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巖征儀器-沖刷腐蝕實驗裝置工作原理

更新時間：2025-07-04      瀏覽次數：559

一、核心目的

模擬工業場景中常見的沖刷腐蝕環境（如管道、閥門、泵體、葉輪等設備內的流體沖刷 + 腐蝕），通過控制關鍵參數（流速、介質成分、溫度等），定量或定性分析材料的抗沖刷腐蝕性能，為材料選型、工況優化或防腐技術開發提供數據支撐。

二、基本組成與工作流程

沖刷腐蝕實驗裝置的核心組成包括介質循環系統、參數控制系統、樣品測試系統、監測分析系統，各部分協同實現對沖刷腐蝕過程的模擬與研究，具體流程如下：

1. 介質準備與循環：模擬流體沖刷環境

  • 介質配置：根據研究需求，配置實驗介質（如清水、鹽水、含沙水、工業廢液、油氣田流體等），可添加固體顆粒（如石英砂、金屬磨粒）模擬含顆粒流體，或調整介質 pH 值、離子濃度（如 Cl?、S2?）模擬腐蝕環境。

  • 流體循環：通過動力裝置（如離心泵、柱塞泵）驅動介質在閉合回路中循環，使介質以一定流速流過測試樣品表面。回路設計通常包含直管段、彎管、節流件等結構，模擬實際設備中易發生沖刷腐蝕的 “高湍流區"（如管道彎頭、泵葉輪入口），樣品多安裝在這些關鍵位置。

2. 參數控制：精準調控沖刷與腐蝕條件

為模擬不同實際工況，裝置需對影響沖刷腐蝕的關鍵參數進行精確控制，核心參數包括：


  • 流速與流場：通過流量計 + 閥門調節介質流速（范圍通常為 0.1~30 m/s），結合導流板、攪拌器或文丘里管控制流場狀態（層流、湍流、渦流），其中湍流的剪切力和顆粒撞擊力是沖刷的主要機械驅動力。

  • 溫度：通過加熱套、恒溫槽或冷卻裝置控制介質溫度（常溫至 300℃以上，依需求而定），溫度升高通常會加速腐蝕反應速率。

  • 壓力：若模擬高壓環境（如深海、油氣井），可通過壓力釜或加壓泵控制系統壓力（常壓至數十兆帕）。

  • 固體顆粒參數：通過顆粒加料器控制介質中固體顆粒的濃度（0~50%）、尺寸（微米至毫米級）和硬度，顆粒的撞擊會顯著增強機械沖刷作用。

  • 介質腐蝕性：通過 pH 計、離子分析儀實時監測介質的酸堿度、腐蝕性離子濃度（如 Cl?、H?S），并通過試劑添加系統（如酸 / 堿滴定、緩蝕劑注入）動態調節。

3. 樣品測試：材料與介質的交互作用

  • 樣品安裝：測試材料（如金屬、合金、涂層等）加工為標準試樣（通常為片狀、圓柱狀或與實際零件同形狀），固定在樣品架上，使其表面與流動介質直接接觸（可設計為 “正面迎流"“側面沖刷" 等角度，模擬不同沖擊方向）。

  • 沖刷腐蝕協同作用：樣品表面同時受到兩種作用：

    • 機械沖刷：流體的剪切力（尤其湍流時）或固體顆粒的撞擊，會剝離材料表面的氧化膜 / 腐蝕產物，暴露新鮮表面；

    • 腐蝕作用：裸露的新鮮表面與介質發生電化學腐蝕（如金屬的陽極溶解）或化學腐蝕（如金屬與酸的反應），形成新的腐蝕產物；
      兩種作用循環往復（沖刷破壞保護膜→腐蝕加速→新產物形成→再次被沖刷），最終導致材料表面持續損傷。

4. 監測與分析：量化腐蝕損傷與機制

實驗過程中或結束后，通過多種手段監測樣品的損傷情況，核心方法包括：


  • 失重法：實驗前后精確稱量樣品質量（去除腐蝕產物后），計算單位面積的質量損失，換算為腐蝕速率（如 mm/a 或 g/(m2?h)），是最基礎的定量方法。

  • 電化學監測：通過電極（如工作電極 - 樣品、參比電極、輔助電極）組成電化學回路，實時測量腐蝕電流、極化電阻、阻抗譜等，反映電化學腐蝕速率的動態變化。

  • 表面分析：實驗后通過掃描電鏡（SEM）觀察樣品表面的沖刷痕跡（如犁溝、凹坑）和腐蝕形貌，結合能譜儀（EDS）分析腐蝕產物成分，判斷沖刷與腐蝕的協同機制（如 “機械主導" 或 “腐蝕主導"）。

  • 厚度監測：通過超聲波測厚儀或激光測厚儀，測量樣品腐蝕前后的厚度變化，輔助計算腐蝕速率。



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