巖征儀器-沖刷腐蝕實(shí)驗(yàn)裝置工作原理

更新時(shí)間：2025-07-04

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一、核心目的

模擬工業(yè)場景中常見的沖刷腐蝕環(huán)境（如管道、閥門、泵體、葉輪等設(shè)備內(nèi)的流體沖刷 + 腐蝕），通過控制關(guān)鍵參數(shù)（流速、介質(zhì)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(yōu)化或防腐技術(shù)開發(fā)提供數(shù)據(jù)支撐。

二、基本組成與工作流程

沖刷腐蝕實(shí)驗(yàn)裝置的核心組成包括介質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)、參數(shù)控制系統(tǒng)、樣品測(cè)試系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)，各部分協(xié)同實(shí)現(xiàn)對(duì)沖刷腐蝕過程的模擬與研究，具體流程如下：

1. 介質(zhì)準(zhǔn)備與循環(huán)：模擬流體沖刷環(huán)境

介質(zhì)配置：根據(jù)研究需求，配置實(shí)驗(yàn)介質(zhì)（如清水、鹽水、含沙水、工業(yè)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(diào)整介質(zhì) pH 值、離子濃度（如 Cl?、S2?）模擬腐蝕環(huán)境。
流體循環(huán)：通過動(dòng)力裝置（如離心泵、柱塞泵）驅(qū)動(dòng)介質(zhì)在閉合回路中循環(huán)，使介質(zhì)以一定流速流過測(cè)試樣品表面。回路設(shè)計(jì)通常包含直管段、彎管、節(jié)流件等結(jié)構(gòu)，模擬實(shí)際設(shè)備中易發(fā)生沖刷腐蝕的 “高湍流區(qū)"（如管道彎頭、泵葉輪入口），樣品多安裝在這些關(guān)鍵位置。

2. 參數(shù)控制：精準(zhǔn)調(diào)控沖刷與腐蝕條件

為模擬不同實(shí)際工況，裝置需對(duì)影響沖刷腐蝕的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行精確控制，核心參數(shù)包括：

流速與流場：通過流量計(jì) + 閥門調(diào)節(jié)介質(zhì)流速（范圍通常為 0.1~30 m/s），結(jié)合導(dǎo)流板、攪拌器或文丘里管控制流場狀態(tài)（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(jī)械驅(qū)動(dòng)力。
溫度：通過加熱套、恒溫槽或冷卻裝置控制介質(zhì)溫度（常溫至 300℃以上，依需求而定），溫度升高通常會(huì)加速腐蝕反應(yīng)速率。
壓力：若模擬高壓環(huán)境（如深海、油氣井），可通過壓力釜或加壓泵控制系統(tǒng)壓力（常壓至數(shù)十兆帕）。
固體顆粒參數(shù)：通過顆粒加料器控制介質(zhì)中固體顆粒的濃度（0~50%）、尺寸（微米至毫米級(jí)）和硬度，顆粒的撞擊會(huì)顯著增強(qiáng)機(jī)械沖刷作用。
介質(zhì)腐蝕性：通過 pH 計(jì)、離子分析儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)介質(zhì)的酸堿度、腐蝕性離子濃度（如 Cl?、H?S），并通過試劑添加系統(tǒng)（如酸 / 堿滴定、緩蝕劑注入）動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。

3. 樣品測(cè)試：材料與介質(zhì)的交互作用

樣品安裝：測(cè)試材料（如金屬、合金、涂層等）加工為標(biāo)準(zhǔn)試樣（通常為片狀、圓柱狀或與實(shí)際零件同形狀），固定在樣品架上，使其表面與流動(dòng)介質(zhì)直接接觸（可設(shè)計(jì)為 “正面迎流"“側(cè)面沖刷" 等角度，模擬不同沖擊方向）。
沖刷腐蝕協(xié)同作用：樣品表面同時(shí)受到兩種作用：

機(jī)械沖刷：流體的剪切力（尤其湍流時(shí)）或固體顆粒的撞擊，會(huì)剝離材料表面的氧化膜 / 腐蝕產(chǎn)物，暴露新鮮表面；
腐蝕作用：裸露的新鮮表面與介質(zhì)發(fā)生電化學(xué)腐蝕（如金屬的陽極溶解）或化學(xué)腐蝕（如金屬與酸的反應(yīng)），形成新的腐蝕產(chǎn)物；
兩種作用循環(huán)往復(fù)（沖刷破壞保護(hù)膜→腐蝕加速→新產(chǎn)物形成→再次被沖刷），最終導(dǎo)致材料表面持續(xù)損傷。

4. 監(jiān)測(cè)與分析：量化腐蝕損傷與機(jī)制

實(shí)驗(yàn)過程中或結(jié)束后，通過多種手段監(jiān)測(cè)樣品的損傷情況，核心方法包括：

失重法：實(shí)驗(yàn)前后精確稱量樣品質(zhì)量（去除腐蝕產(chǎn)物后），計(jì)算單位面積的質(zhì)量損失，換算為腐蝕速率（如 mm/a 或 g/(m2?h)），是最基礎(chǔ)的定量方法。
電化學(xué)監(jiān)測(cè)：通過電極（如工作電極 - 樣品、參比電極、輔助電極）組成電化學(xué)回路，實(shí)時(shí)測(cè)量腐蝕電流、極化電阻、阻抗譜等，反映電化學(xué)腐蝕速率的動(dòng)態(tài)變化。
表面分析：實(shí)驗(yàn)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(jié)合能譜儀（EDS）分析腐蝕產(chǎn)物成分，判斷沖刷與腐蝕的協(xié)同機(jī)制（如 “機(jī)械主導(dǎo)" 或 “腐蝕主導(dǎo)"）。
厚度監(jiān)測(cè)：通過超聲波測(cè)厚儀或激光測(cè)厚儀，測(cè)量樣品腐蝕前后的厚度變化，輔助計(jì)算腐蝕速率。

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