，電化學組件11安裝于轉軸的中部偏下端，轉速傳感器12安裝于轉軸的下端，轉盤安裝于轉軸的最下端。

試驗槽2由耐腐蝕材料制成，試驗槽2上固定安裝有l型加熱板22，導流板23活動安裝于試驗槽2上，可通過導流板23的使用調節試驗槽2中流體的流態；試驗槽2中心偏下端排列安裝有鹽度探頭14、溫度探頭15和ph探頭16。

本裝置的工作原理為：根據需求的沖刷速度及轉盤6的直徑，計算電機4的轉速，計算機9發送控制信號到控制柜10，由控制柜10驅動兩臺電機4以一定的轉速反向轉動，通過轉軸8帶動安裝在轉盤6上的試樣架7反向旋轉，試樣架7帶著試樣24在控制參數的試驗槽2中的介質中轉動，形成沖刷效果。試驗過程中實時記錄試樣的電化學參數及介質的溫度、ph值、鹽度等參數，從而達到沖刷腐蝕室內模擬效果并實時測試樣品的電化學參數。采用試驗腐蝕參數監控記錄系統，對腐蝕影響因素進行實時的監測并記錄，確保了試驗過程腐蝕參數的穩定性。

表1本發明裝置的主要技術參數

實施例1

利用b10銅合金板作為試樣，試驗槽2中盛放的介質為廈門海域實海海水，其中，實海海水是在高潮位時，在試驗海域內離岸超過50m距離取的實際海域的海水；試驗溫度為45℃；兩個轉軸的轉速均為500rpm，且轉向相反；試樣的沖擊角度為30°。

實驗過程如下：

（1）分別在兩個試樣架7上安裝試樣，調整試樣與豎直方向的角度為30°，依次將兩個試樣架7固定在兩個轉盤6上；

（2）放入廈門海域實海海水到實驗槽2中；

（3）啟動控制柜10和計算機9，完成系統自檢，確認信號處理器和反饋調節軟件與各探頭、傳感器有效連接；

（4）設定兩個電機4的轉速均為500rpm，實驗槽2內溫度45℃；

（5）接通電化學組件11和電化學工作站3；

（6）啟動軟件，變頻器5將電機4的轉速控制在500rpm，觀察計算機9中的反饋條件軟件的參數記錄，觀察有無異常；

（7）達到設定實驗周期后停機，取樣后處理。

試樣的微觀形貌如圖3所示，具有典型沖刷腐蝕形貌特征；如圖4所示，樣品電化學曲線穩定，說明在實驗室采用本發明的試驗裝置，條件控制穩定，能夠較好的模擬沖刷腐蝕效果，對金屬、非金屬、涂層等試樣的耐沖刷腐蝕性能進行測試評價具備可行性。

實施例2

利用b10銅合金板作為試樣，試驗槽2中盛放的介質為廈門海域實海海水，其中，實海海水是在高潮位時，在試驗海域內離岸超過50m距離取的實際海域的海水；試驗溫度為45℃；

舍去位于中空的轉軸內部的轉軸以及該轉軸上設置的附屬部件，即利用本發明的轉軸實現單軸轉動沖刷試驗，該轉軸的轉速為500rpm；試樣的沖擊角度為0°。

實驗過程如下：

（1）在試樣架7上安裝試樣，調整試樣豎直向下，將試樣架7固定在轉盤6上；

（2）放入廈門海域實海海水到實驗槽2中；

（3）啟動控制柜10和計算機9，完成系統自檢，確認信號處理器和反饋調節軟件與各探頭、傳感器有效連接；

（4）設定電機4的轉速為500rpm，實驗槽2內溫度45℃；

（5）接通電化學組件11和電化學工作站3；

（6）啟動軟件，變頻器5將電機4的轉速控制在500rpm，觀察計算機9中的反饋條件軟件的參數記錄，觀察有無異常；

（7）達到設定實驗周期后停機，取樣后處理。

樣品的微觀形貌如圖5所示，具有典型沖刷腐蝕形貌特征；如圖6所示，樣品電化學曲線穩定，說明在實驗室采用本發明的試驗裝置，條件控制穩定，能夠較好的模擬沖刷腐蝕效果，其效果優于現有技術的試驗裝置。但實施例1的沖刷效應較實施例2單軸轉動樣品更加明顯。

本發明為工業環境腐蝕室內模擬裝置，能夠很便捷的設置模擬環境的腐蝕影響因素參數，如沖刷腐蝕的流速、沖擊角度、含沙量、溫度等，其中，含沙量是在模擬試驗時，取過濾海水并沉淀24h后，加入經計算確定的沙子的量。通過控制試驗參數的變化范圍，形成模擬工業環境沖刷腐蝕的試驗裝置。其巨大的意義在于：能在短期內快速評價材料的耐沖刷腐蝕性能，同時試樣投入小、人力資源與資金效率高；應用該裝置可以有效設置、監控、記錄工業管道材料的耐介質沖刷腐蝕性能，詳細記錄測試過程的試驗時間、流速、沖擊角、溫度等參數的變化，應用于評價金屬材料、非金屬材料、涂層等在工業介質沖刷環境條件下的耐沖刷腐蝕性能及相應防護措施防護效果，具有重要的實際意義和工程價值。