CN113933232B - 模拟南海岛礁环境的材料腐蚀加速试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种模拟南海岛礁环境的材料腐蚀加速试验方法，包括如下步骤：对待测材料进行循环加速试验，循环加速试验的一个周期中的试验项目依次为涂覆珊瑚盐、盐雾试验和太阳辐射试验；其中，盐雾试验的条件包括：温度为45℃～55℃，盐雾沉降率为：1～2mL/h.80cm2；太阳辐射试验的条件包括：辐照度采用1110～1130W/m2瞬时极值或5700～5710W/m2累积强度转换值。该加速实验方法，能够较好地符合典型装备材料的南海岛礁大气腐蚀特点，测试结果与实际环境相关性较强、结果有效性较高。
Description
技术领域
本发明涉及材料环境测试技术领域，特别是涉及一种模拟南海岛礁环境的材料腐蚀加速试验方法。
背景技术
南海岛礁位于近赤道低纬度地带，属于热带海洋性气候。南海岛礁主要气候特点是：日照时间长、辐射强、终年高温、雨量充沛、湿度大、风大、雾少。部分装备结构持续遭受南海“高温、高湿、高盐、强太阳辐射”以及飞溅海水干/湿循环侵蚀的作用，腐蚀问题严重，极大影响了装备结构的寿命及装备安全使用。
由于传统自然环境试验周期过长，且不同结构材料对环境的敏感性也不一样，为确定自然环境对装备结构的腐蚀影响，需建立自然环境谱与实验室加速环境谱的当量关系，设计相应的加速试验谱，进而快速获得装备结构材料、防护体系在南海岛礁环境的腐蚀损伤规律。
传统的腐蚀加速试验包括：标准GB/T 25834-2010金属和合金的腐蚀钢铁户外大气加速腐蚀试验，其中规定的试验宜在气候较干燥季节或地区的场站条件下进行，包含在大气环境中钢铁加速腐蚀试验的一般要求，如试验步骤、要求、装置等；标准GB/T 20853-2007金属和合金的腐蚀，规定了用于加速试验的氯化钠溶液有关成分的试验量值，其中试验溶液是将氯化钠溶于电导率在25℃±2℃下不超过2mS/m的蒸馏水或去离子水中制备，说明了金属在有氯离子存在的环境下抗腐蚀性的测试方法。上述传统的腐蚀加速试验均不适用于南海岛礁实际环境，难以准确反映南海岛礁实际环境的腐蚀情况。
另外有学者根据典型装备面临的海洋环境腐蚀问题，以典型海洋大气环境谱为基础，编制了如周期浸润的循环加速谱、紫外照射和周期浸润共同构成的加速谱。也有论文研究了典型航空材料南海海洋环境不同周期试验后的性能变化规律，经过计算得出了湿热、光老化、盐雾三种试验组合的南海环境加速试验方法。但是，上述研究在实际应用过程中，加速谱与南海岛礁实际环境的测试结果相关性依然较弱。
发明内容
基于此，本发明提供一种符合典型装备材料的南海岛礁大气腐蚀特点，且相关性较强、结果有效性较高的模拟南海岛礁环境的材料腐蚀加速试验方法。
具体技术方案如下：
一种模拟南海岛礁环境的材料腐蚀加速试验方法，包括如下步骤：
对待测材料进行循环加速试验，循环加速试验的一个周期中的试验项目依次为涂覆珊瑚盐、盐雾试验和太阳辐射试验；
其中，盐雾试验的条件包括：温度为45℃～55℃，盐雾沉降率为：1～2mL/h.80cm2；
太阳辐射试验的条件包括：辐照度采用1110～1130W/m2瞬时极值或5700～5710W/m2累积强度转换值。
在其中一个实施例中，盐雾试验的条件包括：温度为50℃，盐雾沉降率为：1～2mL/h.80cm2。
在其中一个实施例中，盐雾试验采用的盐雾溶液为中性改型ASTM-D1141人工海水模拟液，其中Cl-的质量分数为3％～4％。
在其中一个实施例中，太阳辐射试验的条件包括：辐照度采用的瞬时极值为1120W/m2或5708.16W/m2累积强度转换值。
在其中一个实施例中，太阳辐射试验的条件还包括：温度为45℃～50℃。
在其中一个实施例中，太阳辐射试验采用的温度为49℃。
在其中一个实施例中，涂覆珊瑚盐的步骤包括：
混合珊瑚盐粉与人工海水模拟液，制备珊瑚盐溶液；
将所述珊瑚盐溶液涂覆于所述待测材料的表面。
在其中一个实施例中，所述珊瑚盐粉的目数为800目～1200目。
在其中一个实施例中，所述珊瑚盐溶液中所述珊瑚盐粉的质量分数为8％～12％。
在其中一个实施例中，所述珊瑚盐溶液中所述珊瑚盐粉的质量分数为10％。
在其中一个实施例中，一个周期中，盐雾试验的时间为14～15h、太阳辐射试验的时间为9h～10h。
在其中一个实施例中，一个周期中，盐雾试验的时间为14.5h、太阳辐射试验的时间为9.5h。
上述模拟南海岛礁环境的材料腐蚀加速试验方法，从试验项目、试验顺序、试验量值等多方面考虑，确定了能够准确模拟南海岛礁环境的材料腐蚀情况的加速试验方案，能够有效保证试验加速谱与实际南海岛礁环境测试的相关性和有效性，可直接用于南海岛礁环境重点装备结构材料的加速试验，快速预测材料使用过程中的腐蚀情况，为装备研制单位研制、生产、使用、维修单位的腐蚀防护设计、腐蚀定延寿工作提供数据支撑及技术指导。
附图说明
图1为本发明一实施例中模拟南海岛礁环境的材料腐蚀加速试验方法的加速谱型。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明的模拟南海岛礁环境的材料腐蚀加速试验方法作进一步详细的说明。本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明公开内容理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
本发明中，以开放式描述的技术特征中，包括所列举特征组成的封闭式技术方案，也包括包含所列举特征的开放式技术方案。
本发明中，涉及到数值区间，如无特别说明，上述数值区间内视为连续，且包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值。进一步地，当范围是指整数时，包括该范围的最小值与最大值之间的每一个整数。此外，当提供多个范围描述特征或特性时，可以合并该范围。换言之，除非另有指明，否则本文中所公开之所有范围应理解为包括其中所归入的任何及所有的子范围。
本发明中涉及的百分比含量，如无特别说明，对于固液混合和固相-固相混合均指质量百分比，对于液相-液相混合指体积百分比。
本发明中涉及的百分比浓度，如无特别说明，均指终浓度。所述终浓度，指添加成分在添加该成分后的体系中的占比。
本发明中的温度参数，如无特别限定，既允许为恒温处理，也允许在一定温度区间内进行处理。所述的恒温处理允许温度在仪器控制的精度范围内进行波动。
本发明提供一种模拟南海岛礁环境的材料腐蚀加速试验方法，包括如下步骤：
对待测材料进行循环加速试验，循环加速试验的一个周期中的试验项目依次为涂覆珊瑚盐、盐雾试验和太阳辐射试验；
其中，盐雾试验的条件包括：温度为45℃～55℃，盐雾沉降率为：1～2mL/h.80cm2；
太阳辐射试验的条件包括：辐照度采用1110～1130W/m2瞬时极值或5700～5710W/m2累积强度转换值。
具体地，待测材料为典型航空材料。进一步地，待测材料为经过表面处理的基材。基材的材质包括但不限于铝或铝合金、结构钢不锈钢、复合材料等；表面处理的方式包括但不限于化学导电氧化处理、环氧涂层。
上述材料腐蚀加速试验方法中，针对待测材料南海岛礁环境试验特点，在确定试验项目集合基础上，依据材料实际使用过程中大量的经验总结得出的经受的腐蚀因素的顺序进行试验项目排列。具体地，因盐雾试验会产生腐蚀产物，太阳辐射试验将对腐蚀产物改性，故将盐雾试验排在太阳辐射试验前；因涂覆珊瑚盐易于产生盐分、湿气聚集、易于腐蚀发生，故将涂覆珊瑚盐排在盐雾试验前。基于此，确定的试验顺序为：涂覆珊瑚盐→盐雾试验→太阳辐射试验，如此循环。同时发现，盐雾试验中影响试验结果的关键参数为温度和盐雾沉降率，太阳辐射试验中影响试验结果的关键参数为辐照度，对上述关键参数进行合理控制，能够有效保证试验加速谱与实际南海岛礁环境测试的相关性和有效性。
具体地，盐雾试验的温度为45℃～55℃。该温度包括但不限于：45℃、46℃、47℃、48℃、49℃、50℃、51℃、52℃、53℃、54℃、55℃。进一步地，盐雾试验的条件包括：温度为50℃，盐雾沉降率为：1～2mL/h.80cm2。
在其中一些具体的示例中，盐雾试验采用的盐雾溶液为中性改型ASTM-D1141人工海水模拟液，其中Cl-的质量分数为3％～4％。进一步地，Cl-的质量分数为3.034％。如此可以提升加速效果。
具体地，以40L为例，中性改型ASTM-D1141人工海水模拟液的组成如下表1所示：
表1 40L人工海水中化学药品含量(单位g)
在其中一些具体的示例中，太阳辐射试验的条件包括：辐照度采用的瞬时极值为1120W/m2或5708.16W/m2累积强度转换值。进一步地，太阳辐射试验中辐照度采用的瞬时极值为1120W/m2。如此使加速试验的可行性更高，便于推广应用。
在其中一些具体的示例中，太阳辐射试验的条件还包括：温度为45℃～50℃。该温度包括但不限于：45℃、46℃、47℃、48℃、49℃、50℃。进一步地，太阳辐射试验采用的温度为49℃。
在其中一些具体的示例中，涂覆珊瑚盐的步骤包括：
混合珊瑚盐粉与人工海水模拟液，制备珊瑚盐溶液；
将珊瑚盐溶液涂覆于所述待测材料的表面。
在其中一些具体的示例中，人工海水模拟液为ASTM-D1141人工海水模拟液。
在其中一些具体的示例中，珊瑚盐粉的目数为800目～1200目。具体地，珊瑚盐粉的目数包括但不限于：800目、900目、1000目、1100目、1200目。进一步地，珊瑚盐粉的目数为1000目。
在其中一些具体的示例中，珊瑚盐溶液中所述珊瑚盐粉的质量分数为8％～12％。具体地，珊瑚盐溶液中所述珊瑚盐粉的质量分数包括但不限于：8％、9％、10％、11％、12％。进一步地，珊瑚盐溶液中珊瑚盐粉的质量分数为10％。
在其中一些具体的示例中，一个周期中，盐雾试验的时间为14～15h、太阳辐射试验的时间为9h～10h。进一步地，一个周期中，盐雾试验的时间为14.5h、太阳辐射试验的时间为9.5h。
在其中一些具体的示例中，上述模拟南海岛礁环境的材料腐蚀加速试验方法的加速谱型如图1所示：以24h作为一个循环周期，盐雾试验时间为14.5h、太阳辐射试验时间9.5h；盐雾试验前涂覆珊瑚盐；盐雾试验的温度为50℃，盐雾溶液为中性改型ASTM-D1141人工海水模拟液(Cl-质量分数达到3.304％)，盐雾沉降率为：1～2mL/h.80cm2；太阳辐射试验辐照度采用的瞬时极值为1120W/m2，温度为49℃。
以下为具体的实施例。
实施例1
样件：基材为2524铝合金，基材表面处理方式为化学导电氧化处理。
试验步骤和条件：
(1)喷涂珊瑚盐溶液：取真实珊瑚盐磨成粉末，选用1000目筛晒出珊瑚粉，将其与ASTM-D1141人工海水模拟液混合，配置成质量分数为10％的珊瑚盐溶液。装入磁力搅拌装置旋转均匀，喷洒到样件至表面均匀成膜即可。
(2)盐雾试验：
温度：50℃，盐雾溶液为中性改型ASTM-D1141人工海水模拟液(以ASTM-D1141人工海水为底液，加入NaCl进行中性改型，使Cl-质量分数达到3.034％)，盐雾沉降率为1.0～2.0ml/h.80cm2。
(3)太阳辐射试验：
温度：49℃，太阳辐射试验采用1120W/m2瞬时极值。24h为一个循环周期，盐雾试验时间为14.5h、太阳辐射试验时间9.5h。
(4)加速环境试验循环次数为30次。
试验过程中对重量、电化学阻抗谱及极化曲线进行测试。其中，失重分析是首先利用除锈液对其进行除锈，除锈液的配置按照GB/T 16545-1996《金属和合金的腐蚀腐蚀试样上腐蚀产物的清楚》中相关要求进行。除锈完成后经蒸馏水冲洗，并冷风吹干后，利用分析天平进行称量，并记录除锈后质量W1。电化学测试利用电化学工作站测试试验后试样的电化学阻抗谱和极化曲线。电化学测试时，采用传统的三电极体系，饱和甘汞电极为参比电极，20mm×20mm的Pt电极为辅助电极，测试试样为工作电极，其工作面积为10mm×10mm。电化学阻抗测试扰动电压为20mV，扫描频率范围100KHz～0.01Hz。动电位极化测试的扫描速率为0.5mV·s-1，电压扫描范围(vs OCP)为-0.5V～1.5V。测试溶液为5％(质量分数)NaCl溶液。
为验证试验的有效性，加速环境试验过程中重量与电化学测试结果与南海岛礁自然环境试验结果进行对比，结果见表2。
表2测试试验结果
分别以失重和低频阻抗模值为特征参数，采用秩相关系数法评价加速环境试验与南海岛礁自然环境试验的相关性，秩相关系数R为1.01和0.82，平均秩相关系数为0.91，为极强相关。
以失重和低频阻抗模值为特征参数，南海岛礁自然环境试验12个月与加速环境试验22天结果基本一致，加速因子AF为13.78，加速性较优。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，便于具体和详细地理解本发明的技术方案，但并不能因此而理解为对发明专利保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。应当理解，本领域技术人员在本发明提供的技术方案的基础上，通过合乎逻辑的分析、推理或者有限的试验得到的技术方案，均在本发明所附权利要求的保护范围内。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求的内容为准，说明书及附图可以用于解释权利要求的内容。
Claims (11)
1.一种模拟南海岛礁环境的材料腐蚀加速试验方法，其特征在于，包括如下步骤：
对待测材料进行循环加速试验，循环加速试验的一个周期中的试验项目依次为涂覆珊瑚盐、盐雾试验和太阳辐射试验；
其中，盐雾试验的条件包括：温度为45℃~55℃，盐雾沉降率为：1~2mL/h.80cm2；盐雾试验采用的盐雾溶液为中性改型ASTM-D1141人工海水模拟液，所述盐雾溶液中Cl-的质量分数为3%~4%；
太阳辐射试验的条件包括：温度为45℃~50℃，辐照度采用1110~1130W/m2瞬时极值或5700~5710W/m2累积强度转换值；
涂覆珊瑚盐的步骤包括：混合珊瑚盐粉与人工海水模拟液，制备珊瑚盐溶液，将所述珊瑚盐溶液涂覆于所述待测材料的表面，所述珊瑚盐溶液中所述珊瑚盐粉的质量分数为8%~12%；
一个周期中，盐雾试验的时间为14h~15h，太阳辐射试验的时间为9h~10h。
2.根据权利要求1所述的模拟南海岛礁环境的材料腐蚀加速试验方法，其特征在于，盐雾试验的条件包括：温度为50℃，盐雾沉降率为：1~2mL/h.80cm2。
3.根据权利要求1所述的模拟南海岛礁环境的材料腐蚀加速试验方法，其特征在于，所述待测材料为典型航空材料。
4.根据权利要求1所述的模拟南海岛礁环境的材料腐蚀加速试验方法，其特征在于，太阳辐射试验的条件包括：辐照度采用的瞬时极值为1120W/m2或5708.16W/m2累积强度转换值。
5.根据权利要求1所述的模拟南海岛礁环境的材料腐蚀加速试验方法，其特征在于，所述太阳辐射试验中辐照度采用的瞬时极值为1120W/m2。
6.根据权利要求1所述的模拟南海岛礁环境的材料腐蚀加速试验方法，其特征在于，太阳辐射试验采用的温度为49℃。
7.根据权利要求1所述的模拟南海岛礁环境的材料腐蚀加速试验方法，其特征在于，所述盐雾溶液中Cl-的质量分数为3.034％。
8.根据权利要求1所述的模拟南海岛礁环境的材料腐蚀加速试验方法，其特征在于，所述珊瑚盐粉的目数为800目~1200目。
9.根据权利要求8所述的模拟南海岛礁环境的材料腐蚀加速试验方法，其特征在于，所述珊瑚盐粉的目数为1000目。
10.根据权利要求9所述的模拟南海岛礁环境的材料腐蚀加速试验方法，其特征在于，所述珊瑚盐溶液中所述珊瑚盐粉的质量分数为10%。
11.根据权利要求10所述的模拟南海岛礁环境的材料腐蚀加速试验方法，其特征在于，一个周期中，盐雾试验的时间为14.5h、太阳辐射试验的时间为9.5h。
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