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岩征仪器-冲刷腐蚀实验装置工作原理

更新时间：2025-07-04      浏览次数：54

一、核心目的

模拟工业场景中常见的冲刷腐蚀环境（如管道、阀门、泵体、叶轮等设备内的流体冲刷 + 腐蚀），通过控制关键参数（流速、介质成分、温度等），定量或定性分析材料的抗冲刷腐蚀性能，为材料选型、工况优化或防腐技术开发提供数据支撑。

二、基本组成与工作流程

冲刷腐蚀实验装置的核心组成包括介质循环系统、参数控制系统、样品测试系统、监测分析系统，各部分协同实现对冲刷腐蚀过程的模拟与研究，具体流程如下：

1. 介质准备与循环：模拟流体冲刷环境

  • 介质配置：根据研究需求，配置实验介质（如清水、盐水、含沙水、工业废液、油气田流体等），可添加固体颗粒（如石英砂、金属磨粒）模拟含颗粒流体，或调整介质 pH 值、离子浓度（如 Cl⁻、S²⁻）模拟腐蚀环境。

  • 流体循环：通过动力装置（如离心泵、柱塞泵）驱动介质在闭合回路中循环，使介质以一定流速流过测试样品表面。回路设计通常包含直管段、弯管、节流件等结构，模拟实际设备中易发生冲刷腐蚀的 “高湍流区"（如管道弯头、泵叶轮入口），样品多安装在这些关键位置。

2. 参数控制：精准调控冲刷与腐蚀条件

为模拟不同实际工况，装置需对影响冲刷腐蚀的关键参数进行精确控制，核心参数包括：


  • 流速与流场：通过流量计 + 阀门调节介质流速（范围通常为 0.1~30 m/s），结合导流板、搅拌器或文丘里管控制流场状态（层流、湍流、涡流），其中湍流的剪切力和颗粒撞击力是冲刷的主要机械驱动力。

  • 温度：通过加热套、恒温槽或冷却装置控制介质温度（常温至 300℃以上，依需求而定），温度升高通常会加速腐蚀反应速率。

  • 压力：若模拟高压环境（如深海、油气井），可通过压力釜或加压泵控制系统压力（常压至数十兆帕）。

  • 固体颗粒参数：通过颗粒加料器控制介质中固体颗粒的浓度（0~50%）、尺寸（微米至毫米级）和硬度，颗粒的撞击会显著增强机械冲刷作用。

  • 介质腐蚀性：通过 pH 计、离子分析仪实时监测介质的酸碱度、腐蚀性离子浓度（如 Cl⁻、H₂S），并通过试剂添加系统（如酸 / 碱滴定、缓蚀剂注入）动态调节。

3. 样品测试：材料与介质的交互作用

  • 样品安装：测试材料（如金属、合金、涂层等）加工为标准试样（通常为片状、圆柱状或与实际零件同形状），固定在样品架上，使其表面与流动介质直接接触（可设计为 “正面迎流"“侧面冲刷" 等角度，模拟不同冲击方向）。

  • 冲刷腐蚀协同作用：样品表面同时受到两种作用：

    • 机械冲刷：流体的剪切力（尤其湍流时）或固体颗粒的撞击，会剥离材料表面的氧化膜 / 腐蚀产物，暴露新鲜表面；

    • 腐蚀作用：裸露的新鲜表面与介质发生电化学腐蚀（如金属的阳极溶解）或化学腐蚀（如金属与酸的反应），形成新的腐蚀产物；
      两种作用循环往复（冲刷破坏保护膜→腐蚀加速→新产物形成→再次被冲刷），最终导致材料表面持续损伤。

4. 监测与分析：量化腐蚀损伤与机制

实验过程中或结束后，通过多种手段监测样品的损伤情况，核心方法包括：


  • 失重法：实验前后精确称量样品质量（去除腐蚀产物后），计算单位面积的质量损失，换算为腐蚀速率（如 mm/a 或 g/(m²・h)），是最基础的定量方法。

  • 电化学监测：通过电极（如工作电极 - 样品、参比电极、辅助电极）组成电化学回路，实时测量腐蚀电流、极化电阻、阻抗谱等，反映电化学腐蚀速率的动态变化。

  • 表面分析：实验后通过扫描电镜（SEM）观察样品表面的冲刷痕迹（如犁沟、凹坑）和腐蚀形貌，结合能谱仪（EDS）分析腐蚀产物成分，判断冲刷与腐蚀的协同机制（如 “机械主导" 或 “腐蚀主导"）。

  • 厚度监测：通过超声波测厚仪或激光测厚仪，测量样品腐蚀前后的厚度变化，辅助计算腐蚀速率。



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