CN109632576A - 材料腐蚀速率与壁面润湿特性测试*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了材料腐蚀速率与壁面润湿特性测试***，包括控制终端、水润湿测试仪及电化学工作站，水润湿测试仪包括分液漏斗、玻璃罩及试件支架，分液漏斗的下端穿入玻璃罩内的容腔，分液漏斗上设有电动阀门；玻璃罩内安装试件支架，试件支架上夹持有电极，电极连接电化学工作站。本发明通过变更多种参量来研究材料的润湿性、腐蚀性及其之间的关系；也可以用于研究油膜对水润湿、腐蚀及其之间关联性的阻尼特性、前后液滴相互影响规律、材料耐蚀特性、材料处理工艺、防腐涂层效果等评价，这些研究将为工程提供重要的理论依据和实践指导。
Description
技术领域
本发明属于材料测试领域，具体涉及了材料腐蚀速率与壁面润湿特性测试***。
背景技术
润湿性是指某种液体在特定固体表面铺展或延伸的能力，也可以代表两种互不相容的液体，某一种液体首先润湿固体表面的能力。在石油开采、加工、炼制过程中，介质普遍以油-水、油-气-水、油-气等多相流形式存在。腐蚀性介质(如H2S、CO2、O2、HCl等元素)在各相态中具有不同的溶解度，在流动过程中与材料接触会形成不同的润湿特性和腐蚀速率。因此，所引发的腐蚀过程往往具有局部性和突发性，无法进行精准的预测及防控。
发明内容
本发明的目的在于提供材料腐蚀速率与壁面润湿特性测试***，通过变更多种参量来研究材料的润湿性、腐蚀性及其之间的关系，如：材料与溶液间的润湿速度、初始接触角(液滴接触试件表面时接触点的切线方向与试件表面的夹角)θ及材质(如10#碳钢、20#碳钢、316L以及Incoloy 825等)、粗糙度、液体物性(粘度、密度等)、液滴尺寸等因素的影响规律。本发明也可以用于研究油膜对水润湿、腐蚀及其之间关联性的阻尼特性、前后液滴相互影响规律、材料耐蚀特性、材料处理工艺、防腐涂层效果等评价，这些研究将为工程提供重要的理论依据和实践指导。
为了解决是上述技术问题，采用如下技术方案：
材料腐蚀速率与壁面润湿特性测试***，其特征在于：包括控制终端、水润湿测试仪及电化学工作站，水润湿测试仪包括分液漏斗、玻璃罩及试件支架，分液漏斗的下端穿入玻璃罩内的容腔，分液漏斗上设有电动阀门；玻璃罩内安装试件支架，试件支架上夹持有电极，电极连接电化学工作站；电动阀门与电化学工作站均连接控制终端。
进一步，该测试***还包括有高速摄影机，高速摄影机对准电极，高速摄影机连接控制终端。
进一步，玻璃罩顶部设有密封盖，分液漏斗的下端贯穿密封盖。该密封盖可打开或关闭，在打开状态下方便测试人员调整试件支架与电极，提高测试精确度；在关闭状态下，密封盖具有较高的密封性，可防止实验液体的挥发。
进一步，密封盖上连接有漏斗支架，漏斗支架支撑放置分液漏斗。漏斗支架用于放置分液漏斗，结构稳定且牢固；分液漏斗可随时拿取，方便操作。
进一步，密封盖与玻璃罩之间放置有密封垫圈。密封垫圈填补密封盖与玻璃罩之间的缝隙，进一步提高密封盖与玻璃罩之间的密封性。
进一步，玻璃罩内固定有支架导轨与刻度尺，刻度尺设于支架导轨旁，支架导轨与刻度尺相互配合，支架导轨连接试件支架，支架导轨连接控制终端。刻度尺直接和支架导轨通过强力胶固定在玻璃罩上，在测试之前可以根据实验要求参考刻度尺对试件支架与电极进行上下的高度调节，满足测试的硬性要求，使得测试结果更为精准，该测试***适用于多种测试条件。
进一步，试件支架包括旋转支撑杆、试件夹持器及导轨滑块，旋转支撑杆的一端连接导轨滑块，旋转支撑杆可相对于导轨滑块旋转，旋转支撑杆的另一端连接试件夹持器，导轨滑块连接于支架导轨上，试件夹持器夹持电极。试件夹持器易于夹持或取下电极，夹持力较大，夹持牢固。导轨滑块连接支架导轨，使得支架导轨通过试件支架带动电极上下移动，结构简单，表面摩擦力小，滑动顺畅；旋转支撑杆能够相对于导轨滑块旋转，从而调整电极角度，满足测试的角度倾斜要求，使得测试结果更为精准，该测试***适用于多种测试条件。
进一步，导轨滑块在连接旋转支撑杆处设有刻度盘，刻度盘周向设置。可参照刻度盘进行量化的角度调节，精确控制倾斜度。
进一步，玻璃罩的底部设有导水槽，玻璃罩底部的一侧设有排水阀门，导水槽向排水阀门倾斜。通过导水槽可以暂时存储实验废液，实验结束后可以通过排水阀门将废液排空，对废液进行集中处理，防止其影响实验环境。
进一步，电极包括工作电极、参比电极与对电极，电极的上层为工作电极，电机的下层为参比电极与对电极，对电极上设有绝缘体。本发明采用双层电极形式测试腐蚀速率。其中，上层为工作电极，下层为参比电极和对电极。该电极结构可以测量不同流动或润湿特征下腐蚀信号，避免工作电极上局部碰撞或紊流干扰参比电极。
由于采用上述技术方案，具有以下有益效果：
本发明为材料腐蚀速率与壁面润湿特性测试***，通过变更多种参量来研究材料的润湿性、腐蚀性及其之间的关系，如：材料与溶液间的润湿速度、初始接触角(液滴接触试件表面时接触点的切线方向与试件表面的夹角)θ及材质(如10#碳钢、20#碳钢、316L以及Incoloy 825等)、粗糙度、液体物性(粘度、密度等)、液滴尺寸等因素的影响规律。本发明也可以用于研究油膜对水润湿、腐蚀及其之间关联性的阻尼特性、前后液滴相互影响规律、材料耐蚀特性、材料处理工艺、防腐涂层效果等评价，这些研究将为工程提供重要的理论依据和实践指导。其具体有益效果表现为以下几点：
1、本发明是一种可以测量材质润湿性、腐蚀速率及其之间关联性的仪器。其中，润湿性通过高速摄像机进行拍照后计算得到接触角及其变化规律，即润湿特性，腐蚀速率通过外接电化学工作站侦测腐蚀信号。然后两者进行数据匹配得出润湿性-腐蚀速率关联性。
2、本发明是一种可调试壁面润湿-腐蚀速率测试仪器，可以调节试件高度和倾斜角度模拟实际液滴与壁面碰撞时的润湿过程，调节高度从0～20cm，倾斜角度从-90°～90°，可用于评判不同材料或涂层在实际与腐蚀性介质接触过程中的腐蚀问题。
3、本发明采用双层电极形式测试腐蚀速率。其中，上层为工作电极，下层为参比电极和对电极。该电极结构可以测量不同流动或润湿特征下腐蚀信号，避免工作电极上局部碰撞或紊流干扰参比电极。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明：
图1为本发明材料腐蚀速率与壁面润湿特性测试***的整体图；
图2为水润湿测试仪的示意图；
图3为图2中A-A向的剖视图；
图4为图2中D向的示意图；
图5为图4中C-C向的剖视图；
图6为试件支架的结构示意图；
图7为电极的结构示意图；
图8为U型管的示意图。
具体实施方式
如图1至图8所示，材料腐蚀速率与壁面润湿特性测试***，包括控制终端、水润湿测试仪3、电化学工作站2与高速摄影机4，本发明的控制终端为计算机1，该计算机1连接电化学工作站2、高速摄影机4及水润湿测试仪3内的相关电控部件。
水润湿测试仪3包括分液漏斗8、玻璃罩5及试件支架12，玻璃罩5顶部设有密封盖6，该密封盖6为可打开或关闭的盖体结构，在打开状态下方便测试人员调整试件支架12，提高测试精确度；在关闭状态下，密封盖6具有较高的密封性，可防止实验液体的挥发。密封盖6与玻璃罩5之间还设置有密封垫圈11。密封垫圈11填补密封盖6与玻璃罩5之间的缝隙，进一步提高密封盖6与玻璃罩5之间的密封性。
密封盖6上连接有漏斗支架7，漏斗支架7仅放置在密封盖6上，漏斗支架7可以从密封盖6上拿掉；漏斗支架7支撑放置分液漏斗8，使得分液漏斗8架于漏斗支架7上，分液漏斗8的下端贯穿密封盖6，并连入玻璃罩5的容腔内。漏斗支架7用于放置分液漏斗8，结构稳定且牢固；分液漏斗8可随时拿取，方便操作。分液漏斗8采用电动阀门9控制，该分液漏斗8通过舵机驱动板连接至计算机1，故计算机1能够控制电动阀门9开启与关闭。
玻璃罩5内安装有试件支架12、支架导轨13及刻度尺14，支架导轨13与刻度尺14通过强力胶固定在玻璃罩5上，均为竖向设置，刻度尺14设于支架导轨13旁，支架导轨13与刻度尺14相互配合，方便观测上下移动的距离。支架导轨13连接试件支架12，在支架导轨13顶部开设有密封孔16，通过该密封孔16方便导线从内部穿出，从而连接计算机1，实现计算机1端控制支架导轨13。基于支架导轨13，在测试之前可以根据实验要求参考刻度尺14对试件支架12与电极23进行上下的高度调节，满足测试的硬性要求，使得测试结果更为精准，该测试***适用于多种测试条件。
试件支架12包括旋转支撑杆18、试件夹持器17及导轨滑块19，旋转支撑杆18的一端连接导轨滑块19，旋转支撑杆18可相对于导轨滑块19旋转，导轨滑块19在连接旋转支撑杆18处设有刻度盘20，刻度盘20周向设置。可参照刻度盘20进行量化的角度调节，精确控制倾斜度。旋转支撑杆18能够相对于导轨滑块19旋转，从而调整电极23角度，满足测试的角度倾斜要求，使得测试结果更为精准，该测试***适用于多种测试条件；导轨滑块19连接于支架导轨13上，从而实现试件支架12通过支架导轨13上下位置调节，导轨滑块19表面摩擦力小，滑动顺畅；
基于旋转支撑杆18与支架导轨13，可以调节试件高度和倾斜角度模拟实际液滴与壁面碰撞时的润湿过程，调节高度从0～20cm，倾斜角度从-90°～90°，可用于评判不同材料或涂层在实际与腐蚀性介质接触过程中的腐蚀问题。
旋转支撑杆18的另一端连接试件夹持器17，试件夹持器17夹持电极23。试件夹持器17易于夹持或取下电极23，夹持力较大，夹持牢固。本发明的电极23包括工作电极24、参比电极26与对电极27，电极23的上层为工作电极24，电机的下层为参比电极26与对电极27，对电极27上设有绝缘体28。本发明采用双层电极23形式测试腐蚀速率。其中，上层为工作电极24，下层为参比电极26和对电极27。该电极23结构可以测量不同流动或润湿特征下腐蚀信号，避免工作电极24上局部碰撞或紊流干扰参比电极26。
同时，导轨滑块19上设有第一穿线孔21、试件夹持器17上设有第二穿线孔22、电极23上设有第三穿线孔25，试件夹持器17，旋转支撑杆18和导轨滑块19又为中空结构，使得第一穿线孔21、第二穿线孔22与第三穿线孔25向连通，方便连接导线，从而连接到电化学工作站2，电化学工作站2测试并获得不同流动或润湿特征下腐蚀信号；该电化学工作站2再连接到计算机1，通过计算机1分析并计算材料腐蚀速率。
该测试***还包括有高速摄影机4，高速摄影机4对准电极23，该高速摄影机4连接计算机1，通过高速摄影机4进行拍照后计算得到接触角及其变化规律，即为润湿特性。
玻璃罩5的底部设有导水槽15，玻璃罩5底部的一侧设有排水阀门10，导水槽15向排水阀门10倾斜。通过导水槽15可以暂时存储实验废液，实验结束后可以通过排水阀门10将废液排空，对废液进行集中处理，防止其影响实验环境。
本发明的工作过程如下：
在使用仪器时，首先取下分液漏斗8，漏斗支架7和密封盖6，根据玻璃罩5侧面的刻度尺14沿着支架导轨13上下调整电极23高度，并转动旋转支撑杆18，调整电极23角度，达到电极23与分液漏斗8出水口的实验设计距离，然后锁紧固定电极23支架。依次将密封盖6，漏斗支架7安装在玻璃罩5上，并安装放置好分液漏斗8。进而对水润湿测试仪3进行气密性检验，测试装置使用U型管29。测试时，应先将实验装置安装完好，并用橡胶塞塞住分液漏斗8口，关闭导气管活塞K30，从U型管29的一侧注入水，待U型管29两侧出现较大的高度差为止，静置几分钟后，若两侧高度差缩小的说明漏气，不缩小则说明不漏气。
若气密性检验不通过，为防止实验中有毒有害气体挥发，应进一步排查漏气位置，不得开始实验。若气密性检验通过，则对设备进行初始化，启动计算机1和电化学工作站2以及高速摄影机4，并在计算机1端启动相应的操作软件，将分液漏斗8上电动阀门9调整到关闭状态。在分液漏斗8中注入实验液体，调整高速摄影机4位置和高度，对准实验试件。在计算机1端设置电动阀门9开度及开启时间，在计算机1上点击启动按钮即可开始实验。润湿性通过高速摄影机4进行拍照后计算得到接触角及其变化规律，即润湿特性，腐蚀速率通过外接电化学工作站2侦测腐蚀信号。然后两者进行数据匹配得出润湿性-腐蚀速率关联性。
注:本发明所述的工作电极24是由试件加工而成，故能够测量不同材料或涂层在实际与腐蚀性介质接触过程中的腐蚀问题。
以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础，为解决基本相同的技术问题，实现基本相同的技术效果，所作出地简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本发明的保护范围之中。
Claims (9)
1.材料腐蚀速率与壁面润湿特性测试***，其特征在于：包括控制终端、水润湿测试仪及电化学工作站，所述水润湿测试仪包括分液漏斗、玻璃罩及试件支架，所述分液漏斗的下端穿入所述玻璃罩内的容腔，所述分液漏斗上设有电动阀门；所述玻璃罩内安装所述试件支架，所述试件支架上夹持有电极，所述电极连接所述电化学工作站；所述电动阀门与所述电化学工作站均连接所述控制终端。
2.根据权利要求1所述的材料腐蚀速率与壁面润湿特性测试***，其特征在于：该测试***还包括有高速摄影机，所述高速摄影机对准所述电极，所述高速摄影机连接所述控制终端。
3.根据权利要求1所述的材料腐蚀速率与壁面润湿特性测试***，其特征在于：所述玻璃罩顶部设有密封盖，所述分液漏斗的下端贯穿所述密封盖，所述密封盖与所述玻璃罩之间放置有密封垫圈。
4.根据权利要求3所述的材料腐蚀速率与壁面润湿特性测试***，其特征在于：所述密封盖上连接有漏斗支架，所述漏斗支架支撑放置所述分液漏斗。
5.根据权利要求1所述的材料腐蚀速率与壁面润湿特性测试***，其特征在于：所述玻璃罩内固定有支架导轨与刻度尺，所述刻度尺设于所述支架导轨旁，所述支架导轨与所述刻度尺相互配合，所述支架导轨连接所述试件支架，所述支架导轨连接所述控制终端。
6.根据权利要求5所述的材料腐蚀速率与壁面润湿特性测试***，其特征在于：所述试件支架包括旋转支撑杆、试件夹持器及导轨滑块，所述旋转支撑杆的一端连接所述导轨滑块，所述旋转支撑杆可相对于所述导轨滑块旋转，所述旋转支撑杆的另一端连接所述试件夹持器，所述导轨滑块连接于所述支架导轨上，所述试件夹持器夹持所述电极。
7.根据权利要求6所述的材料腐蚀速率与壁面润湿特性测试***，其特征在于：所述导轨滑块在连接所述旋转支撑杆处设有刻度盘，所述刻度盘周向设置。
8.根据权利要求1所述的材料腐蚀速率与壁面润湿特性测试***，其特征在于：所述玻璃罩的底部设有导水槽，所述玻璃罩底部的一侧设有排水阀门，所述导水槽向所述排水阀门倾斜。
9.根据权利要求1所述的材料腐蚀速率与壁面润湿特性测试***，其特征在于：所述电极包括工作电极、参比电极与对电极，所述电极的上层为所述工作电极，所述电机的下层为所述参比电极与所述对电极，所述对电极上设有绝缘体。
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